MÉLANGES DE CHIMIE ET DE PHYSIQUE

OF THB

SUR L'HTSROfiÉimiH, PAB H. TH. GIUHAIC (1)

On a souvent affirmé, en se fondant sur des considérations chimiques, que le gaz liydrogène est la vapeur d'un métal oxtrémement volatil. On est de mémo porté à croire que le palladium avec son hydrogène occlus n'est autre chose qu'un allii^, dans lequel la volatilité de Tun des éléments est comprimée par son union avec Tautre^ et qui doit son aspect méallique également aux deux corps qui le composent. On jugera jusqu'à quel point cette théorie est vérifiée par les faits, en lisant Texamen suivant des propriétés du corps, que je proposerais, en admettant son caractère métallique, d'appeler hydrogénium,

(1) Pour tons les faits sntérieiurs relatifs à rooolnsion de Thydrogèno (rar le paUadiomi^ YOyes Topuscule intitolé : Physique moléculaire,

1. Densité. — La densité du palladium, après qu'il a été chargé de 800 ou 900 fois son volume de gaz hydrogène, s'abaisse sensiblement; mais le changement qui s'opère ne peut se mesurer avec précision par la méthode ordinaire de Timmersion dans Teau, à cause du dégagement continu de petites bulles d'hydrogène, qui parait être causé par le contact avec le liquide. Toutefois, tes dimensions linéaires du palla* dium chargé sont modifiées à tel point, qu'on peut fociiement mesurer la différence, et Ton arrive ainsi par le calcul à la densité cherchée. Le palladium^ sous forme de ûl, se charge facilement d'hydrogène, lorsqu'on fait dégager ce gaz à la surface du métal dans un galvanomètre contenant de Tacide sulfturique étendu comme à l'ordinaire (1). On a déterminé la longueur du .fil avant et apoès la charge, en le tendant au moyen d'un même poids assez faible pour ne pas produire une tension permanente au dessus de la surface d'une règle graduée. La régie avait été graduée au ceattènie de pouce, et l'on pouvait lire jusqu'aux millièmes, au moyen d'un vemier. On notait là distance eatre le point de rencontre de deux Ugnes flsces croisées, marqiiées sur le fil près de chaque extrémité.

Premiers expérience,:^ Le fil provenait de palladium forgé; il était dur et élastique. Son diamètre était de 0'°°',462; sa densité» déterminée avec s(4n, de iâ,38. On torJit le fil à chaque extrémité de manière à y faire un anneau, et on fit une marque, apssi près que possible de chaque aimeau. On vernit les anneaux^ de manière à limiter Tabsorption du gaz à la partie contenue entre les deux marques. Pour tendre le fil,, on fixa l'im des anneaux, et l'on fit passer dans l'autre une corde engagée dans une poulie et chargée de i^',5, poids

(i) On réasftit très-bien qxiand on fait du fil de palladinm nne électrode négative plongeant dana Teau aoidnlée d'une pile de Biini«ndee élémenti»

suffisant pour tendre le û\ , sans pourtant Texpoeer à une tension excessive. On charja^ea le ûl d*hydfogène en en faisant le pôle négatif d'une petite pile de Bunsen^ composée de deux éléments^ chacun de | litre de capacité. Gomme pôle positif pn se servit d'un ûl épais de platine^ placé à côté du ÛI de palladium, et suivant ce dernier dans toute sa longueur dans l'intérieur d'un long bocal rempli d'acide sulfurique étendu. On exposa ainsi la surface du ûl de palladium à l'hydrogène pendant une demi-heure. On s'assura qu'uoe exposition plus longue n'ajoutait pas sensiblement à la charge d'hydrogène acquise parle fll de palladium. On mesura le fll de nouveau^ et l'on nota une augmentation«en longueur. Enfin on l'essuya dans un linge, on le coupa à l'endroit des marques et on chauffa la portion chargée dans un tube de verre étroit, dans lequel le vide était maintenu au moyen d'un aspirateur SprengeL La totalité de l'hydrogène occlus fut ainsi recueil* lie et mesurée, et le volume réduit par le calcul à la pression barométrique de 0"»,7Ô0, et à la température de degré centigrade.

La longueur du fil de palladium avant l'exposition était de 609"»,444, et son poids de 1»',6832. La charge d'hydrogène qu'il reçut s'éleva à 936 fois son volume, mesurant 128 centimètres cubes, et pesant par conséquei^t 0«^,0ii47.

Après que le gaz eut été complètement chassé, on s'assura, par une pesée directe, que la perte avait été de 0«',01164. Le fil chargé était de 618"»",923, ce qui répondait à une augmentation en longueur de 9'>'>,779. L'augmentation de la dimendon Ihiéaire est de iOO à 101,605, et celle de la capacité CU' hique, en supposant que l'expansion soit égale dans tous les sens, de 100 à 104,908. En admettant que les deux métaux txÀeai unis sans aucun changement de volume, on peut donc dire que l'alUaffe se compose de ;

Palladium iOO ou 95^32

Hydrogénlum 4^908 4^68

La dilatation éprouvée par le palladium, si on Tenvisageai^ comme un changement de volume opéré dans le métal luimême par une force physique quelconque, serait énorme^ car elle s'élève à 16 fois la dilatation du palladium chauffé de zéro à iOO degrés centigrades. La densité du ûl chargé est réduite par le calcul de 12,3 à 11,79. De plus, le volume du palladium 0««,i355est au volume de l'hydrogénium 0«%006714 comme iOO est à 4,91. Enfin, en divisant le poids de l'hydrogénium 0»',0ii47 par son volume dans l'alliage, 0^0067 14, on trouve la densité de Thydrogénium égale à 1,708.

La densité de l'hydrogéaium serait donc très-voisine de celle du magnésium, 1,743, d'après cette première expérience* La fil de palladium entièrement chargé d'hydrogène et frotté de magnésie (afin de rendre la flamme lumineuse) brû^e comme un fil de lin imprégné de cire, quand on l'allume à la flamme d'une lampe.

On remarquera, en outre, que l'expulsion de l'hydrogène, quel que soit le moyen employé, est accompagnée d'une contraction extraordinaire du ûl. Lorsqu'on chassa Thydro* gène par une douce chaleur, non- seulement le fil revint à sa longueur primitive, mais il tomba autant au-dessous qu'il s'était auparavant élevé au-dessus de ce zéro. Le fil de palladium qui mesurait d'abord 609"""*, 144, et qui augmenta de 6"»",77, se réduisit à 599""»,444; il se contracta donc de V^/1. La contraction est permanente. En même temps le palladium, loin d'augmenter, diminua de densité, c'est-à-dire qu'il tomba de 12,38 à 12,12, ce qui prouve que la contraction du fil s'était effectuée seulement en longueur* C'est l'in*

verse de Teitension du âl par le procédé du tréfilage, da pourrait peut-être expliquer le retrait du fil^ en supposant que le tréfilage a pour efiét de laisser les molécules du métal dans un état de tension inégale^ tension excessive dans le sens de la longueur du fil. Ces particules semblent devenir mobiles et reprendre leur équilibre à mesure que Thydrogène se dégage^ et le fil se contracte en longueur en même temps qu'il se dilate en sens contraire^ ainsi que le démontre sa densité finale.

Deuwième expérience. — Une autre portion du même fil de palladium fut chargée d'hydrogène par le même procédé. On trouva les résultats suivants :

mm

Longueur du fil de palladium 488,976

Le même avec S^T^\{^ de gaz occlus. • • 495,656

Allongement linéaire 6>68

Allongement linéaire sur 100 • • • • • 1>3663

Dilatation cubique sur 1 00 • • 4,154

Poids du fil de palladium * 18^0667

Volume du fil de palladium 0«%08672

Volume du gaz hydrogène occlus 75««,2

Poids du même 08^,00684

Volume de Thydrogénium 0«%0O360i

Calculée d'après ces résultats, la densité de Thydrogénium est 1,898.

Troisième expérience. — Le fil de palladium était neuf; on eut soin de le bien recuire avant de le charger d'hydrogène; il fut exposé au pôle négatif pendant deu^ heures^ aprè^ quoi il cessa de s'allonger ;

Longueur du fil du palladium 556^4 85

Le même avec 888'<>V 303 d'hydrogène. . 563,632

Allongement linéaire • • • 7,467

Allongement linéaire sur i 00. 1,324

Expansion cubique sur 100. .. , 4,025

Poids du ûl du palladium is',1675

Volume du ûl du palladium 0<^%0949

Volume du gaz hydrogène occlus. ...... 84<^<^,3

Poids du même 08^,007553

Volume de l'hydrogénium 0»«,003820

D'après ces résutats, le calcul donne la densité de lliydro^ génium égale à 1,977.

Il était indispensable d*admettre; dans cette discussion, que les deux métaux pe se contractent ni ne se dilatent, mais qu'ils gardent leur voluoie propre ^n s'unissant. M. Matthiessen a dén^ootré que généralement, dans la formation des alliages, les métaux conservent à peu près leurs densités primitives (1).

Il est probable que le maximum d'absorption du gaz par le ûi, savoir 935^<>i,67, fut atteint dans la première expérience déjà décf lie. On peut charger le palladium d'une proportion quelconque d'hydrogène plus faible, en diminuant la durée de l'exposition au gaz (329 volumes d'hydrogène furent absorbés en vingt minutes), et l'on a ainsi yjd moyen d'observer si la densité de l'hydrogénium reste constante, ou si elle varie avec la proportion d'hydrogène contenu dans l'alliage. Dans la Table suivante, qui comprend les trois expériences déjà décrites, on n'a indiqué que les points

(1) PhUosophical Transactiont^ 186Ô, p. 177.

Volonm

Dilatatkm linéaire

) en millim.

Densité

occlo».

'âa

, ik

rhydid|l^um.

A ne con^^arer que la première et la dernière expérî^oce, il semblerait que rhydrogéoium devient sensiblement plus dense quand la proportion en est faible, ainsi que le mon* trent les chifires 1,708 et 2,055. Mais la dernière expérience est peut-être exceptionnelle, et toutes les autres indiquait une grande unifcurmité de densité. La densité moTume de riiydrogénium, diaprés l'ensemble des ecp^iraces^ mais e& laissant de côté la dernière, est de 1,954, ou près de 2. Cette uniformité est en faveur de la méthode suivie dans la détermination de la d^sité de Thydrogénium.

Quand oa charge d'hydrog^se et^'on déclMirge à plusieurs r^ises le même fll de palladium, on observe toujours le hingulier retrait déjà décrit» qui parait se reproduire indéft* niment.

Les dilatations ci-dessous, causées par une charge variable d'hydrogène, furent suivies, après Texpulsion du gaz» des retraits mentionnés en regard t

Allongement Retrait.

l'^ expérience 9,77 9,70

Le Ûl de palladium, qui dans Torigine mesurait 609'^,144, a subi, après quatre décharges successives d'hydrogène, une contraction permanente de 23'^*,99, c'est-à-dire une diminution de 5,9 pour 100 sur sa longueur primitive. Avec une autre portion de fil, après plusieurs décharges, la contraction s'éleva Jusqu'à 45 pour 100 de la longueur primitive. On remarquera que les contractions sont plus considérables que les allongements correspondants^ surtout dans le cas (f une faible charge d'hydrogène. La densité du fil contracté était de 12,12; il ne s'était donc produit aucune condensation générale des molécttes du métal. Le fil se rétrécit en longueur seulement.

Dans les expériences précédentes, on chassa Thydrogène en exposant le palladium, placé dans un tube de verre, à une chaleur modérée inférieure au rouge, et eia faisant le vide au moyen d'un aspirateur Sprengel : mais en suivit aussi une autre méthode pour retirer le gaz : en employa le fil comme électrode positive, et Ton produisit ainsi un dégagementd'oxygène à sa surface. Il se forme dans ces conditions une légère couche d'oxyde da palladium, mais elle ne parait nullement

'opposer à l'extraction et à Foxydation de l'hydrogène. Le fil mesurait :

Avant la charge 443;25 Différence.

Avec l'hydrogène 449,90 + 6,68

Après décharge 437,31 — 5,94

Le retrait du fil n'exige donc pas l'emploi d'une haute tmpérature. Cette expérience démontre en outre qu'on peu enlever d'une manière complète une forte charge d'hydrogène en l'exposant au pôle positif, pendant quatre heures dans le cas actuel. Car le fil, après ce traitement, ne donna point d'hydrogène lorsqu'on le chauffa dans le vide.

Le même fil, qui avait déjà reçu plusieurs charges d'hydrogène^ fut encore une fois exposé à une charge maxima, afin de savoir si son allongement sous l'influence de l'hydrogène pouvait ou non être facilité et devenir plus grand, à cause du retrait considérable qui l'avait précéié. Mais on ne constata rien de pareil, même après avoir chargé à plusieurs reprises le fil rétracté, et la dilatation conserva son rapport normal avec l'hydrogène absorbé. La densité finale du fil était de 12,18.

Le fil rétracté a subi toutefois une modification d'un autre ordre^ qui parait indiquer un profond changement molécu« laire. Le métal perd peu à peu une grande partie de sa puis* sance d'absorption. Le dernier fil, qui avait déjà reçu six diarges d'hydrogène, fut de nouveau soumis pendant deux heures à l'action de ce gaz, et n'absorba que 320 volumes; une nouvelle expérience dorma 330^<*^5. Le pouvoir absorbant du palladium avait donc été réduit au tiers de son maximum. Toutefois, ce pouvoir parut augmenter sous l'influence d'une forte chaleur rouge, qu'on obtint en faisant passer à travers le fil le courant électrique d'un pile. L*absorptions'éleva slon