MODES DE FORMATION
Les conditions dans lesquelles peut se former le gaz carbonique sont extrêmement nombreuses et nous nous bornerons à indiquer les plus importantes.
D'une façon générale les modes de formation du gaz carbonique peuvent être ramenés à (rois :
l° Formation par oxydation du carbone ou des dérivés du carbone, soit sous l'influence de l'oxygène ou de Pair, soit par l’action des oxydants.
2 Formation en partant des carbonates traités par la chaleur ou par les acides.
5° Formation dans la décomposition de certaines substances organiques (chaleur, fermentations, putréfaction).
Toutes les variétés du carbone (diamant, graphite, carbone
amorphe, brûlent à une température convenable au contact de l'oxygène ou de l’air en se transformant en CO? si la quantité d’oxygène est suffisante. La température d’inflammation dans l'oxygène varie essentiellement avec le degré de polymérisation de la substance carbonée; elle est plus élevée pour les diamants (800°-875°) que pour les graphites (6500-700°) et les carbones amorphes (500°- 2007) (Moissan) (!).
Le charbon agissant comme réducteur est transformé en gaz carbonique par certains corps riches en oxygène.
La vapeur d’eau est décomposée par le charbon au rouge avec formation de CO? qui est réduit en oxyle de carbone par un excès de carbone. De même l’anhydride sulfureux est réduit par le charbon à haute température (Eïloart)(?).
La combustion des matières carbonées au contact de l'oxygène ou de l'air donne de l'acide carbonique; si la quantité d'oxygène est suffisante il ne se forme que CO*; dans le cas contraire on a un mélange de CO +CO*.
La respiration des animaux, qui n’est autre chose qu’une combustion lente, donne du gaz carbonique. Dans les plantes il y a également des combustions internes qui sont une source d'acide carbonique (Berthelot et André) (?).
Les carbonates sont décomposés à une température plus ou moins élevée avec dégagement d’anhydride carbonique. Certains bicarbonales, ceux de calcium, de magnésium, par exemple, sont complètement dissociés à la lempérature ordinaire en carbonates neutres + CO?. Ils sont plus stables en présence de l’acide carbonique en dissolution surtout en présence d'acide carbonique sous pression. Les bicarbonates alcalins sont plus stables; cependant le sel de sodium possède déjà à 55° une tension de dissociation sensible, observée aussi pour le bicarbonate de potassium à 85°; ils sont décomposés à des températures plus élevées. Il en est de même pour ces sels en solution.
Parmi les carbonates neutres les uns sont inconnus à la température ordinaire (aluminium), d’autres sont décomposés à des températures peu élevées ; le carbonate de manganèse chauffé vers 300°
(1) Bull. Soc. Chim., (3), 29, 101.
@) Chem. News, 52, 183. - 0)
COMPOSÉS OXYGÉNÉS DU CARBONE. 4) perd son anhydride carbonique; dans d’autres cas, il faut des températures plus élevées. Avec les carbonates des métaux alcalino-terreux la décomposition est incomplète el croit avec la température, ou si on fait intervenir la vapeur d'eau ou un gaz étranger.
Les carbonates alcalins eux-mêmes sont partiellement décomposés à des températures inférieures à leur point de fusion [Lebeau(!)|. La tension de dissociation est très faible sous l'influence seule de chaleur, mais elle croît en présence de la vapeur d’eau ou d’un gaz inerte. Tous les carbonates sont décomposés par les acides forts avec dégagement de CO*, réaclion qui est presque toujours utilisée pour la préparation du gaz carbonique.
Les acides insolubles tels que la silice décomposent les carbonates à haute température en donnant du gaz carbonique.
Les acides faibles comme l'acide sulfhydrique, si on les fait agir en quantité suffisante, déplacent également CO? des carbonates.
Beaucoup de substances organiques sont décomposées par la chaleur avec dégagement de CO?. Certains acides organiques soumis à la distillation laissent dégager la totalité ou une partie du gaz carbonique provenant de leurs groupements carboxyliques CO*H; nous pouvons citer les acides benzène-carboniques, carbopyridiques, carboquinoléiques, etc.
Dans beaucoup de fermentations il y a dégagement de gaz carbonique : c’est ainsi que dans la transformation du glucose en alcool il y a formation de CO? :
CHOC CO E 2 CAH0;
Dans la fermentation butyrique du glucose, dans la fermentation de la glycérine avec formation d'alcool, dans la fermentation forménique de la cellulose, il y a également dégagement de gaz carbonique.
Dans la putréfaction des matières organiques il ÿ a loujours dégagement de gaz carbonique.
PRÉPARATION
Pour préparer le gaz carbonique on utilise certains des modes de formations signalés plus haut.
(1) C. R., 136, 1256; 437, 19255; — Bull, Soc. Chim., (3), 35, 5.
1° Sources naturelles. — Dans certaines régions on peut recueillir et employer pour différents usages le gaz provenant de dégagements naturels : à Vichy, on prépare le bicarbonate de sodium en traitant le carbonate neutre par le gaz carbonique provenant des eaux thermales qui laissent dégager ce gaz en quartilé. En Allemagne, dans la vallée du Rhin principalement, on recueille le gaz carbonique provenant soit de sources naturelles, soit du forage de puits plus ou moins profonds. Le gaz est quelquefois assez pur pour qu'on puisse le transformer de suite en acide carbonique liquide; dans d’autres cas, on le purifie en le faisant absorber par du carbonate de sodium, puis en décomposant le bicarbonale formé.
2 Décomposition des carbonates pur les acides. — C'est le procédé le plus employé dans les laboratoires et même dans certaines industries (eaux gazeuses, limonades).
Le carbonate le plus souvent traité est un carbonate de calcium naturel, le marbre blanc concassé à cause de sa structure compacte d'où résulte une attaque lente et régulière parles acides, ou la craie, ou encore la dolomie, carbonate double de calcium et de magnésium.
Le choix de l'acide n'est pas indifférent : avec l'acide chlorhydrique il y a formation de chlorure de calcium très soluble et l'attaque est régulière; 1l faut avoir soin de diluer l'acide pour éviter l'entrainement de gaz chlorhydrique. L’acide sulfurique est plus économique el n'est que très peu entrainé, mais dans l'attaque du calcaire, il y a formation de sulfate de calcium peu soluble et qui empêche l'attaque du carbonate; il faut opérer alors dans des appareils munis d’agitateurs ; dans la fabrication des eaux gazeuses on utilise le plus souvent la craie et l'acide sulfurique.
La préparation du gaz carbonique sc fait dans les appareils les plus divers, flacons à deux tubulures, appareils continus de Kipp, de Sainte-Claire Deville, etc.
Dans l’industrie on utilise des vases doublés de plomb et munis d'agitateurs mus à la main ou mécaniquement; le gaz est lavé dans une petite quantité d’eau pour retenir l'acide entraîné.
Le gaz carbonique ainsi préparé contient toujours de l'air, ce qui n'offre que peu d’inconvénient dans beaucoup de cas. Si on veut avoir le gaz tout à fait pur, il faut purifier le produit brut. On a proposé bien des procédés pour avoir le gaz pur. Borntræger(!) fait
@) Zischr. f. anal. Chem., 29, 140,
arriver une solution de bisulfate de sodium sur du marbre, le gaz est lavé, desséché, puis recueilli sur le mercure; on a proposé également d'utiliser l’action des acides sur un mélange de carbonate de sodium et de carbonate de potassium fondu.
Le meilleur procédé pour avoir le gaz tout à fait pur consiste à le préparer d'après le dispositif indiqué par Moissan(!) pour l’obtention des gaz purs. Le gaz carbonique formé dans l’action de l'acide chlorhydrique sur le marbre est lavé dans une solution de bicarbonate alcalin, puis purifié sur une longue colonne de bicarbonate de sodium ; de là il arrive dans un pelit tube laveur maintenu à — 70° par un mélange d’acétone et d’acide carbonique, puis dans un pelit tube en U muni de renflements sphériques et maintenu également à — 70°. Dans ces deux tubes le gaz est dépouillé de toute trace d’humidité. Le gaz carbonique arrive ensuite dans un petit condensateur maintenu à — 182° par l'oxygène liquide; entre ce condensateur et le deuxième tube desséchant se trouve un robinet à 3 voies permettant de faire communiquer le condensateur soit avec l'appareil producteur, soit avec une cuve à mercure au moyen d'un tube à dégagement de 80 centimètres de longueur. Le gaz carbonique est solidifié dans le petit condensateur qui, par une de ses extrémités, est relié à une trompe à mercure. Quand on a suffisamment de CO? solide dans le condensateur, on interrompt la communication du tube condensateur et de l'appareil producteur au moyen du robinet à 3 voies, puis on fait le vide et la trompe est fermée. Le vase de Dewar à oxygène liquide est retiré et l'acide carbonique solide se réchauffant laisse dégager le gaz qui est recueilli dans des flacons pleins de mercure sec. Le gaz obtenu est tout à fait sec et ne contient pas d'air.
Le gaz servant à la fabrication des eaux gazeuses possède quelquefois une odeur désagréable quand il a été obtenu dans l’action de l'acide sulfurique sur la craie. Stenhouse(?) et Fôrster(?) proposent de le purifier en le faisant passer sur du charbon de bois concassé. Rheinsch(‘) conseille de calciner d’abord le calcaire ou la dolomie pour détruire les matières bitumineuses.
o Décomposition des carbonates par la chaleur. — Ce procédé
) Bull. Soe. chim., (3), 34, 718.
) Lieb. Ann, 406, 125:
3) Jahresber. 4879, 1107.
i) Jahresber., 1863, 14
est quelquefois utilisé dans les laboratoires : on prend des carbonates se décomposant à température peu élevée (carbonate de manganèse, bicarbonate de sodium).
Les procédés de préparation par calcinalion des carbonates sont plutôt industriels.
Dans la fabrication de la chaux par décomposition des calcaires, il se dégage une quantité énorme d’'anhydride carbonique mélangé avec de l’air, de l'azote, etc., de sorte que les gaz des fours à chaux contiennent de 25 à 30 pour 100 d’anhydride carbonique : ces gaz peuvent être utilisés tels que sucreries, soudes à l’'ammoniaque, etc. S'ils doivent servir à la fabrication de l'acide carbonique liquide, il faut les purifier.
%° Enfin dans certains cas on utilise d’autres procédés : quelques usines à acide carbonique liquide partent du gaz à l’eau, c’est-à-dire du mélange de CO, C0*?, H, Az provenant du passage de l'air humide dans un gazomètre à coke; ces gaz sont complètement brûlés dans des appareils spéciaux, puis le mélange riche en CO? est lavé dans une petite quantité d’eau et absorbé par une lessive alcaline.
On a proposé également d'utiliser le gaz carbonique provenant de la fermentation alcoolique, spécialement dans les distilleries, brasseries. Mais ce gaz possède Loujours une odeur spéciale due à des substances volatiles entraînées, de sorte qu'il est peu employé. Cependant cerlaines distilleries françaises fonctionnant par le procédé dit à l’'Amylo recueillent les torrents de CO? dégagés, purifient le gaz par le procédé Moeus tenu secret, du moins en ce qui concerne la nature des produits employés pour la purification, puis le liquéfient (!).
Fabrication de l'acide carbonique liquide. —- Pour terminer ce qui touche à la préparation du gaz carbonique nous dirons quelques mots de la fabricalion de l'acide carbonique liquide (?).
Le gaz carbonique obtenu par l’un des procédés industriels énumérés ci-dessus est rarement assez pur pour être transformé directement en acide liquide, car la présence de quantités même faibles de gaz non absorbables par la potasse est un grand obstacle à la liquéfaction. I faut donc faire subir une purification préalable
(1) LÉON GuiLzer. Monileur scientifique, 1901, 45, 96.
e) Pour ce qui concerne ia fabrication, l'industrie et les emplois de l'acide carbonique liquide, voir deux articles très documentés de E. Mathias, Revue yénérale des Sciences. 1902, 180, 230.
COMPOSÉS OXYGÉNÉS DU CARBONE. sut et indispensable quand le gaz carbonique provient de la calcination des calcaires ou de la combustion du charbon.
Pour cela les gaz arrivent à la partie inférieure de tours analogues à la tour de Glover, tandis que de haut en bas circule une lessive alcaline (solution de carbonate de sodium ou de carbonate de potassium). Avec le sel de soude on obtient du bicarbonate solide qui est recueilli, le bicarbonate de potassium beaucoup plus soluble reste en solution.
Les bicarbonates solides ou dissous sont chauffés dans des appareils spéciaux et donnent du gaz carbonique presque pur : le gaz traverse des filtres à charbon de bois, puis il est desséché, sur l'acide sulfurique ou sur du chlorure de calcium; de là il arrive aux appareils de compression.
Ces appareils, sur lesquels nous ne pouvons insister ici, sont des compresseurs en cascade : un premier compresseur fait subir au gaz une pression de 10 kilogrammes: de là, il est refroidi par un passage dans un serpentin à eau froide, puis il arrive dans un second compresseur où une pression plus énergique le liquéfie.
L'acide carbonique liquide est reçu dans des bouteilles eylindriques à fond hémisphérique, faites d'acier embouti, étiré et sans soudure; les bouteilles, fermées par un robinet à pointeau, portent un canal latéral par lequel le liquide s’écoulera. Elles sont essayées ous les trois ans et doivent supporter sans fuite, ni déformation, une pression de 250 kilogrammes.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES
L'anhydride carbonique à la lempérature el à la pression ordinaires est un gaz incolore, inodore, d’une saveur faiblement acide, non combustible ; il est facile à liquéfier et à solidifier. L'étude de ses propriétés physiques a donné lieu à un nombre considérable de travaux, de sorte que c'est un des corps dont les propriétés physiques sont le mieux connues. Nous diviserons l’étude des données physiques relatives à l'anhydride carbonique en trois parties, suivant l'état sous lequel on l’envisage :
1° Anhydride carbonique gazeux ;
% Anhydride carbonique liquide ;
30 Anhydride carbonique solide.
