_Des Opérations relatives à la combustion proprement dite & à la
détonation._
La combustion n'est autre chose, d'après ce qui a été exposé dans la
première Partie de cet Ouvrage, que la décomposition du gaz oxygène
opérée par un corps combustible. L'oxygène qui forme la base de ce gaz
est absorbé, le calorique & la lumière deviennent libres & se dégagent.
Toute combustion entraîne donc avec elle l'idée d'oxygénation, tandis
qu'au contraire l'oxygénation n'entraîne pas essentiellement l'idée
de combustion, puisque la combustion proprement dite ne peut avoir
lieu sans un dégagement de lumière & de calorique. Il faut, pour que
la combustion s'opère, que la base du gaz oxygène ait plus d'affinité
avec le corps combustible, qu'elle n'en a avec le calorique: or cette
attraction élective, pour me servir de l'expression de Bergman, n'a
lieu qu'à un certain degré de température, qui même est différent pour
chaque substance combustible; de-là la nécessité de donner le premier
mouvement à la combustion par l'approche d'un corps chaud. Cette
nécessité d'échauffer le corps qu'on se propose de brûler, tient à des
considérations qui n'ont encore fixé l'attention d'aucun Physicien, &
auxquels je demande la permission de m'arrêter quelques instans; on
verra qu'elles ne s'éloignent pas de mon sujet.
L'état actuel où nous voyons la nature est un état d'équilibre auquel
elle n'a pu arriver qu'après que toutes les combustions spontanées
possibles au degré de chaleur dans lequel nous vivons, toutes les
oxygénations possibles ont eu lieu. Il ne peut donc y avoir de
nouvelles combustions ou oxygénations, qu'autant qu'on sort de cet
état d'équilibre & qu'on transporte les substances combustibles dans
une température plus élevée. Eclaircissons par un exemple ce que
cet énoncé peut présenter d'abstrait. Supposons que la température
habituelle de la terre changeât d'une très-petite quantité, & qu'elle
devînt seulement égale à celle de l'eau bouillante: il est évident que
le phosphore étant combustible beaucoup au-dessous de ce degré, cette
substance n'existeroit plus dans la nature dans son état de pureté
& de simplicité, elle se présenteroit toujours dans l'état d'acide,
c'est-à-dire oxygénée, & son radical seroit au nombre des substances
inconnues. Il en seroit successivement de même de tous les corps
combustibles, si la température de la terre devenoit de plus en plus
élevée; & on arriveroit enfin à un point où toutes les combustions
possibles seroient épuisées, où il ne pourroit plus exister de corps
combustibles, où tous seroient oxygénés & par conséquent incombustibles.
Revenons donc à dire qu'il ne peut y avoir pour nous de corps
combustibles, que ceux qui sont incombustibles au degré de température
dans lequel nous vivons; ou ce qui veut dire la même chose en d'autres
termes, qu'il est de l'essence de tout corps combustible de ne pouvoir
jouir de la propriété combustible, qu'autant qu'on l'échauffe & qu'on
le transporte au degré de chaleur où s'opère sa combustion. Ce degré
une fois atteint la combustion commence, & le calorique qui se dégage
par l'effet de la décomposition du gaz oxygène, entretient le degré de
température nécessaire pour la continuer. Lorsqu'il en est autrement,
c'est-à-dire, lorsque le calorique fourni par la décomposition du gaz
oxygène n'est pas suffisant pour que le degré de chaleur nécessaire à
la combustion se continue, elle cesse: c'est ce qu'on exprime lorsqu'on
dit que le corps brûle mal, qu'il est difficilement combustible.
Quoique la combustion ait quelque chose de commun avec la distillation,
sur-tout avec la distillation composée, elle en diffère cependant en
un point essentiel. Il y a bien dans la distillation séparation d'une
partie des principes du corps que l'on y soumet, & combinaison de ces
mêmes principes dans un autre ordre, déterminé par les affinités qui
ont lieu à la température à laquelle s'est opérée la distillation; mais
il y a plus dans la combustion, il y a addition d'un nouveau principe,
l'oxygène, & dissipation d'un autre principe, le calorique.
C'est cette nécessité d'employer l'oxygène dans l'état de gaz & d'en
déterminer rigoureusement les quantités, qui rend si embarrassantes les
expériences relatives à la combustion. Une autre difficulté inséparable
de ces opérations, tient à ce que les produits qu'elles fournissent se
dégagent presque toujours dans l'état de gaz: si donc il est difficile
de retenir & de rassembler les produits de la distillation, il l'est
bien davantage de recueillir ceux de la combustion; aussi aucun des
anciens Chimistes n'en a-t-il eu la prétention, & ce genre d'expérience
appartient-il absolument à la Chimie moderne.
Après avoir rappelé d'une manière générale le but qu'on doit se
proposer dans les différentes expériences relatives à la combustion,
je passe à la description des différens appareils que j'ai imaginés
dans cette vue. Je n'adopterai dans les articles qui composeront ce
Chapitre, aucune division relative à la nature des combustibles; je
les classerai relativement à la nature des appareils qui conviennent à
leur combustion.
§. I.
_De la Combustion du Phosphore & du Charbon._
J'ai déjà décrit, page 57 de cet Ouvrage, les appareils que j'ai
employés pour la combustion du charbon & du phosphore. Cependant,
comme j'avois alors plutôt en vue de donner une idée du résultat de
ces combustions, que d'enseigner le détail des procédés nécessaires
pour les obtenir, je ne me suis peut-être pas assez étendu sur la
manipulation relative à ce genre d'expériences.
On commence, pour opérer la combustion du phosphore ou du charbon,
par remplir de gaz oxygène dans l'appareil pneumato-chimique à l'eau,
_pl. V, fig. 1_, une cloche de six pintes au moins de capacité.
Lorsqu'elle est pleine à rase & que le gaz commence à dégorger
par-dessous, on transporte cette cloche A sur l'appareil au mercure,
_planche IV, fig. 3_, à l'aide d'un vaisseau de verre ou de fayance
très-plat, qu'on passe par-dessous. Cette opération faite, on sèche
bien avec du papier gris la surface du mercure, tant dans l'intérieur
qu'à l'extérieur de la cloche. Cette opération demande quelques
précautions: si on n'avoit pas l'attention de plonger le papier gris
pendant quelque tems entièrement sous le mercure avant de l'introduire
sous la cloche, on y feroit passer de l'air commun qui s'attache avec
beaucoup de ténacité au papier.
On a d'un autre côté une petite capsule D, de fer ou de porcelaine
plate & évasée, sur laquelle on place le corps qu'on veut brûler, après
en avoir très-exactement déterminé le poids à la balance d'essai; on
recouvre ensuite cette capsule d'une autre un peu plus grande P, qui
fait à son égard l'office de la cloche du plongeur, & on fait passer le
tout à travers le mercure: après quoi on retire à travers le mercure
la capsule P qui ne servoit en quelque façon que de couvercle. On
peut éviter l'embarras & la difficulté de faire passer les matières à
travers le mercure, en soulevant un des côtés de la cloche pendant un
instant presqu'indivisible, & en introduisant ainsi, par le passage
qu'on s'est ménagé, la capsule avec le corps combustible. Il se mêle
dans cette seconde manière d'opérer un peu d'air commun avec le gaz
oxygène; mais ce mêlange qui est peu considérable, ne nuit ni au
succès, ni à l'exactitude de l'expérience.
Lorsque la capsule D, _planche IV, fig. 3_, est introduite sous
la cloche, on suce une partie du gaz oxygène qu'elle contient pour
élever le mercure jusqu'en EF. Sans cette précaution, dès que le corps
combustible seroit allumé, la chaleur dilateroit l'air; elle en feroit
passer une portion par-dessous la cloche, & on ne pourroit plus faire
aucun calcul exact sur les quantités. On se sert, pour sucer l'air,
d'un siphon GHI, qu'on passe par-dessous la cloche; & pour qu'il ne
s'emplisse pas de mercure, on tortille à son extrêmité I un petit
morceau de papier.
Il y a un art pour élever ainsi en suçant une colonne de mercure à
une hauteur de plusieurs pouces au-dessous de son niveau: si on se
contentoit d'aspirer l'air avec le poumon, on n'atteindroit qu'à une
très-médiocre élévation, par exemple, d'un pouce ou d'un pouce & demi
tout au plus; encore n'y parviendroit-on qu'avec de grands efforts;
tandis que par l'action des muscles de la bouche on peut élever sans se
fatiguer, ou au moins sans risquer de s'incommoder, le mercure jusqu'à
six à sept pouces. Un moyen plus commode encore est de se servir d'une
petite pompe que l'on adapte au siphon GHI: on élève alors le mercure
à telle hauteur qu'on le juge à propos, pourvu qu'elle n'excède pas 28
pouces.
Si le corps combustible est fort inflammable, comme le phosphore, on
l'allume avec un fer recourbé MN, _planche IV, fig. 16_, qu'on fait
rougir au feu, & qu'on passe brusquement sous la cloche: dès qu'il est
en contact avec le phosphore, ce dernier s'allume. Pour les corps moins
combustibles, tels que le fer, quelques autres métaux, le charbon,
&c. on se sert d'un petit fragment d'amadoue sur lequel on place un
atôme de phosphore: on allume également ce dernier avec un fer rouge
recourbé; l'inflammation se communique à l'amadoue, puis au corps
combustible.
Dans le premier instant de la combustion, l'air se dilate & le mercure
descend; mais lorsqu'il n'y a point de fluide élastique formé, comme
dans la combustion du fer & du phosphore, l'absorption devient bientôt
sensible, & le mercure remonte très-haut dans la cloche. Il faut en
conséquence avoir attention de ne point brûler une trop grande quantité
du corps combustible dans une quantité donnée d'air; autrement la
capsule, vers la fin de la combustion, s'approcheroit trop du dôme de
la cloche, & la grande chaleur pourroit en occasionner la fracture.
J'ai indiqué, Chapitre II, §. V & VI, les opérations relatives à
la mesure du volume des gaz, les corrections qu'il faut faire à
ce volume, relativement à la hauteur du baromètre & au degré du
thermomètre; je n'ajouterai rien de plus à cet égard, l'exemple
sur-tout que j'ai cité, page 381, étant précisément tiré de la
combustion du phosphore.
Le procédé que je viens de décrire peut être employé avec succès
pour la combustion de toutes les substances concrètes, & même pour
celle des huiles fixes. On brûle ces dernières dans des lampes, & on
les allume avec assez de facilité sous la cloche, par le moyen du
phosphore, de l'amadoue & d'un fer chaud; mais ce moyen n'est pas sans
dangers pour les substances qui sont susceptibles de se vaporiser à un
degré de chaleur médiocre, telles que l'éther, l'esprit-de-vin, les
huiles essentielles. Ces substances volatiles se dissolvent en assez
grande quantité dans le gaz oxygène; quand on allume, il se fait une
détonation subite qui enlève la cloche à une grande hauteur & qui la
brise en éclats. J'ai éprouvé deux de ces détonations, dont des membres
de l'Académie ont pensé, ainsi que moi, être les victimes. Cette
manière d'opérer a d'ailleurs un grand inconvénient: elle suffit bien
pour déterminer avec quelque exactitude la quantité de gaz oxygène
absorbé, & celle d'acide carbonique qui s'est formé; mais ces produits
ne sont pas les seuls qui résultent de la combustion: il se forme
de l'eau toutes les fois qu'on opère sur des matières végétales ou
animales, parce qu'elles contiennent toutes de l'hydrogène en excès;
or l'appareil que je viens de décrire, ne permet ni de la rassembler,
ni d'en déterminer la quantité. Enfin, même pour l'acide phosphorique,
l'expérience est incomplète, puisqu'il n'est pas possible de démontrer
dans cette manière d'opérer, que le poids de l'acide est égal à la
somme du poids du phosphore & de celui du gaz oxygène absorbé. Je me
suis donc trouvé obligé de varier, suivant les cas, les appareils
relatifs à la combustion, & d'en employer plusieurs de différentes
espèces, dont je vais donner successivement une idée: je commence par
celui destiné à la combustion du phosphore.
On prend un grand ballon de verre blanc ou de cristal A, _pl. IV,
fig. 4_, dont l'ouverture EF doit avoir deux pouces & demi à trois
pouces de diamètre. Cette ouverture se recouvre avec une plaque de
cuivre jaune ou laiton usée à l'émeri, & qui est percée de deux trous
pour le passage des tuyaux _xxx_, _yyy_.
Avant de fermer le ballon avec sa plaque, on introduit dans son
intérieur un support BC surmonté d'une capsule D de porcelaine, sur
laquelle on place le phosphore. On lute ensuite la plaque de cuivre
au ballon en EF avec du lut gras qu'on recouvre avec des bandes de
linge imbibées de blanc d'œuf & saupoudrées de chaux. On laisse
sécher pendant plusieurs jours, puis on pèse le tout avec une bonne
balance. Ces préparatifs achevés, on adapte une pompe pneumatique au
tuyau _xxx_, & on fait le vuide dans le ballon; après quoi on introduit
du gaz oxygène par le tuyau _yyy_, au moyen du gazomètre représenté
_planche VIII, figure 1_, & dont j'ai donné la description, Chapitre
II, §. II. On allume ensuite le phosphore avec un verre ardent, & on le
laisse brûler jusqu'à ce que le nuage d'acide phosphorique concret qui
se forme arrête la combustion. Alors on délute & on pèse le ballon. Le
poids, déduction faite de la tarre, donne celui de l'acide phosphorique
qu'il contient. Il est bon, pour plus d'exactitude, d'examiner l'air
ou le gaz contenu dans le ballon après la combustion, parce qu'il peut
être plus ou moins pesant que l'air ordinaire, & qu'il faut tenir
compte dans les calculs relatifs à l'expérience, de cette différence de
pesanteur.
Les mêmes motifs qui m'ont engagé à construire un appareil particulier
pour la combustion du phosphore, m'ont déterminé de prendre le même
parti à l'égard du charbon. Cet appareil consiste en un petit fourneau
conique fait en cuivre battu, représenté en perspective, _plan. XII,
figure 9_, & vu intérieurement, _figure 11_. On y distingue le
fourneau proprement dit ABC, où doit se faire la combustion du charbon,
la grille _de_ & le cendrier F. Au milieu du fourneau est un tuyau GH,
par lequel on introduit le charbon & qui sert en même tems de cheminée
pour évacuer l'air qui a servi à la combustion.
C'est par le tuyau _lmn_ qui communique avec le gazomètre, qu'est amené
l'air qui est destiné à entretenir la combustion; cet air se répand
dans la capacité du cendrier F, & la pression qui lui est communiquée
par le gazomètre, l'oblige à passer par la grille _de_, & à souffler
les charbons qui sont posés immédiatement dessus.
Le gaz oxygène qui entre pour les 28/100 dans la composition de l'air
de l'atmosphère, se convertit, comme l'on sait, en gaz acide carbonique
dans la combustion du charbon. Le gaz azote au contraire ne change
point d'état; il doit donc rester, après la combustion, un mêlange de
gaz azote & de gaz acide carbonique. Pour donner issue à ce mêlange, on
a adapté à la cheminée GH un tuyau _op_ qui s'y visse en G, de manière
à ne laisser échapper aucune portion d'air. Le mêlange des deux gaz est
conduit par ce tuyau à des bouteilles remplies de potasse en liqueur &
bien dépouillée d'acide carbonique, à travers laquelle il bouillonne.
Le gaz acide carbonique est absorbé par la potasse, & il ne reste que
du gaz azote qu'on reçoit dans un second gazomètre pour en déterminer
la quantité.
Une des difficultés que présente l'usage de cet appareil, est d'allumer
le charbon & de commencer la combustion: voici le moyen d'y parvenir.
Avant d'emplir de charbon le fourneau ABC, on en détermine le poids
avec une bonne balance & de manière à être sûr de ne point commettre
une erreur de plus d'un ou deux grains; on introduit ensuite dans la
cheminée GH le tuyau RS, _figure 10_, dont le poids doit également
avoir été bien déterminé. Ce tuyau est creux & ouvert par les deux
bouts: son extrémité S doit descendre jusqu'au fond du fourneau;
elle doit porter sur la grille _de_ & l'occuper toute entière. Ce
n'est qu'après que le tuyau RS a été ainsi placé, qu'on introduit le
charbon dans le fourneau. On le pèse alors de nouveau, pour connoître
la quantité de charbon qui y a été introduite. Ces opérations
préliminaires achevées, on met en place le fourneau, on visse le
tuyau _lmn_, _figure 9_, avec celui qui communique avec le gazomètre;
on visse le tuyau _op_ avec celui qui conduit aux bouteilles remplies
de potasse: enfin au moment où l'on veut commencer la combustion, on
ouvre le robinet du gazomètre, & on jette un petit charbon allumé par
l'extrémité R du tuyau RS; ce charbon tombe sur la grille où le courant
d'air le maintient allumé. Alors on retire promptement le tuyau RS;
on visse à la cheminée le tuyau _op_ destiné à évacuer l'air, & on
continue la combustion. Pour être assuré qu'elle est vraiment commencée
& que l'opération a réussi, on a ménagé un tuyau _qrs_ garni à son
extrémité _s_ d'un verre mastiqué, à travers lequel on peut voir si
le charbon est allumé. J'oubliois d'observer que ce fourneau & ses
dépendances sont plongés dans une espèce de baquet allongé TVXY, _fig.
11_, qui est rempli d'eau & même de glace, afin de diminuer autant que
l'on veut la chaleur de la combustion. Cette chaleur au surplus n'est
jamais très-vive, parce qu'il ne peut y avoir de combustion qu'en
proportion de l'air qui est fourni par le gazomètre, & qu'il n'y a
d'ailleurs de charbon qui brûle que celui qui porte immédiatement sur
la grille. A mesure qu'une molécule de charbon est consommée, il en
retombe une autre en vertu de l'inclinaison des parois du fourneau;
elle se présente au courant d'air qui traverse la grille _de_, & elle
brûle comme la première.
Quant à l'air qui a servi à la combustion, il traverse la masse
de charbon qui n'a pas encore brûlé, & la pression exercée par le
gazomètre l'oblige de s'échapper par le tuyau _op_, & de traverser les
bouteilles remplies d'alkali.
On voit que dans cette expérience on a toutes les données nécessaires
pour obtenir une analyse complette de l'air atmosphérique & du
charbon. En effet, on connoît le poids du charbon; on a par le moyen
du gazomètre la mesure de la quantité d'air employée à la combustion;
on peut déterminer la qualité & la quantité de celui qui reste après
la combustion; on a le poids de la cendre qui s'est rassemblée dans le
cendrier: enfin l'augmentation de poids des bouteilles qui contiennent
la potasse en liqueur, donne la quantité d'acide carbonique qui s'est
formé. On peut également connoître avec beaucoup de précision, par
cette opération, la proportion de carbone & d'oxygène dont cet acide
est composé.
Je rendrai compte dans les Mémoires de l'Académie, de la suite
d'expériences que j'ai entreprises avec cet appareil sur tous les
charbons végétaux & animaux. Il n'est pas difficile de voir qu'avec
très-peu de changemens on peut en faire une machine propre à observer
les principaux phénomènes de la respiration.
§. II.
_De la Combustion des Huiles._
Le charbon, au moins quand il est pur, étant une substance simple,
l'appareil destiné à le brûler ne pouvoit pas être très-compliqué. Tout
se réduisoit à lui fournir le gaz oxygène nécessaire à sa combustion,
& à séparer ensuite d'avec le gaz azote le gaz acide carbonique
qui s'étoit formé. Les huiles sont plus composées que le charbon,
puisqu'elles résultent de la combinaison au moins de deux principes,
le carbone & l'hydrogène; il reste en conséquence, après qu'on les a
brûlées dans l'air commun, de l'eau, du gaz acide carbonique & du gaz
azote. L'appareil qu'on emploie pour ce genre d'expériences, doit avoir
pour objet de séparer & de recueillir ces trois espèces de produit.
Je me sers, pour brûler les huiles, d'un grand bocal A représenté
_planche XII, fig 4_, & de son couvercle, _figure 5_. Ce bocal est
garni d'une virole de fer BCDE, qui s'applique exactement sur le bocal
en DE, & qui y est solidement mastiquée. Cette virole prend un plus
grand diamètre en BC, & laisse entr'elle & les parois du bocal un
intervalle ou rigole _xxxx_, qu'on remplit de mercure: le couvercle
représenté _fig. 5_, a de son côté en _fg_ une virole de fer qui
s'ajuste dans la rigole _xxxx_ du bocal, & qui plonge dans le mercure;
Le bocal A peut par ce moyen se fermer en un instant hermétiquement &
sans lut; & comme la rigole peut contenir une hauteur de mercure de
deux pouces, on voit qu'on peut faire éprouver à l'air contenu dans le
bocal une pression de plus de deux pieds d'eau, sans risquer qu'elle
surmonte la résistance du mercure.
Le couvercle, _fig. 5_, est percé de quatre trous destinés au passage
d'un égal nombre de tuyaux. L'ouverture T est d'abord garnie d'une
boëte à cuir à travers laquelle doit passer la tige représentée _fig.
3_. Cette tige est destinée à remonter ou à descendre la mêche de la
lampe, comme je l'expliquerai ci-après; les trois autres trous _h_,
_i_, _k_, sont destinés, savoir, le premier au passage du tuyau qui
doit amener l'huile, le second au passage du tuyau qui doit amener
l'air à la lampe pour entretenir la combustion, le troisième au passage
du tuyau qui doit donner issue à ce même air lorsqu'il a servi à la
combustion.
La lampe destinée à brûler l'huile dans le bocal, est représentée
séparément, _fig. 2_ de la même _planche_; on y voit le réservoir à
huile a avec une espèce d'entonnoir par lequel on le remplit; le siphon
_bcdefgh_, qui fournit l'huile à la lampe; le tuyau 7, 8, 9, 10, qui
amène l'air du gazomètre à la même lampe.
Le tuyau _bc_ est taraudé extérieurement dans sa partie inférieure
_b_, & se visse dans un écrou contenu dans le couvercle du réservoir
A; par ce moyen, en tournant le réservoir, on peut le faire monter ou
descendre & amener l'huile à la lampe, au niveau où on le juge à propos.
Quand on veut remplir le siphon & établir la communication entre
l'huile du réservoir _a_ & celle de la lampe 11, on ferme d'abord le
robinet _c_, on ouvre celui _e_, & on verse de l'huile par l'ouverture
_f_, qui est au haut du siphon. Dès qu'on voit paroître l'huile dans la
lampe 11 à un niveau convenable, c'est-à-dire à trois ou quatre lignes
des bords, on ferme le robinet _k_; on continue à verser de l'huile par
l'ouverture e, pour remplir la branche _bcd_. Quand elle est remplie,
on ferme le robinet _f_, & alors les deux branches du siphon étant
pleines d'huile sans interruption, la communication du réservoir à la
lampe est établie.
La _figure 1_, même _planche XII_, représente la coupe de la lampe
grossie pour rendre les détails plus frappans & plus sensibles. On y
voit le tuyau _ik_, qui apporte l'huile; _aaaa_, la capacité qu'occupe
la mêche; 9 & 10, le tuyau qui apporte l'air à la lampe: cet air se
répand dans la capacité _dddddd_, puis il se distribue par le canal
_cccc_ & par celui _bbbb_, en-dedans & en-dehors de la mêche, à la
manière des lampes d'Argand, Quinquet & Lange.
Pour faire mieux connoître l'ensemble de cet appareil, & pour que sa
description même rende plus facile l'intelligence de tous les autres
de même genre, je l'ai représenté tout entier en perspective, _planche
XI_. On y voit le gazomètre P qui fournit l'air; l'ajutage 1 & 2 par
lequel il sort, & qui est garni d'un robinet 1; 2 & 3, un tuyau qui
communique de ce premier gazomètre à un second, que l'on emplit pendant
que le premier se vuide, afin que l'émission de l'air se fasse sans
interruption pendant tout le tems que doit durer l'opération; 4 & 5,
un tube de verre garni d'un sel déliquescent en morceaux médiocrement
gros, afin que l'air, en se distribuant dans les interstices, y dépose
une grande partie de l'eau qu'il tenoit en dissolution. Comme on
connoît le poids du tube & celui du sel déliquescent qu'il contient,
il est toujours facile de connoître la quantité d'eau qu'il a absorbée.
Du tube 4 & 5 que je nommerai tube déliquescent, l'air est conduit à
la lampe 11 par le tube 5, 6, 7, 8, 9, 10. Là il se divise; une partie
vient alimenter la flamme par-dehors, l'autre par-dedans, à la manière
des lampes d'Argand, Quinquet & Lange. Cet air, dont une partie a ainsi
servi à la combustion de l'huile, forme avec elle en l'oxygénant du
gaz acide carbonique & de l'eau. Une partie de cette eau se condense
sur les parois du bocal A, une autre partie est tenue en dissolution
dans l'air par la chaleur de la combustion: mais cet air qui est poussé
par la pression qu'il reçoit du gazomètre, est obligé de passer par
le tuyau 12, 13, 14 & 15, d'où il est conduit dans la bouteille 16 &
dans le serpentin 17 & 18, où l'eau achève de se condenser à mesure
que l'air se refroidit. Enfin si quelque peu d'eau restoit encore en
dissolution dans l'air, elle seroit absorbée par le sel déliquescent
contenu dans le tube 19 & 20.
Toutes les précautions qu'on vient d'indiquer n'ont d'autre objet que
de recueillir l'eau qui s'est formée, & d'en déterminer la quantité:
il reste ensuite à évaluer l'acide carbonique & le gaz azote. On y
parvient au moyen des bouteilles 22 & 25, qui sont à moitié remplies
de potasse en liqueur & dépouillée d'acide carbonique par la chaux.
L'air qui a servi à la combustion, y est conduit par les tuyaux 20, 21,
23 & 24, & il y dépose le gaz acide carbonique qu'il contient. On n'a
représenté dans cette figure, pour la simplifier, que deux bouteilles
remplies de potasse en liqueur; mais il en faut beaucoup davantage, &
je ne crois pas qu'on puisse en employer moins de neuf. Il est bon de
mettre dans la dernière de l'eau de chaux, qui est le réactif le plus
sûr & le plus sensible pour reconnoître l'acide carbonique: si elle ne
se trouble pas, on peut être assuré qu'il ne reste pas de gaz acide
carbonique dans l'air, du moins en quantité sensible.
Il ne faut pas croire que l'air qui a servi à la combustion, lorsqu'il
a traversé les neuf bouteilles, ne contienne plus que du gaz azote;
il est encore mêlé d'une assez grande quantité de gaz oxigène qui
a échappé à la combustion. On fait passer ce mêlange à travers un
sel déliquescent contenu dans le tube de verre 28 & 29, afin de le
dépouiller des portions d'eau qu'il auroit pu dissoudre en traversant
les bouteilles de potasse & d'eau de chaux. Enfin on conduit le
résidu d'air à un gazomètre par le tuyau 29 & 30: on en détermine la
quantité; on en prend des échantillons qu'on essaye par le sulfure de
potasse, afin de savoir la proportion de gaz oxygène & de gaz azote
qu'il contient.
On sait que dans la combustion des huiles, la mêche se charbonne au
bout d'un certain tems, & qu'elle s'obstrue. Il y a d'ailleurs une
longueur déterminée de mêche qu'il faut atteindre, mais qu'il ne faut
pas outre-passer, sans quoi il monte par les tuyaux capillaires de la
mêche plus d'huile que le courant d'air n'en peut consommer, & la lampe
fume. Il étoit donc nécessaire qu'on pût allonger ou raccourcir la
mêche de dehors & sans ouvrir l'appareil: c'est à quoi on est parvenu,
au moyen de la tige 31, 32, 33 & 34, qui passe à travers une boëte à
cuir & qui répond au porte-mêche. On a donné à cette tige un mouvement
très-doux au moyen d'un pignon qui engraine dans une crémaillère. On
voit cette tige & ses accessoires représentés séparément, _pl. XII,
fig. 3_.
Il m'a semblé encore qu'en enveloppant la flamme de la lampe avec un
petit bocal de verre ouvert par les deux bouts, la combustion en alloit
mieux. Ce bocal est en place dans la _planche XI_.
Je n'entrerai pas dans de plus grands détails sur la construction
de cet appareil, qui est susceptible d'être changé & modifié de
différentes manières. Je me contenterai d'ajouter que, lorsqu'on veut
opérer, on commence par peser la lampe avec son réservoir & l'huile
qu'elle contient; qu'on la met en place; qu'on l'allume; qu'après avoir
donné de l'air en ouvrant le robinet du gazomètre, on place le bocal
A; qu'on l'assujétit au moyen d'une petite planche BC, sur laquelle
il repose, & de deux tiges de fer qui la traversent & qui se vissent
au couvercle. Il y a de cette manière un peu d'huile brûlée pendant
qu'on ajuste le bocal au couvercle & l'on en perd le produit; il y a
également une petite portion d'air qui s'échappe du gazomètre & qu'on
ne peut recueillir; mais ces quantités sont peu considérables dans
des expériences en grand; elles sont d'ailleurs susceptibles d'être
évaluées.
Je rendrai compte dans les Mémoires de l'Académie, des difficultés
particulières attachées à ce genre d'expériences, & des moyens de
les lever. Ces difficultés sont telles, qu'il ne m'a pas encore été
possible d'obtenir des résultats rigoureusement exacts pour les
quantités. J'ai bien la preuve que les huiles fixes se résolvent
entièrement en eau & en gaz acide carbonique, qu'elles sont composées
d'hydrogène & de carbone; mais je n'ai rien d'absolument certain sur
les proportions.
§. III.
_De la Combustion de l'Esprit-de-vin ou Alkool._
La combustion de l'alkool peut à la rigueur se faire dans l'appareil
qui a été décrit ci-dessus pour la combustion du charbon & pour
celle du phosphore. On place sous une cloche A, _planche IV, fig.3_,
une lampe remplie d'alkool; on attache à la mêche un atôme de
phosphore, & on allume avec un fer recourbé qu'on passe par-dessous
la cloche: mais cette manière d'opérer est susceptible de beaucoup
d'inconvéniens. Il seroit d'abord imprudent d'employer du gaz oxygène,
par la crainte de la détonation: on n'est pas même entièrement exempt
de ce risque, lorsque l'on emploie de l'air atmosphérique, & j'en
ai fait, en présence de quelques membres de l'Académie, une épreuve
qui a pensé leur devenir funeste ainsi qu'à moi. Au lieu de préparer
l'expérience comme j'étois dans l'habitude de le faire, au moment
même où je devois opérer, je l'avois disposée dès la veille. L'air
atmosphérique contenu dans la cloche, avoit eu en conséquence le tems
de dissoudre de l'alkool: la vaporisation de l'alkool avoit même été
favorisée par la hauteur de la colonne de mercure que j'avois élevée
en EF, _planche IV, fig. 3_. En conséquence, au moment où je voulus
allumer le petit morceau de phosphore & la lampe avec le fer rouge,
il se fit une détonation violente qui enleva la cloche & qui la brisa
en mille pièces contre le plancher du laboratoire. Il résulte de
l'impossibilité où l'on est d'opérer dans du gaz oxygène, qu'on ne peut
brûler par ce moyen que de très-petites quantités d'alkool, de 10 à
12 grains par exemple, & les erreurs qu'on peut commettre sur d'aussi
petites quantités, ne permettent de prendre aucune confiance dans les
résultats. J'ai essayé dans les expériences dont j'ai rendu compte
à l'Académie (_Voy. Mém. Acad. année 1784, pag. 593_) de prolonger
la durée de la combustion, en allumant la lampe d'alkool dans l'air
ordinaire, & en refournissant ensuite du gaz oxygène sous la cloche à
mesure qu'il s'en étoit consommé; mais le gaz acide carbonique qui se
forme met obstacle à la combustion, d'autant plus que l'alkool est peu
combustible & qu'il brûle difficilement dans de l'air moins bon que
l'air commun; on ne peut donc encore brûler de cette manière que de
très-petites quantités d'alkool.
Peut-être cette combustion réussiroit-elle dans l'appareil représenté
_planche XI_; mais je n'ai pas osé l'y tenter. Le bocal A où se fait
la combustion, a environ 1400 pouces cubiques de capacité; & s'il se
faisoit une détonation dans un aussi grand vaisseau, elle auroit des
suites terribles dont il seroit difficile de se garantir. Je ne renonce
pas cependant à la tenter.
C'est par une suite de ces difficultés que je me suis borné jusqu'ici à
des expériences très en petit sur l'alkool, ou bien à des combustions
faites, dans des vaisseaux ouverts, comme dans l'appareil représenté
_pl. IX, fig. 5_, dont je donnerai la description dans le §. 5 de ce
Chapitre.
Je reprendrai dans d'autres tems la suite de ce travail, si du moins je
puis parvenir à lever les obstacles qu'il m'a présentés jusqu'ici.
§. IV.
_De la Combustion de l'Ether._
La combustion de l'éther en vaisseaux clos, ne comporte pas précisément
les mêmes difficultés que celle de l'alkool; mais elle en présente
d'un autre genre qui ne sont pas moins difficiles à vaincre, & qui
m'arrêtent encore dans ce moment.
J'avois cru pouvoir profiter, pour opérer cette combustion, de la
propriété qu'a l'éther de se dissoudre dans l'air de l'atmosphère,
& de le rendre inflammable sans détonation. J'ai fait construire,
d'après cette idée, un réservoir à éther _abcd_, _pl. XII, fig. 8_,
auquel l'air du gazomètre est amené par un tuyau 1, 2, 3, 4. Cet air
se répand d'abord dans un double fond pratiqué à la partie supérieure
_ac_ du réservoir. Là il se distribue par sept tuyaux descendans _ef_,
_gh_, _ik_, _&c._ & la pression qu'il reçoit de la part du gazomètre,
l'oblige de bouillonner à travers l'éther contenu, dans le vase _abcd_.
On peut, à mesure que l'éther est ainsi dissous & emporté par l'air, en
rendre au réservoir _abcd_, au moyen d'un réservoir supplémentaire E,
porté par un tuyau de cuivre _op_, de 15 à 18 pouces de haut, & qui se
ferme au moyen d'un robinet. J'ai été obligé de donner une assez grande
hauteur à ce tuyau, afin que l'éther qui est contenu dans le flacon E
puisse vaincre la résistance occasionnée par la pression exercée par le
gazomètre.
L'air ainsi chargé de vapeurs d'éther est repris par le tuyau 5, 6, 7,
8, 9, & conduit dans le bocal A où il s'échappe par un ajutoir très-fin
à l'extrêmité duquel on l'allume. Ce même air, après avoir servi à la
combustion, passe par la bouteille 16, _planche XI_, par le serpentin
17 & 18, & par le tube déliquescent où il dépose l'eau dont il s'étoit
chargé; le gaz acide carbonique est ensuite absorbé par l'alkali
contenu dans les bouteilles 22 & 25.
Je supposois, lorsque j'ai fait construire cet appareil, que la
combinaison d'air atmosphérique & d'éther qui s'opère dans le réservoir
_abcd_, _planc. XII, figure 8_, étoit dans la juste proportion qui
convient à la combustion, & c'est en quoi j'étois dans l'erreur: il
y a un excès d'éther très-considérable, & il faut en conséquence une
nouvelle combinaison d'air atmosphérique pour opérer la combustion
totale. Il en résulte qu'une lampe construite de cette manière brûle
dans l'air ordinaire qui fournit la quantité d'oxygène manquante pour
la combustion; mais qu'elle ne peut brûler dans des vaisseaux où l'air
ne se renouvelle pas. Aussi la lampe s'éteignoit-elle peu de tems après
qu'elle étoit enfermée dans le bocal A, _planche XII, figure 8_. Pour
remédier à cet inconvénient, j'ai essayé d'amener à cette lampe de
l'air atmosphérique par un tuyau latéral 9, 10, 11, 12, 13, 14 & 15; &
je l'ai distribué circulairement autour de la mêche: mais quelque léger
que fût le courant d'air, la flamme étoit si mobile, elle tenoit si peu
à la mêche, qu'il suffisoit pour la souffler; en sorte que je n'ai
point encore pu réussir à la combustion de l'éther. Je ne désespère
cependant pas d'y parvenir, au moyen de quelques changemens que je fais
faire à cet appareil.
§. V.
_De la Combustion du Gaz hydrogène, & de la Formation de l'Eau._
La formation de l'eau a cela de particulier, que les deux substances
qui y concourent, l'oxygène & l'hydrogène, sont l'une & l'autre
dans l'état aériforme avant la combustion, & que l'une & l'autre se
transforment par le résultat de cette opération, en une substance
liquide qui est l'eau.
Cette combustion seroit donc fort simple & n'exigeroit pas des
appareils fort compliqués, s'il étoit possible de se procurer des
gaz oxygène & hydrogène parfaitement purs & qui fussent combustibles
sans reste. On pourroit alors opérer dans de très-petits vaisseaux;
& en y refournissant continuellement les deux gaz dans la proportion
convenable, on continueroit indéfiniment la combustion. Mais jusqu'ici
les Chimistes n'ont encore employé que du gaz oxygène mélangé de gaz
azote. Il en a résulté qu'ils n'ont pu entretenir que pendant un tems
limité & très-court la combustion du gaz hydrogène dans des vaisseaux
clos: & en effet, le résidu de gaz azote augmentant continuellement, la
flamme s'affoiblit & elle finit par s'éteindre. Cet inconvénient est
d'autant plus grand, que le gaz oxygène qu'on emploie est moins pur:
il faut alors, ou cesser la combustion & se résoudre à n'opérer que
sur de petites quantités, ou refaire le vuide pour se débarrasser du
gaz azote: mais dans ce dernier cas on vaporise une portion de l'eau
qui s'est formée, & il en résulte une erreur d'autant plus dangereuse,
qu'on n'a pas de moyen sûr de l'apprécier.
Ces réflexions me font désirer de pouvoir répéter un jour les
principales expériences de la Chimie pneumatique avec du gaz oxygène
absolument exempt de mêlange de gaz azote, & le sel muriatique oxygéné
de potasse en fournit les moyens. Le gaz oxygène qu'on en retire ne
paroît contenir de l'azote qu'accidentellement; en sorte qu'avec des
précautions on pourra l'obtenir parfaitement pur. En attendant que
j'aye pu reprendre cette suite d'expériences, voici l'appareil que nous
avons employé, M. Meusnier & moi, pour la combustion du gaz hydrogène.
Il n'y aura rien à y changer, lorsqu'on aura pu se procurer des gaz
purs, si ce n'est qu'on pourra diminuer la capacité du vase où se fait
la combustion.
J'ai pris un matras ou ballon à large ouverture A, _pl. IV, fig. 5_,
& j'y ai adapté une platine BC, à laquelle étoit soudée une douille
creuse de cuivre _g_FD, fermée par le haut & à laquelle venoient
aboutir trois tuyaux. Le premier _d_D_d'_ se terminoit en _d'_ par
une ouverture très-petite & à peine capable de laisser passer une
aiguille fine; il communiquoit avec le gazomètre représenté _pl. VIII,
fig. 1_, lequel étoit rempli de gaz hydrogène. Le tuyau opposé _gg_
communiquoit avec un autre gazomètre tout semblable, qui étoit rempli
de gaz oxygène: un troisième tuyau H_h_ s'adaptoit à une machine
pneumatique, pour qu'on pût faire le vuide dans le ballon A. Enfin la
platine BC étoit en outre percée d'un trou garni d'un tube de verre
à travers lequel passoit un fil de métal _g_L, à l'extrémité duquel
étoit adaptée une petite boule L de cuivre, afin qu'on pût tirer une
étincelle électrique de L en _d'_, & allumer ainsi le gaz hydrogène
amené par le tuyau _d_D_d'_.
Pour que les deux gaz arrivassent aussi secs qu'il étoit possible, on
avoit rempli deux tubes MM, NN, d'un pouce & demi de diamètre environ,
& d'un pied de longueur, avec de la potasse concrète bien dépouillée
d'acide carbonique & concassée en morceaux assez gros pour que les gaz
pussent passer librement entre les interstices. J'ai éprouvé depuis
que du nitrate ou du muriate de chaux bien secs & en poudre grossière,
étoient préférables à la potasse, & qu'ils enlevoient plus d'eau à une
quantité donnée d'air.
Pour opérer avec cet appareil, on commence par faire le vuide dans le
ballon A, au moyen de la pompe pneumatique adaptée au tuyau FH_h_;
après quoi on y introduit du gaz oxygène, en tournant le robinet _r_
du tube _gg_. Le degré du limbe du gazomètre observé avant & après
l'introduction du gaz, indique la quantité qui en est entrée dans le
ballon. On ouvre ensuite le robinet s du tube _d_D_d'_, afin de faire
arriver le gaz hydrogène; & aussitôt, soit avec une machine électrique,
soit avec une bouteille de Leyde, on fait passer une étincelle de la
boule L à l'extrémité _d'_ du tube par lequel se fait l'écoulement du
gaz hydrogène, & il s'allume aussitôt. Il faut, pour que la combustion
ne soit ni trop lente ni trop rapide, que le gaz hydrogène arrive
avec une pression d'un pouce & demi à deux pouces d'eau, & que le gaz
oxygène n'arrive au contraire qu'avec trois lignes au plus de pression.
La combustion ainsi commencée, elle se continue; mais en
s'affoiblissant à mesure que la quantité de gaz azote qui reste de la
combustion des deux gaz augmente. Il arrive enfin un moment où la
portion de gaz azote devient telle, que la combustion ne peut plus
avoir lieu, & alors la flamme s'éteint. Il faut faire en sorte de
prévenir cette extinction spontanée; parce qu'au moyen de ce qu'il y a
pression plus forte dans le réservoir de gaz hydrogène que dans celui
de gaz oxygène, il se feroit un mêlange des deux dans le ballon, & que
ce mêlange passeroit ensuite dans le réservoir de gaz oxygène. Il faut
donc arrêter la combustion en fermant le robinet du tuyau _d_D_d'_, dès
qu'on s'apperçoit que la flamme s'affoiblit à un certain point, & avoir
une grande attention pour ne point se laisser surprendre.
A une première combustion ainsi faite on peut en faire succéder une
seconde, une troisième, &c. On refait alors le vuide comme la première
fois; on remplit le ballon de gaz oxygène, on ouvre le robinet du tuyau
par lequel s'introduit le gaz hydrogène, & on allume par l'étincelle
électrique.
Pendant toutes ces opérations, l'eau qui se forme, se condense sur les
parois du ballon & ruisselle de toutes parts: elle se rassemble au
fond, & il est aisé d'en déterminer le poids quand on connoît celui du
ballon. Nous rendrons compte un jour, M. Meusnier & moi, des détails
de l'expérience que nous avons faite avec cet appareil, dans les mois
de janvier & de février 1785, en présence d'une grande partie des
membres de l'Académie. Nous avons tellement multiplié les précautions,
que nous avons lieu de la croire exacte. D'après le résultat que nous
avons obtenu, 100 parties d'eau en poids sont composées de 85 d'oxygène
& de 15 d'hydrogène.
Il est encore un autre appareil pour la combustion, avec lequel on ne
peut pas faire des expériences aussi exactes qu'avec les précédens,
mais qui présente un résultat très-frappant & très-propre à être
présenté dans un cours de Physique & de Chimie. Il consiste dans un
serpentin EF, _planche IX, figure 5_, renfermé dans un seau de métal
ABCD. A la partie supérieure E du tuyau de ce serpentin, on adapte une
cheminée GH composée d'un double tuyau; savoir, de la continuation du
serpentin & d'un tuyau de fer-blanc qui l'environne. Ces deux tuyaux
laissent entr'eux un intervalle d'un pouce environ, qu'on remplit avec
du sable.
A l'extrémité inférieure du tuyau intérieur K, s'adapte un tube de
verre, & au-dessous une lampe à esprit-de-vin LM, à la Quinquet.
Les choses ainsi préparées, & la quantité d'alkool contenue dans la
lampe ayant été bien déterminée, on allume. L'eau qui se forme pendant
la combustion de l'alkool, s'élève par le tube KE; elle se condense
dans le serpentin contenu dans le seau ABCD, & va ressortir en état
d'eau par l'extrémité F du tube où elle est reçue dans une bouteille P.
La double enveloppe GH est destinée à empêcher que le tube ne se
refroidisse dans sa partie montante, & que l'eau ne s'y condense.
Elle redescendroit le long du tube, sans qu'on pût en déterminer la
quantité; il pourroit d'ailleurs en retomber sur la mêche des gouttes,
qui ne manqueroient pas de l'éteindre. L'objet de cet appareil est
donc d'entretenir toujours chaude toute la partie GH que j'appelle
la cheminée, & toujours froide au contraire la partie qui forme le
serpentin proprement dit; en sorte que l'eau soit toujours dans
l'état de vapeurs dans la partie montante, & qu'elle se condense
sitôt qu'elle est engagée dans la partie descendante. Cet appareil a
été imaginé par M. Meusnier: j'en ai donné la description dans les
Mémoires de l'Académie, année 1784, page 593 & 594. On peut, en opérant
avec précaution, c'est-à-dire en entretenant l'eau qui environne le
serpentin, toujours froide, retirer près de 17 onces d'eau de la
combustion de 16 onces d'esprit-de-vin ou alkool.
§. VI.
_De l'Oxidation des Métaux._
On désigne principalement par le nom de calcination ou oxidation,
une opération dans laquelle les métaux exposés à un certain degré
de chaleur se convertissent en oxides, en absorbant l'oxygène de
l'air. Cette combinaison se fait en raison de ce que l'oxygène a plus
d'affinité, du moins à un certain degré de température, avec les
métaux, qu'il n'en a avec le calorique. En conséquence le calorique
devient libre & se dégage: mais comme l'opération, lorsqu'elle se fait
dans l'air commun, est successive & lente, le dégagement du calorique
est peu sensible. Il n'en est pas de même, lorsque la calcination
s'opère dans le gaz oxygène; elle se fait alors d'une manière beaucoup
plus rapide, elle est souvent accompagnée de chaleur & de lumière; en
sorte qu'on ne peut douter que les substances métalliques ne soient de
véritables corps combustibles.
Les métaux n'ont pas tous le même degré d'affinité pour l'oxygène.
L'or & l'argent, par exemple, & même le platine ne peuvent l'enlever
au calorique, à quelque degré de chaleur que ce soit. Quant aux autres
métaux, ils s'en chargent d'une quantité plus ou moins grande, &, en
général, ils en absorbent jusqu'à ce que ce principe soit en équilibre
entre la force du calorique qui le retient, & celle du métal qui
l'attire. Cet équilibre est une loi générale de la nature dans toutes
les combinaisons.
Dans les opérations de docimasie & dans toutes celles relatives aux
arts, on accélère l'oxidation du métal en donnant un libre accès à
l'air extérieur. Quelquefois même on y joint l'action d'un soufflet
dont le courant est dirigé sur la surface du métal. L'opération
est encore plus rapide, si on souffle du gaz oxygène; ce qui est
très-facile à l'aide du gazomètre dont j'ai donné la description.
(_Voyez_ page 346.) Alors le métal brûle avec flamme, & l'oxidation est
terminée en quelques instans: mais on ne peut employer ce dernier moyen
que pour des expériences très en petit, à cause de la cherté du gaz
oxygène.
Dans l'essai des mines & en général dans toutes les opérations
courantes des laboratoires, on est dans l'usage de calciner ou oxider
les métaux sur un plat ou soucoupe de terre cuite, _pl. IV, fig. 6_,
qu'on place sur un bon fourneau: on nomme ces plats ou soucoupes _têts
à rôtir_. De tems en tems on remue la matière qu'on veut calciner, afin
de renouveller les surfaces.
Toutes les fois qu'on opère sur une substance métallique qui n'est
pas volatile, & qu'il ne se dissipe rien pendant l'opération, il y
a augmentation de poids du métal. Mais des expériences faites ainsi
en plein air, n'auroient jamais conduit à reconnoître la cause de
l'augmentation du poids des métaux pendant leur oxidation. Ce n'est
que du moment où l'on a commencé à opérer dans des vaisseaux fermés
& dans des quantités déterminées d'air, qu'on a été véritablement
sur la voie de la découverte des causes de ce phénomène. Un premier
moyen qu'on doit à M. Priestley, consiste à exposer le métal qu'on se
propose de calciner, sur une capsule N de porcelaine, _planc. IV_,
_fig. 11_, placée sur un support un peu élevé IK; à le recouvrir avec
une cloche de cristal A plongée dans un bassin plein d'eau BCDE, & à
élever l'eau jusqu'en GH, en suçant l'air de la cloche avec un siphon
qu'on passe par-dessous: on fait ensuite tomber sur le métal le foyer
d'un verre ardent. En quelques minutes l'oxidation s'opère; une partie
de l'oxygène contenu dans l'air se combine avec le métal; il y a une
diminution proportionnée dans le volume de l'air, & ce qui reste n'est
plus que du gaz azote, encore mêlé cependant d'une petite quantité de
gaz oxygène. J'ai exposé le détail des expériences que j'ai faites
avec cet appareil dans mes opuscules physiques & chimiques, imprimées
en 1773, pages 283, 284, 285 & 286. On peut substituer le mercure à
l'eau, & l'expérience n'en est que plus concluante.
Un autre procédé dont j'ai exposé le résultat dans les Mémoires de
l'Académie, année 1774, page 351, & dont la première idée appartient à
Boyle, consiste à introduire le métal sur lequel on veut opérer dans
une cornue A, _pl. III_, _fig. 20_, dont on tire à la lampe l'extrémité
du col, & qu'on ferme hermétiquement en C. On oxide ensuite le métal,
en tenant la cornue sur un feu de charbon, & en la chauffant avec
précaution. Le poids du vaisseau & des matières qu'il contient, ne
change pas tant qu'on n'a pas rompu l'extrémité C du bec de la cornue;
mais sitôt qu'on procure à l'air extérieur une issue pour rentrer, il
le fait avec sifflement.
Cette opération ne seroit pas sans quelque danger, si on scelloit
hermétiquement la cornue sans avoir fait sortir auparavant une portion
de l'air qu'elle contenoit; la dilatation occasionnée par la chaleur
pourroit faire éclater le vaisseau, avec risque pour ceux qui le
tiendroient ou qui seroient dans le voisinage. Pour prévenir ce danger,
on doit faire chauffer la cornue avant de la sceller à la lampe & en
faire sortir une portion d'air qu'on reçoit sous une cloche dans
l'appareil pneumato-chimique, afin de pouvoir en déterminer la quantité.
Je n'ai point multiplié, autant que je l'aurois desiré, ces oxidations,
& je n'ai obtenu de résultats satisfaisans qu'avec l'étain: le plomb
ne m'a pas bien réussi. Il seroit à souhaiter que quelqu'un voulût
bien reprendre ce travail & tenter l'oxidation dans différens gaz;
il seroit, je crois, bien dédommagé des peines attachées à ce genre
d'expériences.
Tous les oxides de mercure étant susceptibles de se revivifier sans
addition, & de restituer dans son état de pureté l'oxygène qu'ils
ont absorbé, aucun métal n'étoit plus propre à devenir le sujet
d'expériences très-concluantes sur la calcination & l'oxidation des
métaux. J'avois d'abord tenté, pour opérer l'oxidation du mercure
dans les vaisseaux fermés, de remplir une cornue de gaz oxygène, d'y
introduire une petite portion de mercure & d'adapter à son col une
vessie à moitié remplie de gaz oxygène, comme on le voit représenté
_planche IV, fig. 12_. Je faisois ensuite chauffer le mercure de la
cornue; & en continuant très-long-tems l'opération, j'étois parvenu à
en oxider une petite portion, & à former de l'oxide rouge qui nageoit à
la surface: mais la quantité de mercure que je suis parvenu à oxider
de cette manière, étoit si petite, que la moindre erreur commise
dans la détermination des quantités de gaz oxygène avant & après
l'oxidation, auroit jetté la plus grande incertitude sur mes résultats.
J'étois toujours inquiet d'ailleurs, & non sans de justes raisons,
qu'il ne se fût échappé de l'air à travers des pores de la vessie,
d'autant plus qu'elle se racornit pendant l'opération par la chaleur du
fourneau dans lequel on opère, à moins qu'on ne la recouvre de linges
entretenus toujours humides.
On opère d'une manière plus sûre avec l'appareil représenté _planc. IV,
figure 2_. (_Voyez_ Mém. Acad. année 1775, page 580.) Il consiste
en une cornue A, au bec de laquelle on soude à la lampe d'émailleur
un tuyau de verre recourbé BCDE, de 10 à 12 lignes de diamètre, qui
s'engage sous une cloche FG contenue & retournée dans un bassin plein
d'eau ou de mercure. Cette cornue est soutenue sur les barres d'un
fourneau MMNN: on peut aussi se servir d'un bain de sable. On parvient
avec cet appareil à oxider en plusieurs jours un peu de mercure dans
l'air ordinaire, & à obtenir un peu d'oxide rouge qui nage à la
surface: on peut même le rassembler, le revivifier & comparer les
quantités de gaz obtenu avec l'absorption qui a eu lieu pendant la
calcination; (_voyez_ page 35 les détails que j'ai donnés sur cette
expérience) mais ce genre d'opérations ne pouvant se faire que très en
petit, il reste toujours de l'incertitude sur les quantités.
La combustion du fer dans le gaz oxygène étant une véritable oxidation,
je dois en faire mention ici. L'appareil qu'emploie M. Ingen-Housz pour
cette opération, est représenté _pl. IV, fig. 17_. J'en ai déjà donné
la description, page 41, & je ne puis qu'y renvoyer.
On peut aussi brûler & oxider du fer sous des cloches de verre remplies
de gaz oxygène, de la même manière qu'on brûle du phosphore ou du
charbon. On se sert également pour cette opération de l'appareil
représenté _planche IV, fig. 3_, & dont j'ai donné la description, p.
61. Il faut dans cette expérience, comme dans la combustion, attacher
à l'une des extrémités du fil de fer, ou des copeaux de fer qu'on se
propose de brûler, un petit morceau d'amadoue & un atôme de phosphore:
le fer chaud qu'on passe sous la cloche allume le phosphore; celui-ci
allume l'amadoue, & l'inflammation se communique au fer. M. Ingen-Housz
nous a appris qu'on pouvoit brûler ou oxider de la même manière tous
les métaux, à l'exception de l'or, de l'argent & du mercure. Il ne
s'agit que de se procurer ces métaux en fils très-fins ou en feuilles
minces coupées par bandes; on les tortille avec du fil de fer, & ce
dernier métal communique aux autres la propriété de s'enflammer & de
s'oxider.
Nous venons de voir comment on parvenoit à oxider de très-petites
quantités de mercure dans les vaisseaux fermés & dans des volumes d'air
limités: ce n'est de même qu'avec beaucoup de peine qu'on parvient à
oxider ce métal, même à l'air libre. On se sert ordinairement dans les
laboratoires pour cette opération d'un matras A, _planche IV, fig. 10_,
à cul très-plat, qui a un col BC très-allongé & terminé par une
très-petite ouverture: ce vaisseau porte le nom d'_enfer de Boyle_. On
y introduit assez de mercure pour couvrir son fond, & on le place sur
un bain de sable qu'on entretient à un degré de chaleur fort approchant
du mercure bouillant. En continuant ainsi pendant plusieurs mois,
avec cinq ou six de ces matras, & en renouvellant de tems en tems le
mercure, on parvient à obtenir quelques onces de cet oxide.
Cet appareil a un grand inconvénient, c'est que l'air ne s'y renouvelle
pas assez; mais, d'un autre côté, si on donnoit à l'air extérieur
une circulation trop libre, il emporteroit avec lui du mercure en
dissolution, & au bout de quelques jours on n'en retrouveroit plus
dans le vaisseau. Comme de toutes les expériences que l'on peut faire
sur l'oxidation des métaux, celles sur le mercure sont les plus
concluantes, il seroit à souhaiter qu'on pût imaginer un appareil
simple au moyen duquel on pût démontrer cette oxidation & les résultats
qu'on en obtient dans les cours publics. On y parviendroit, ce me
semble, par des moyens analogues à ceux que j'ai décrits pour la
combustion des huiles ou du charbon; mais je n'ai pu reprendre encore
ce genre d'expériences.
L'oxide de mercure se revivifie, comme je l'ai dit, sans addition;
il suffit de le faire chauffer à un degré de chaleur légèrement
rouge. L'oxygène à ce degré a plus d'affinité avec le calorique
qu'avec le mercure, & il se forme du gaz oxygène; mais ce gaz est
toujours mêlé d'un peu de gaz azote, ce qui indique que le mercure
en absorbe une petite portion pendant son oxidation. Il contient
aussi presque toujours un peu de gaz acide carbonique; ce qu'on doit
sans doute attribuer aux ordures qui s'y mêlent, qui se charbonnent
& qui convertissent ensuite une portion de gaz oxygène en gaz acide
carbonique.
Si les Chimistes étoient réduits à tirer de l'oxide de mercure fait
par voie de calcination, tout le gaz oxygène qu'ils emploient dans
leurs expériences, le prix excessif de cette préparation rendroit
absolument impraticables les expériences un peu en grand. Mais on
peut également oxygéner le mercure par l'acide nitrique, & on obtient
un oxide rouge plus pur que celui même qui a été fait par voie de
calcination. On le trouve tout préparé dans le commerce & à un prix
modéré: il faut choisir de préférence celui qui est en morceaux solides
& formé de lames douces au toucher & qui tiennent ensemble. Celui qui
est en poudre est quelquefois mêlangé d'oxide rouge de plomb: il ne
paroît pas que celui en morceaux solides soit susceptible de la même
altération. J'ai quelquefois essayé de préparer moi-même cet oxide par
l'acide nitrique: la dissolution du métal faite, j'évaporois jusqu'à
siccité, & je calcinois le sel, ou dans des cornues, ou dans des
capsules faites avec des fragmens de matras coupés par la méthode que
j'ai indiquée; mais jamais je n'ai pu parvenir à l'avoir aussi beau que
celui du commerce. On le tire, je crois, de Hollande.
Pour obtenir le gaz oxygène de l'oxide de mercure, j'ai coutume de me
servir d'une cornue de porcelaine à laquelle j'adapte un long tube de
verre qui s'engage sous des cloches dans l'appareil pneumato-chimique à
l'eau. Je place au bout du tube un vase plongé dans l'eau, dans lequel
se rassemble le mercure à mesure qu'il se revivifie. Le gaz oxygène ne
commence à passer que quand la cornue devient rouge. C'est un principe
général que M. Berthollet a bien établi, qu'une chaleur obscure ne
suffit pas pour former du gaz oxygène; il faut de la lumière: ce qui
semble prouver que la lumière est un de ses principes constituans. On
doit dans la revivification de l'oxide rouge de mercure rejeter les
premières portions de gaz qu'on obtient, parce qu'elles sont mêlées
d'air commun en raison de celui contenu dans le vuide des vaisseaux:
mais avec cette précaution même, on ne parvient pas à obtenir du
gaz oxygène parfaitement pur; il contient communément un dixième de
gaz azote, & presque toujours une très-petite portion de gaz acide
carbonique. On se débarrasse de ce dernier, au moyen d'une liqueur
alkaline caustique à travers laquelle on fait passer le gaz qu'on a
obtenu. A l'égard du gaz azote, on ne connoît aucun moyen de l'en
séparer; mais on peut en connoître la quantité, en laissant le gaz
oxygène pendant une quinzaine de jours en contact avec du sulfure de
soude ou de potasse. Le gaz oxygène est absorbé; il forme de l'acide
sulfurique avec le soufre, & il ne reste que le gaz azote seul.
Il y a beaucoup d'autres moyens de se procurer du gaz oxygène: on
peut le tirer de l'oxide noir de manganèse ou du nitrate de potasse
par une chaleur rouge, & l'appareil qu'on emploie est à peu près le
même que celui que j'ai décrit pour l'oxide rouge de mercure. Il faut
seulement un degré de chaleur plus fort & au moins égal à celui qui est
susceptible de ramollir le verre: on ne peut en conséquence employer
que des cornues de grès ou de porcelaine. Mais le meilleur de tous,
c'est-à-dire le plus pur, est celui qu'on dégage du muriate oxygéné
de potasse par la simple chaleur. Cette opération peut se faire dans
une cornue de verre, & le gaz qu'on obtient est absolument pur, pourvû
toutefois que l'on rejette les premières portions qui sont mêlées d'air
des vaisseaux.
§. VII.
_De la Détonation._
J'ai fait voir, Chapitre IX, page 103 & suiv. que l'oxygène, en se
combinant dans les différens corps, ne se dépouilloit pas toujours
de tout le calorique qui le constituoit dans l'état de gaz; qu'il
entroit, par exemple, avec presque tout son calorique dans la
combinaison qui forme l'acide nitrique & dans celle qui forme l'acide
muriatique oxygéné; en sorte que l'oxygène dans le nitre & sur-tout
dans le muriate oxygéné, étoit jusqu'à un certain point dans l'état de
gaz oxygène condensé & réduit au plus petit volume qu'il puisse occuper.
Le calorique dans ces combinaisons exerce un effort continuel sur
l'oxygène, pour le ramener à l'état de gaz: l'oxigène en conséquence
y tient peu; la moindre force suffit pour lui rendre la liberté, & il
reparoît souvent dans un instant presque indivisible dans l'état de
gaz. C'est ce passage brusque de l'état concret à l'état aériforme
qu'on a nommé détonation, parce qu'en effet il est ordinairement
accompagné de bruit & de fracas. Le plus communément ces détonations
s'opèrent par la combinaison du charbon, soit avec le nitre, soit avec
le muriate oxygéné. Quelquefois pour faciliter encore l'inflammation,
on y ajoute du soufre; & c'est ce mêlange fait dans de justes
proportions & avec des manipulations convenables, qui constitue la
poudre à canon.
L'oxygène par la détonation avec le charbon change de nature, & il se
convertit en acide carbonique. Ce n'est donc pas du gaz oxygène qui
se dégage, mais du gaz acide carbonique, du moins quand le mêlange a
été fait dans de justes proportions. Il se dégage en outre du gaz azote
dans la détonation du nitre, parce que l'azote est un des principes
constituans de l'acide nitrique.
Mais l'expansion subite & instantanée de ces gaz ne suffit pas pour
expliquer tous les phénomènes relatifs à la détonation. Si cette cause
y influoit seule, la poudre seroit d'autant plus forte que la quantité
de gaz dégagé dans un tems donné seroit plus considérable; ce qui ne
s'accorde pas toujours avec l'expérience. J'ai eu occasion d'éprouver
des espèces de poudre à tirer qui produisoient un effet presque
double de la poudre ordinaire, quoiqu'elles donnassent un sixième
de gaz de moins par la détonation. Il y a apparence que la quantité
de calorique qui se dégage au moment de la détonation, contribue
beaucoup à en augmenter l'effet, & on peut en concevoir plusieurs
raisons. Premièrement, quoique le calorique pénètre assez librement
à travers les pores de tous les corps, il ne peut cependant y passer
que successivement & en un tems donné: lors donc que la quantité qui
se dégage à la fois est trop considérable, & qu'elle est beaucoup plus
grande que celle qui peut se débiter, s'il est permis de se servir de
cette expression, par les pores des corps, il doit agir à la manière
des fluides élastiques ordinaires & renverser tout ce qui s'oppose à
son passage. Une partie de cet effet doit avoir lieu, lorsqu'on allume
de la poudre dans un canon: quoique le métal qui le compose soit
perméable pour le calorique, la quantité qui s'en dégage à la fois
est tellement grande, qu'elle ne trouve pas une issue assez prompte à
travers les pores du métal; elle fait donc un effort en tous sens, &
c'est cet effort qui est employé à chasser le boulet.
Secondement, le calorique produit nécessairement un second effet qui
dépend également de la force répulsive que ses molécules paroissent
exercer les unes sur les autres: il dilate les gaz qui se dégagent au
moment de l'inflammation de la poudre, & cette dilatation est d'autant
plus grande que la température est plus élevée.
Troisièmement, il est possible qu'il y ait décomposition de l'eau
dans l'inflammation de la poudre, & qu'elle fournisse de l'oxygène au
charbon pour former de l'acide carbonique. Si les choses se passent
ainsi, il doit se dégager rapidement, au moment de la détonation de
la poudre, une grande quantité de gaz hydrogène qui se débande & qui
contribue à augmenter la force de l'explosion. On sentira combien
cette circonstance doit contribuer à augmenter l'effet de la poudre,
si l'on considère que le gaz hydrogène ne pèse qu'un grain deux tiers
par pinte; qu'il n'en faut par conséquent qu'une très-petite quantité
en poids pour occuper un très-grand espace, & qu'il doit exercer une
force expansive prodigieuse, quand il passe de l'état liquide à l'état
aériforme.
Quatrièmement enfin une portion d'eau non décomposée doit se réduire
en vapeurs dans l'inflammation de la poudre, & l'on sait que dans
l'état de gaz elle occupe un volume 17 à 18 cent fois plus grand que
lorsqu'elle est dans l'état liquide.
J'ai déjà fait une assez grande suite d'expériences sur la nature
des fluides élastiques qui se dégagent de la détonation du nitre
avec le charbon & avec le soufre; j'en ai fait aussi quelques-unes
avec le muriate oxygéné de potasse. C'est un moyen qui conduit à des
connoissances assez précises sur les parties constituantes de ces
sels, & j'ai déjà donné, Tome XI du recueil des Mémoires présentés
à l'Académie par des savans étrangers, page 625, quelques résultats
principaux de mes expériences & des conséquences auxquelles elles m'ont
conduit relativement à l'analyse de l'acide nitrique. Maintenant que je
me suis procuré des appareils plus commodes, je me prépare à répéter
les mêmes expériences un peu plus en grand, & j'obtiendrai plus de
précision dans les résultats: en attendant, je vais rendre compte des
procédés que j'ai adoptés & employés jusqu'à présent. Je recommande
avec bien de l'instance à ceux qui voudront répéter quelques-unes de
ces expériences, d'y apporter une extrême prudence; de se méfier de
tout mêlange où il entre du salpêtre, du charbon & du soufre, & plus
encore de ceux dans lesquels il entre du sel muriatique oxygéné de
potasse combiné & mêlangé avec ces deux matières.
Je me suis prémuni de canons de pistolets de six pouces de longueur
environ & de cinq à six lignes de diamètre. J'en ai bouché la lumière
avec une pointe de clou frappée à force, cassée dans le trou même, &
sur laquelle j'ai fait couler un peu de soudure blanche de ferblantier,
afin qu'il ne restât aucune issue à l'air par cette ouverture. On
charge ces canons avec une pâte médiocrement humectée, faite avec des
quantités bien connues de salpêtre & de charbon réduits en poudre
impalpable, ou de tout autre mêlange susceptible de détoner. A chaque
portion de matière qu'on introduit dans le canon, on doit bourer
avec un bâton qui soit du même calibre, à peu près comme on charge
les fusées. La matière ne doit pas emplir le pistolet tout-à-fait
jusqu'à sa bouche; il est bon qu'il reste quatre ou cinq lignes de
vuide à l'extrémité: alors on ajoute un bout de 2 pouces de long
environ de mêche nommée _étoupille_. La seule difficulté de ce genre
d'expériences, sur-tout si l'on ajoute du soufre au mêlange, est de
saisir le point d'humectation convenable: si la matière est trop
humide, elle n'est point susceptible de s'allumer, si elle est trop
sèche, la détonation est trop vive & peut devenir dangereuse.
Quand on n'a pas pour objet de faire une expérience rigoureusement
exacte, on allume la mêche, & quand elle est près de communiquer
l'inflammation à la matière, on plonge le pistolet sous une grande
cloche d'eau dans l'appareil pneumato-chimique. La détonation
commencée, elle se continue sous l'eau, & le gaz se dégage avec plus ou
moins de rapidité, suivant que la matière est plus ou moins sèche. Il
faut, tant que la détonation dure, tenir le bout du pistolet incliné,
afin que l'eau ne rentre pas dans l'intérieur. J'ai quelquefois
recueilli ainsi le gaz produit par la détonation d'une once & demie ou
de deux onces de nitre.
Il n'est pas possible, dans cette manière d'opérer, de connoître
la quantité de gaz acide carbonique qui se dégage, parce qu'une
partie est absorbée par l'eau à mesure qu'il la traverse; mais
l'acide carbonique une fois absorbé, il reste le gaz azote; & si
on a la précaution de l'agiter pendant quelques minutes dans de la
potasse caustique en liqueur, on l'obtient pur, & il est aisé d'en
déterminer le volume & le poids. Il est même possible d'arriver par
cette méthode à une connoissance assez précise de la quantité de gaz
acide carbonique, en répétant l'expérience un grand nombre de fois &
en faisant varier les doses du charbon, jusqu'à ce qu'on soit arrivé
à la juste proportion qui fait détoner la totalité du nitre. Alors,
d'après le poids du charbon employé, on détermine celui d'oxygène qui a
été nécessaire pour le saturer, & on en conclut la quantité d'oxygène
contenu dans une quantité donnée de nitre.
Il est au surplus un autre moyen que j'ai pratiqué & qui conduit à des
résultats plus sûrs; c'est de recevoir dans des cloches remplies de
mercure le gaz qui se dégage. Le bain de mercure que j'ai maintenant,
est assez grand pour qu'on puisse y placer des cloches de douze à
quinze pintes de capacité. De pareilles cloches, comme l'on sent, ne
sont pas très-maniables quand elles sont remplies de mercure; aussi
faut-il employer pour les remplir des moyens particuliers que je
vais indiquer. On place la cloche sur le bain de mercure; on passe
par-dessous un siphon de verre dont on a adapté l'extrémité extérieure
à une petite pompe pneumatique: on fait jouer le piston, & on élève
le mercure jusqu'au haut de la cloche. Lorsqu'elle est ainsi remplie,
on y fait passer le gaz de la détonation de la même manière que dans
une cloche qui seroit remplie d'eau. Mais, je le répète, ce genre
d'expériences exige les plus grandes précautions. J'ai vu quelquefois,
quand le dégagement du gaz étoit trop rapide, des cloches pleines
de mercure pesant plus de 150 livres, s'enlever par la force de
l'explosion: le mercure jaillissoit au loin, & la cloche étoit brisée
en un grand nombre d'éclats.
Lorsque l'expérience a réussi & que le gaz est rassemblé sous la
cloche, on en détermine le volume comme je l'ai indiqué pages 361 &
362. On y introduit ensuite un peu d'eau, puis de la potasse dissoute
dans l'eau & dépouillée d'acide carbonique, & on parvient à en faire
une analyse rigoureuse, comme je l'ai enseigné pages 365 & suivantes.
Il me tarde d'avoir mis la dernière main aux expériences que j'ai
commencées sur les détonations, parce qu'elles ont un rapport
immédiat avec les objets dont je suis chargé, & qu'elles jetteront, à
ce que j'espère, quelques lumières sur les opérations relatives à la
fabrication de la poudre.