HYDROGÈNE H

Quoique l’hydrogène paraisse avoir été connu des chimistes du dixseptième siècle, l’honneur de sa découverte n’en doit pas moins être reporté au physicien anglais Cavendish, à qui l’on doit l’étude de ses propriétés particulières (1777).

70. Préparation. ~ Oii l’extrait Ordinairement de l’eau ou protoxyde d’hydrogène. Quelques métaux la décomposent à froid en s’emparant de son oxygène, et mettent l’hydrogène en liberté (potassium, sodium), mais il est trop coûteux pour pouvoir servir à la préparation de ce gaz ;* on emploie de préférence le fer ou le zinc.

V Par le fer à, l'aide de lachaleur. — On met {fig. '21) dans un fourneau

long à réverbère un lube de fer ou de porcelaine contenant quelques paquets de fil de 1er lins. On adapte une cornue de verre, à moitié remplie d’eau, à l’une des extrémités de l’appareil, el à l’autre un tube abducteur qui se lanul dans la cuve à eau. Le tube étant porté au rouge, on fait bouillir l’eau ; elle passe à l’état de vapeui* et arrive au contact du 1er incandescent, où elle est déeonq)oséc, en oxygène qui s’unit au fer, et en hydrogène qui se dégage. On remaiapie que l’oxyde de fer formé dans

UVBl^. I. CH A P. 111. HYDUO(;É^M^.

celte circoiislancc esl ideiiliqueà celui qui se produit dans l'expérience d’ingenhousz. La lormule qui exprime la réaction est donc la suivanle :

4H0 + 3Fe = Fe30^ + ^H.

2° Par le zinc et l'acide sulfuriqae. — Dans la réaction précédente, l’eau n’a été décomposée par le fer que sous rinfluence de la chaleur; on peut produire la même décomposition à froid, en présence d’un acide étendu, mais alors il est préférable de remplacer le fer par le zinc, l’opération marche plus rapidement.

On prend un flacon de verre à deux tubulures, d’une capacité de \ litre; on y introduit 3 décilitres d’eau environ et 50 grammes de zinc en grenaille. L’une des tubulures est munie d’un tube abducteur qui conduira le gaz dans une éprouvette placée sur la cuve à eau, l’autre tubulure est fermée par un bouchon traversé par un tube droit en verre, surmonté d’un petit entonnoir et plongeant de quelques centimètres dans le liquide par sa partie inférieure {(ig. 2^). On verse peu à peu par l’entonnoir de l’acide sulfurique du commerce ; bientôt de l’hydrogène se dégage de tous les points du zinc, sous forme de petites bulles qui viennent crever à la surface du liquide; on ajoute de nouveau de l’acide quand le dégagement se ralentit.

75à80grammes suftiroiil pour dissoudre tout le zinc et produire 15 litres de gaz. L’hydrogène qui se dégage au commencement de l’opération est mélangé d’;ur; il doit être rejeté. On commencera à le recueillir quand d se sera dégagé de l’appareil 1 litre ou 1 litre J/2 de gaz.

La théorie de la réaction est la suivante : le zinc seul ne décompose pas 1 eau; en présence de l’acide sullurique, il s’empare de son oxygène en lorniant de l’oxyde de zinc qui s’unit h l’acide sulfurique et donne du sulfate de zinc soluble dans l’eau; l’hydrogène de l’eau, mis en liberté, ise dégagé. La formule suivante représente la réaction :

S03,IU'» + — /nO.SO^ + 11.

F?ff. 22.

CH 1 Ml K INOH CANIQUC.

71 . Propriété*» ph:r8iqiies. — T/hydrogène est un gaz incolore, inodore, insipide lorsqu’il est pur. C’est le plus léger de tons les corps connus, il pèse \A fois 1 /2 moins que l’air. Sa densité est représentée par le nombre 0,06026 ; \ litre de ce gaz pèse donc 0,089 ; aussi peut-il servir à

gonfler les ballons à l’aide desquels on s’élève dans l’air. Cette légèreté spécifique de l’hydrogène peut être mise en évidence par quelques expériences. On prend deux éprouvettes {fig. 23), on les place verticalement en mettant leur ouverture en bas. L’une d’elles contient de l’air, l’autre, plus petite, est remplie d’hydrogène ; laissant la première immobile, on fait tourner l’autre, en tenant le bord de son orifice contre celui de l’éprouvelte fixe, jusqu’à ce que les deux ouvertures soient au contact; tout l’hydrogène passe alors dans l’éprouvette supérieure. En effet, une bougie allumée plongée dans cette éprouvette enflamme le gaz avec une légère détonation, tandis qu’elle continue à brûler dans l’éprouvette inférieure, qui ne contient plus que de l’air.

On adapte un robinet à une vessie après avoir exprimé l’air qui y était contenu; on la remplit d’hydrogène. Pour cela, on met cette vessie en communication, à l’aide d’un tube de caoutchouc attaché au robinet, avec un appareil à hydrogène ; lorsqu’elle est pleine, on ferme le robinet el on sépare la vessie de l’appareil. Oh introduit dans le caoutchouc un tube en verre effilé que l’on plonge dans de l’eau de savon assez épaisse, en le retirant, il en reste assez dans le tube pour que, en comprimant légèrement la vessie avec le bras après avoir ouvert le robinet, on obtienne des bulles de savon remplies d’hydrogène ; elles s’élèvent rapidement dans l’air, où elles peuvent être enflammées à l’aide d une bougie.

L’hydrogène est très-peu soluble dans l’eau ; il n’a pu être liquéfié jusqu’à ce jour. D’après les expériences récentes de M. Magniis, l’hydrogène est le seul gaz doué de conductibilité appréciable pour la chaleur; à l’inverse des autres gaz, sa conductibilité augmente avec sa tension.

72. Propriétés chimiques. — L’hydrogèiic est inflammable, c’eslà-dire qu’il brûle en se combinant à l’oxygène de l’air. 11 est impropre à la respiration des animaux, qui périssent bientôt asphyxiés dans ce gaz ; il est également impropre à entretenir la combustion. On le démontre en plongeant dans une éprouvette remplie d’hydrogène, tenue verticalement l’orifice en bas, une bougie enflammée {fig. 24). Après avoir mis le feu aux

U VH K I, CHAI». III. HYDROHÉ>jb:.

(if;

preiiiiùi’t's couches de gaz, elle s’éleint dans rintéiienr de l’épronvelLe, mais on peut la rallumer en la retirant lentement.

La combustion de l’hydrogène dans l’air est accompagnée d’une flamme très-pûle quoique très-chaude. 11 ne faudrait pas croire, en effel, que la chaleur dégagée par une flamme dépende de son éclat plus ou moins vif. Une flamme, quelle que soit sa tempéralure, n’est brillante qu’à la condition de contenir en suspension des matières solides portées à l’incandescence, qui lui donnent la couleur et l’éclat particuliers qu’elle possède.

La flamme de l’hydrogène, ne contenant aucun corps solide, puisque le seul produit de sa combustion est de la vapeur d’eau, doit être à peine visible. Pour démontrer la vérilé de cette explication, donnée pour la première fois par H. Davy, il suffît d’introduire dans la flamme de l’hydrogène une petite pointe de craie. La chaleur dégagée par la combustion la porte bientôt à l’incandescence, aussi donne-t-elle à la flamme un très-grand éclat. On comprend alors pourquoi la combustion du soufre dans l’oxygène ne donne pas de lumière, surtout si on la compare à celle du phosphore. Le soufre, en brûlant, ne donne qu’un produit gazeux ; le phosphore, au contraire, donne un produit solide. Nous reviendrons d’ailleurs avec détail sur ce sujet important quand nous nous occuperons de la constitution de la flamme. On obtient une flamme continue d’hydrogène au moyen d’un appareil qui ne diffère de celui qui sert à la production de l’hydrogène que par le remplacement du tube abducteur par un tube droit et effilé à son extrémité. On ne devra enflammer l’hydrogène que lorsque tout l’air aura été chassé de l’appareil, sans cela on produirait dans l’appareil une explosion qui le briserait.

Si l’on enflamme en effet, à l’aide d’une bougie, un mélange de 1 volume d’hydrogène et de 2 volumes 1/2 d’air contenu dans un flacon de verre, il se produit une vive explosion. L’explosion serait plus violente encore avec un mélange de 1 volume d’oxygène et de 2 volumes d’hydrogène ; aussi doit-on, quand on fait cette dernière expérience, prendre la précaution d’entourer le flacon d’un linge mouillé, on évite ainsi le danger que courrait l’opérateur si le flacon qu’il doit tenir à la main venait à se briser.

On peut expliquer facilement l’explosion produite par l’inflammation de ce mélange. L’hydrogène et l’oxygène, en se combinant, donnent naissance à de l’eau en produisant une énorme quantité de chaleur. Aussi l’eau est-elle, au moment de la combinaison, à l’état de vapeur tcllemenl

dilatée, que le flacon est insuffisant pour la contenir. Une grande partie de cette vapeur s’échappe donc au dehors en poussant violemment l’air devant elle, mais aussitôt la vapeur qui reste dans le flacon se condense en eau liquide par le contact des parois froides, l’air extérieur se précipite donc dans le flacon; de là un double ébranlement de l’air, qui produit le bruit intense que perçoit l’oreille.

Nous rappellerons que cette combinaison peut s’effectuer sous d’autres influences que celles de la chaleur, et notamment sous l’influence de la mousse de platine (21).

73. Orgue philosophique. — Si l’on vient à entourer la flamme de l’hydrogène {fig. 25) d’un tube de verre que l’on abaisse peu à peu, on la voit

d’abord se rétrécir, sans augmenter beaucoup de longueur, puis on entend un son déchirant ou agréable, suivant la position de la flamme dans l’intérieur du tube. En même temps, les bords de celle-ci présentent des dentelures visiblement animées d’un mouvement de vibration.

On a d’abord donné de ce phénomène l’explication suivante : la vapeur d’eau qui résulte de la combustion se condense contre les parois froides du tube ; de là un vide qui détermine une rentrée brusque de l’air. Une nouvelle quantité de vapeur formée refoule l’air qui rentre un instant après, par suite d’une nouvelle condensation. Ces mouvements, étant très-rapides, déterminent un son continu.

Faraday a détruit cette explication, en montrant que le phénomène a également lieu, si 1 on empêche la condensation de la vapeur d’eau en portant les parois du tube a plus de 100" et en le produisant avec un jet de gaz oxyde de carbone, qui ne donne en brûlant que de l’acide carbonique, également gazeux. Il admet que le courant d’air ascendant entraîne avec lui de l’hydrogène, et produit un mélange qui s’enflamme un instant après au-dessus de la flamme , en produisant une série d’explosions très-rapprochées, d’où résulte le son. La masse gazeuse du tuyau doit donc en- Irer en vibration, de là le tremblement de la flamme; son rétrécisse-

LlVlib: l, CllAP. 111. HYDROGÈNE.

ment serait dû ii ce qu’une portion de l’hydrogène est entraînée par l’air qui est au contact de la flamme et ne détone qu’au-dessus. On explique de la même manière le roulement qu’on entend toujours quand on insuffle de Tair dans une grande flamme, quelle que soit d’ailleurs la nature de la substance qui brûle. Des expériences postérieures de Martens ont pleinement confirmé la vérité de l’explication donnée, dès 1818, par Faraday.

74. Propriété endosmotique de l’iiydrogène. — TouS les gaz peuvent traverser plus ou moins facilement des membranes végétales ou animales. C’est en cela que consiste le phénomène de Vendosmose des gaz. L’hydrogène surtout possède cette propriété au plus haut degré. On peut la mettre en évidence par l’expérience suivante : on prend un petit ballon en caoutchouc gonflé avec de l’air, on le serre avec un fil fin suivant l’un des grands cercles de la sphère, on le met ensuite sous une cloche contenant de l’hydrogène; le lendemain, le ballon ayant considérablement gonflé, le fil détermine sur le contour du ballon une rainure profonde. Le dégonflement rapide des aérostats et des petits ballons en caoutchouc remplis d’hydrogène est dû à la même cause ; l’hydrogène s’échappe plus rapidement de ces appareils que l’air ne rentre, il s’y produit donc un vide partiel. Du reste, la loi qui régit ce phénomène est assez simple pour être indiquée ici : les vitesses d’écoulement de deux gaz à travers une ouverture très-ténue ou une membrane qu’on peut considérer comme un assemblage d’orifices très-fins, sont, sous une même pression, en raison inverse des racines carrées de leurs densités. Ainsi l’hydrogène, 16 fois plus léger que l’oxygène, traversera, dans les mêmes conditions, 4 fois plus vite que l’oxygène une membrane ou un orifice délié. Le rapport des vitesses est un peu plus petit pour l’air.

75. Applications de l’hydrogène. — La combustioii de l’hydrogène dégage une quantité de chaleur représentée par 34 500 calories, ce qui veut dire que 1 kilogramme d’hydrogène, en brûlant, développe assez de chaleur pour échauffer deO" à 100° un poids d’eau représenté par 345 kilogrammes. Cette quantité énorme de chaleur peut, dans des circonstances déterminées, développer une température bien supérieure à celle que nous atteignons dans nos foyers à l’aide des combustions ordinaires.

1° Chalumeau à gaz oxygène et hydrogène. — On obtient la température maximum que l’on peut produire avec les gaz hydrogène et oxygène, en enflammant le mélange de ces deux gaz, dans la proportion exacte de 2 ^ à 1 extrémité d'un tube étroit par lequel on le fait échapper ; on obtient ainsi une flamme capable de fondre les métaux les plus réfractaires.

Les appareils employés à cet usage portent le nom de chalumeaux à (faz oxygène et hydrogène.

M CHIMIK INOIlOANlüUlî.

Comme l’opérateur courrait un danger très-sérieux si nue notable quanlité de ce mélange détonant prenait feu dans 1 appared d conucn , afin de prévenir tout accident, de n’employer qu un chalumeau a g --

‘'nous donnons k dessin d’un de ces chalumeaux ^ ^'^^L^Uarètrc pose d’un tube de caoutchouc de quelques mdlimelres de diamètre

F VJ. 2(i.

intérieur, terminé à l’une de ses extrémités par un tube de cuivre E tresétroit et recourbé portant un bout en cuivre assez gros B. L’autre extrémité du tube de caoutchouc est fermée par une garniture en cuivre D qui porte deux tubulures H et O, munies de robinets; c’est par laque les gaz contenus dans des gazomètres, ou produits directement, arriveront dans l’appareil, mais, pour qu’ils ne puissent se mélanger dans le caoutchouc, la tubulure O pénètre dans l’intérieur jusqu en O ; on adapte a l’extrémité de cette tubulure, un autre tube de caoutchouc qui va s engager à l’autre extrémité sur un petit cylindre O" intérieur au tube effile E,

fixé à ce tube par une 6«se élargie.

L’oxygène, arrivant par la tubulure 0, passe dans le caoutchouc intérieur et vient, après avoir traversé le cylindre O”, se rendre dans e tube' de cuivre étroit E; l’hydrogène entre par la tubulure H, suit intena e compris entre les deux tubes de caoutchouc el, après avoir passé dansquelques orifices pratiqués sur la base du cylindre 0», pénétré à son to.irr Lus le tube de cuivre qui termine l’appareil. C’est la seu ement que s’effectue le mélange des deux gaz. Le bout de cuivre B sei t a lefioidir, les gaz dans le voisinage de l’extrémité et fi empêcher la combustion du. mélange de se propager à l’intérieur; en tous cas, quand cet accidenta lieu, la quanlité du mélange enfiammé est trop petite pour que l’explosion puisse déterminer la rupture du cuivre.

Pour faire fonctionner l’appareil, on commence d’abord par laire arriver l’hydrogène par la tubulure H, au bout de quelques instants l’aii contenu dans les tubes est chassé, on l’enllamme alors fi l’extrémité B. puis on ouvre le robinet de la tubulure 0, l’oxygène arrive et donne fi 11 flamme beaucoup plus d’éclat. Un peu d’habitude conduit bientôt l’opé' râteur 11 régler l’ouverture des robinets de manière fi faire le mélang.