_De la décomposition du gaz oxygène par le soufre, le phosphore & le
charbon, & de la formation des acides en général._
UN des principes qu'on ne doit jamais perdre de vue dans l'art de faire
des expériences, est de les simplifier le plus qu'il est possible &
d'en écarter toutes les circonstances qui peuvent en compliquer les
effets. Nous n'opérerons donc pas, dans les expériences qui vont faire
l'objet de ce Chapitre, sur de l'air de l'atmosphère, qui n'est point
une substance simple. Il est bien vrai que le gaz azotique, qui fait
une partie du mêlange qui le constitue, paroît être purement passif
dans les calcinations & les combustions: mais, comme il les rallentit,
& comme il n'est pas impossible même qu'il en altère les résultats dans
quelques circonstances, il m'a paru nécessaire de bannir cette cause
d'incertitude.
J'exposerai donc, dans les expériences dont je vais rendre compte,
le résultat des combustions tel qu'il a lieu dans l'air vital ou
gaz oxigène pur, & j'avertirai seulement des différences qu'elles
présentent quand le gaz oxygène est mêlé de différentes proportions de
gaz azotique.
J'ai pris une cloche de cristal A, _planche IV, figure 3_, de cinq à
six pintes de capacité; je l'ai emplie de gaz oxygène sur de l'eau,
après quoi je l'ai transportée sur le bain de mercure au moyen d'une
capsule de verre que j'ai passée par dessous; j'ai ensuite seché la
surface du mercure & j'y ai introduit 61 grains 1/4 de phosphore de
Kunkel, que j'ai divisés dans deux capsules de porcelaine, semblables
à celle qu'on voit en D, _figure 3_, sous la cloche A; & pour pouvoir
allumer chacune de ces deux portions séparément, & que l'inflammation
ne se communiquât pas de l'une à l'autre, j'ai recouvert l'une des
deux avec un petit carreau de verre. Lorsque tout a été ainsi préparé,
j'ai élevé le mercure dans la cloche à la hauteur EF, en suçant avec
un siphon de verre GHI, même _figure_, qu'on introduit par-dessous la
cloche: pour qu'il ne se remplisse pas en passant à travers le mercure,
on tortille à son extrêmité I, un petit morceau de papier. Puis avec
un fer recourbé rougi au feu, représenté _figure 16_, j'ai allumé
successivement le phosphore des deux capsules, en commençant par celle
qui n'étoit point recouverte avec un carreau de verre.
La combustion s'est faite avec une grande rapidité, avec une flamme
brillante & un dégagement considérable de chaleur & de lumière. Il y a
eu dans le premier instant une dilatation considérable du gaz oxygène,
occasionnée par la chaleur; mais bientôt le mercure a remonté au-dessus
de son niveau, & il y a eu une absorption considérable: en même temps
tout l'intérieur de la cloche s'est tapissé de flocons blancs, légers,
qui n'étoient autre chose que de l'acide phosphorique concret.
La quantité de gaz oxygène employée, étoit, toutes corrections faites,
au commencement de l'expérience, de 162 pouces cubiques; elle s'est
trouvée à la fin seulement de 23 pouces 1/4: la quantité de gaz oxygène
absorbée avoit donc été de 138 pouces 3/4 ou de 69,375 grains.
La totalité du phosphore n'étoit pas brûlée; il en restoit dans les
capsules quelques portions, qui, lavées, pour en séparer l'acide, &
séchées, se sont trouvées peser environ 16 grains 1/4: ce qui réduit
à peu près à 45 grains la quantité de phosphore brûlée: je dis à peu
près, parce qu'il ne seroit pas impossible qu'il n'y eût eu un ou deux
grains d'erreur sur le poids du phosphore restant après la combustion.
Ainsi dans cette opération, 45 grains de phosphore se sont combinés
avec 69,375 grains d'oxygène; & comme rien de pesant ne passe à travers
le verre, on a droit d'en conclure que le poids de la substance
quelconque qui a résulté de cette combinaison & qui s'étoit rassemblée
en flocons blancs, devoit s'élever à la somme du poids de l'oxygène &
de celui du phosphore, c'est-à-dire, à 114,375 grains. On verra bientôt
que ces flocons blancs ne sont autre chose qu'un acide concret. En
réduisant ces quantités au quintal, on trouve qu'il faut employer 154
liv. d'oxygène pour saturer 100 liv. de phosphore, & qu'il en résulte
254 liv. de flocons blancs ou acide phosphorique concret.
Cette expérience prouve d'une manière évidente, qu'à un certain degré
de température, l'oxygène a plus d'affinité avec le phosphore qu'avec
le calorique; qu'en conséquence le phosphore décompose le gaz oxygène,
qu'il s'empare de sa base, & qu'alors le calorique, qui devient libre,
s'échappe & se dissipe en se répartissant dans les corps environnans.
Mais quelque concluante que fût cette expérience, elle n'étoit pas
encore suffisamment rigoureuse: en effet, dans l'appareil que j'ai
employé & que je viens de décrire, il n'est pas possible de vérifier
le poids des flocons blancs ou de l'acide concret qui s'est formé; on
ne peut le conclure que par voie de calcul & en le supposant égal à la
somme du poids de l'oxygène & du phosphore: or quelqu'évidente que fût
cette conclusion, il n'est jamais permis en Physique & en Chimie, de
supposer ce qu'on peut déterminer par des expériences directes. J'ai
donc cru devoir refaire cette expérience un peu plus en grand, & avec
un appareil différent.
J'ai pris un grand ballon de verre A, _planche IV, figure 4_, dont
l'ouverture EF avoit trois pouces de diamètre. Cette ouverture se
recouvroit avec une plaque de cristal usée à l'émeril, laquelle étoit
percée de deux trous pour le passage des tuyaux _yyy_, _xxx_.
Avant de fermer le ballon avec sa plaque, j'y ai introduit un support
BC surmonté d'une capsule de porcelaine D, qui contenoit 150 grains
de phosphore: tout étant ainsi disposé, j'ai adapté la plaque de
cristal sur l'ouverture du matras, & j'ai lutté avec du lut gras,
que j'ai recouvert avec des bandes de linge imbibées de chaux & de
blanc d'œuf: lorsque ce lut a été bien séché, j'ai suspendu tout cet
appareil au bras d'une balance, & j'en ai déterminé le poids à un grain
ou un grain & demi près. J'ai ensuite adapté le tuyau _xxx_, à une
petite pompe pneumatique, & j'ai fait le vuide; après quoi ouvrant un
robinet adapté au tuyau _yyy_, j'ai introduit du gaz oxygène dans le
ballon. J'observerai que ce genre d'expérience se fait avec assez de
facilité & sur-tout avec beaucoup d'exactitude, au moyen de la machine
hydro-pneumatique dont nous avons donné la description, M. Meusnier
& moi, dans les Mémoires de l'Académie, année 1782, page 466, & dont
on trouvera une explication dans la dernière Partie de cet Ouvrage;
qu'on peut à l'aide de cet instrument, auquel M. Meusnier a fait depuis
des additions & des corrections importantes, connoître d'une manière
rigoureuse, la quantité de gaz oxygène introduite dans le ballon, &
celle qui s'est consommée pendant le cours de l'opération.
Lorsque tout a été ainsi disposé, j'ai mis le feu au phosphore avec
un verre ardent. La combustion a été extrêmement rapide, accompagnée
d'une grande flamme & de beaucoup de chaleur: à mesure qu'elle
s'opéroit, il se formoit une grande quantité de flocons blancs qui
s'attachoient sur les parois intérieures du vase, & qui bientôt l'ont
obscurci entièrement. L'abondance des vapeurs étoit même telle, que
quoiqu'il rentrât continuellement de nouveau gaz oxygène qui auroit dû
entretenir la combustion, le phosphore s'est bientôt éteint. Ayant
laissé refroidir parfaitement tout l'appareil, j'ai commencé par
m'assurer de la quantité de gaz oxygène qui avoit été employée, & par
peser le ballon avant de l'ouvrir. J'ai ensuite lavé, séché & pesé la
petite quantité de phosphore qui étoit restée dans la capsule, & qui
étoit de couleur jaune d'ocre, afin de la déduire de la quantité totale
de phosphore employée dans l'expérience. Il est clair qu'à l'aide de
ces différentes précautions, il m'a été facile de constater, 1º. le
poids du phosphore brûlé; 2º. celui des flocons blancs obtenus par la
combustion; 3º. le poids du gaz oxygène qui s'étoit combiné avec le
phosphore. Cette expérience m'a donné à peu près les mêmes résultats
que la précédente: il en a également résulté que le phosphore en
brûlant, absorboit un peu plus d'une fois & demie son poids d'oxygène,
& j'ai acquis de plus la certitude que le poids de la nouvelle
substance produite étoit égal à la somme du poids du phosphore brûlé &
de l'oxygène qu'il avoit absorbé: ce qu'il étoit au surplus facile de
prévoir _à priori_.
Si le gaz oxygène qu'on a employé dans cette expérience étoit pur,
le résidu qui reste après la combustion est également pur; ce qui
prouve qu'il ne s'échappe rien du phosphore qui puisse altérer la
pureté de l'air, & qu'il n'agit qu'en enlevant au calorique sa base,
c'est-à-dire, l'oxygène qui y étoit uni.
J'ai dit plus haut que si on brûloit un corps combustible quelconque
dans une sphère creuse de glace ou dans tout autre appareil construit
sur le même principe, la quantité de glace fondue pendant la
combustion, étoit une mesure exacte de la quantité de calorique dégagé.
On peut consulter à cet égard le Mémoire que nous avons donné en commun
à l'Académie, M. de la Place & moi, année 1780, page 355. Ayant soumis
la combustion du phosphore à cette épreuve, nous avons reconnu qu'une
livre de phosphore en brûlant, fondoit un peu plus de 100 liv. de glace.
La combustion du phosphore réussit également dans l'air de
l'atmosphère, avec ces deux différences seulement, 1º. que la
combustion est beaucoup moins rapide, attendu qu'elle est rallentie par
la grande proportion de gaz azotique qui se trouve mêlé avec le gaz
oxygène: 2º. que le cinquième de l'air, tout au plus, est seulement
absorbé, parce que cette absorption se faisant toute aux dépens du gaz
oxygène, la proportion du gaz azotique devient telle vers la fin de
l'opération, que la combustion ne peut plus avoir lieu.
Le phosphore par sa combustion, soit dans l'air ordinaire, soit dans
le gaz oxygène, se transforme, comme je l'ai déjà dit, en une matière
blanche floconneuse très-légère, & il acquiert des propriétés toutes
nouvelles: d'insoluble qu'il étoit dans l'eau, non-seulement il devient
soluble, mais il attire l'humidité contenue dans l'air avec une
étonnante rapidité, & il se résout en une liqueur beaucoup plus dense
que l'eau, & d'une pesanteur spécifique beaucoup plus grande. Dans
l'état de phosphore, & avant sa combustion, il n'avoit presqu'aucun
goût; par sa réunion avec l'oxygène il prend un goût extrêmement aigre
& piquant: enfin, de la classe des combustibles, il passe dans celle
des substances incombustibles, & il devient ce qu'on appelle un acide.
Cette conversibilité d'une substance combustible en un acide par
l'addition de l'oxygène, est, comme nous le verrons bientôt, une
propriété commune à un grand nombre de corps: or en bonne logique,
on ne peut se dispenser de désigner sous un nom commun toutes les
opérations qui présentent des résultats analogues; c'est le seul moyen
de simplifier l'étude des Sciences, & il seroit impossible d'en retenir
tous les détails, si on ne s'attachoit à les classer. Nous nommerons
donc _oxygénation_ la conversion du phosphore en un acide, & en
général la combinaison d'un corps combustible quelconque avec l'oxygène.
Nous adopterons également l'expression d'_oxygéner_, & je dirai en
conséquence qu'en _oxygénant_ le phosphore, on le convertit en un acide.
Le soufre est également un corps combustible, c'est-à-dire, qui a la
propriété de décomposer l'air, & d'enlever l'oxygène au calorique.
On peut s'en assurer aisément par des expériences toutes semblables
à celles que je viens de détailler pour le phosphore; mais je dois
avertir qu'il est impossible, en opérant de la même manière sur le
soufre, d'obtenir des résultats aussi exacts que ceux qu'on obtient
avec le phosphore; par la raison que l'acide qui se forme par la
combustion du soufre est difficile à condenser, que le soufre lui-même
brûle avec beaucoup de difficulté, & qu'il est susceptible de se
dissoudre dans les différens gaz. Mais ce que je puis assurer, d'après
mes expériences, c'est que le soufre en brûlant, absorbe de l'air; que
l'acide qui se forme est beaucoup plus pesant que n'étoit le soufre;
que son poids est égal à la somme du poids du soufre, & de l'oxygène
qu'il a absorbé; enfin, que cet acide est pesant, incombustible,
susceptible de se combiner avec l'eau en toutes proportions: il ne
reste d'incertitude que sur la quantité de soufre & d'oxygène qui
constituent cet acide.
Le charbon, que tout jusqu'à présent porte à faire regarder comme une
substance combustible simple, a également la propriété de décomposer
le gaz oxygène & d'enlever sa base au calorique: mais l'acide qui
résulte de cette combustion ne se condense pas au degré de pression
& de température dans lequel nous vivons; il demeure dans l'état
de gaz, & il faut une grande quantité d'eau pour l'absorber. Cet
acide, au surplus, a toutes les propriétés communes aux acides, mais
dans un degré plus foible, & il s'unit comme eux à toutes les bases
susceptibles de former des sels neutres.
On peut opérer la combustion du charbon, comme celle du phosphore, sous
une cloche de verre A, _planche IV, figure 3_, remplie de gaz oxygène,
& renversée dans du mercure: mais comme la chaleur d'un fer chaud &
même rouge, ne suffiroit pas pour l'allumer, on ajoute par-dessus le
charbon, un petit fragment d'amadoue & un petit atome de phosphore. On
allume facilement le phosphore avec un fer rouge; l'inflammation se
communique ensuite à l'amadoue, puis au charbon.
On trouve le détail de cette expérience, Mémoires de l'Académie,
année 1781, page 448. On y verra qu'il faut 72 parties d'oxygène en
poids, pour en saturer 28 de charbon, & que l'acide aériforme qui
est produit, a une pesanteur justement égale à la somme des poids du
charbon & de l'oxygène qui ont servi à le former. Cet acide aériforme
a été nommé air fixe, ou air fixé par les premiers Chimistes qui l'ont
découvert; ils ignoroient alors si c'étoit de l'air semblable à celui
de l'atmosphère ou un autre fluide élastique, vicié & gâté par la
combustion; mais puisqu'il est constant aujourd'hui que cette substance
aériforme est un acide, qu'il se forme comme tous les autres acides,
par l'oxygénation d'une base, il est aisé de voir que le nom d'air fixe
ne lui convient point.
Ayant essayé, M. de la Place & moi, de brûler du charbon dans
l'appareil propre à déterminer la quantité de calorique dégagée, nous
avons trouvé qu'une livre de charbon en brûlant, fondoit 96 liv.
6 onces de glace: 2 liv. 9 onces, 1 gros, 10 grains d'oxygène se
combinent avec le charbon dans cette opération, & il se forme 3 liv. 9
onces, 1 gros, 10 grains de gaz acide: ce gaz pèse 0,695 grain le pouce
cube, ce qui donne 34242 pouces cubiques pour le volume total de gaz
acide qui se forme par la combustion d'une livre de charbon.
Je pourrois multiplier beaucoup plus les exemples de ce genre, & faire
voir par une suite de faits nombreux, que la formation des acides
s'opère par l'oxygénation d'une substance quelconque; mais la marche
que je me suis engagé à suivre & qui consiste à ne procéder que du
connu à l'inconnu, & à ne présenter au Lecteur que des exemples puisés
dans des choses qui lui ont été précédemment expliquées, m'empêche
d'anticiper ici sur les faits. Les trois exemples d'ailleurs que je
viens de citer, suffisent pour donner une idée claire & précise de
la manière dont se forment les acides. On voit que l'oxigène est un
principe commun à tous, & que c'est lui qui constitue leur acidité;
qu'ils sont ensuite différenciés les uns des autres par la nature de la
substance acidifiée. Il faut donc distinguer dans tout acide, la base
acidifiable à laquelle M. de Morveau a donné le nom de radical, & le
principe acidifiant, c'est-à-dire, l'oxigène.