PROTOXYDE D'AZOTE

qui donne lieu à de Tacide carbonique et à de la vapeur d eau. I^es fonctions essentielles de la respiration s'exécutent également dans une atmosphère de protoxyde d'azote, car certains animaux peuvent vivre plusieurs heures dans ce gaz. La combustion dans laquelle consiste la respiration est donc assez énergique pour décomposer le protoxyde d'azotq. Cependant un séjour prolongé de Tanimal dans ce gaz occasionne dans son économie des perturbations assez graves pour déterminer la mort.

Le protoxyde d'azote, respiré par Thomme, produit une espèce d'ivresse accompagnée, dit-on, de sensations agréables. Cette propriété a été reconnue dans les premiers temps de la découverte de ce gaz, et a fait donner au protoxyde d'azote le nom de gaz hilariant. Il est important, quand on veut faire cette expérience, d'employer du protoxyde d'azote très-pur, car ce gaz contient souvent un peu de chlore qui attaquerait vivement les organes de la respiration. Ce chlore provient de ce que l'azotate d'ammoniaque renferme quelquefois de petites quantités de chlorhydrate d'ammoniaque.

Nous avons dit que le protoxyde d'azote se liquéfiait à 0" sous une pression de 30 atmosphères. On parvient à préparer une quantité notable de protoxyde d'azote liquide, en comprimant le gaz dans un réservoir métallique très-résistant et enveloppé de glace fondante, à l'aide d'une pompe foulante. En ouvrant le robinet de ce réservoir, après avoir renversé celui-ci, une portion du liquide reprend l'état gazeux, mais refroidit tellement le reste, que celui-ci ne se volatilise pas et prend même, en partie, l'état solide, en formant une neige blanche. La partie liquide peut être recueillie dans un tube, et s'y conserver à cet état pendant plus d'une demi-heure.

Lorsqu'on plonge un métal dans ce liquide, il produit un bruit semblable à celui d'un fer rouge plongé dans l'eau. Le mercure produit le même effet et se congèle promptement en formant un métal semblable, par ses propriétés physiques, à l'argent. Le potassium, qui décompose facilement le protoxyde d'azote gazeux sous l'influence de la chaleur, ne s'altère pas au contact du protoxyde liquide. Le charbon, le soufre, le phosphore, l'iode, sont dans le même cas. Le protoxyde d'azote liquide sous la pression ordinaire de l'atmosphère présente une température très-basse, qu'on évalue à — 87". 11 descend à une température plus basse encore lorsqu'on le place sous le récipient de la machine pneumatique et qu'on fait rapidement le vide ; une partie se congèle alors en neige blanche. Si l'on place, dans le protoxyde qui s'évapore dans le vide de la machine pneumatique, un petit tube scellé à la lampe et renfermant un peu

de protoxyde liquide, celui-ci se gèle et forme une masse solide d une limpidité parfaite.

§ lli. L'analyse du protoxyde d'azote se fait facilement de la manière suivante :

On mesure un certain volume de gaz dans une cloche divisée, placée sur le mercure, et on le fait passer dans une cloche courbe ayant la forme de la figure 187. On porte un fragment de potassium, fixé à l'extrémité d'une tige de fer, dans la partie courbe de' cette cloche, puis on le chauffe avec une lampe à alcool. Il se fait une vive incandescence, le potassium décompose le protoxyde d'azote, s'empare de son oxygène, et met l'azote en liberté. Au moment où la décomposition a lieu, il faut tenir fortement la cloche avec la

main, sans quoi elle pourrait Fig. 187. /^^$) — ' s'échapper et être lancée hors

de la cuve. Lorsque la cloche

courbe est refroidie, on fait

repasser le gaz dans la cloche

divisée, et l'on reconnaît que

son volume n'a pas changé par

la décomposition. On en conclut que le protoxyde d'azote renferme

précisément son volume de gaz azote.

Si l'on retranche du poids d'un volume 1 de protoxyde d'azote

ou de la densité de ce gaz =1,527

le poids d'un volume 1 d'azote ou sa densité «= 0,972

il reste 0,555

qui est à très-peu prés égal à ^-^^ = 0,5528, ou à la moitié de la densité du gaz oxygène.

1 volume de gaz protoxyde d'azote renferme donc

1 volume d'azote 0,972

^ » d'oxygène... 0,552

Et, si l'on pose la proportion

X sera le poids de l'azote renfermé dans 100 grammes de protoxyde d'azote ; on a ainsi

Azote 63,77

Oxygène 36,23

DEUTOXYDE D'AZOTE. 1G5

§ ii2. L'analyse du protoxyde d'azote peut se faire également dans l'eudiométre au moyen du gaz hydrogène. Je supposerai que nous ayons introduit dans l'eudiomètre

100 divisions de protoxyde d'azote 150 » de gaz hydrogène

Total.... 250

Faisons passer Tétincelle électrique, et mesurons de nouveau le volume du gaz ; nous trouverons qu'il est réduit à 1 50 divisions ;. 100 divisions ont donc disparu. Si l'azote et l'oxygène étaient seulement mélangés, au lieu d'être combinés avec condensation, nous pourrions déduke la composition du gaz d'après le volume disparu, ainsi que nous l'avons fait dans l'analyse de l'air atmosphérique; mais cela n'est pas possible ici, et il faut déterminer directement la quantité d'hydrogène qui a servi à brûler l'oxygène du protoxyde. Cette quantité serait connue, si nous pouvions savoir quel est le volume de l'hydrogène qui reste dans nos 150 divisions de gaz après l'explosion. Pour déterminer* ce volume, nous introduirons dans l'eudiomètre 50 divisions de gaz oxygène, ce qui fait en tout 200, et nous ferons passer l'étincelle électrique. Après Texplosion, il ne restera plus que 125 divisions de gaz; il en aura donc disparu 75, formées d'hydrogène et d oxygène dans les proportions qui constituent l'eau, c'est-à-dire 50 d'hydrogène et 25 d'oxygène.

Amsi, dans les i50 parties de gaz qui nous restaient après la première étincelle électrique, il y avait 50 parties d'hydrogène, et par conséquent 100 parties d'azote. Or, comme nous avions mis, dès l'origine,, 150 parties d'hydrogène, et que nous en retrouvons 50. il y en a donc eu 100 parties de brûlées par l'oxygène du protoxyde d'azote. 100 parties de ce gaz renferment, d'après cela,

100 parties d'azote 50 » d'oxygène.

Deutoxyde d'azote^ AzO*.

§ 113. On obtient ce composé en dissolvant les métaux dans l'acide azotique convenablement étendu. On prend crdinairement, pour cela, le cuivre ou le mercure. Le cuivre donne du deutoxyde d'azote pur, pourvu qil'on empêche la température de s'élever

pendant la réaction, et que Ton emploie Tacide suffisammenl

étendu.

L'opération s'exécute dans le même appareil que celui qui sert

pour la préparation du gaz hydrogène. On place de la tournure de

cuivre au fond d'un flacon A à deux tubulures (fig. 188) et on la

recouvre d'une couche d'eau. Dans l'une des tubulures a on adapte un tube abducteur, et, dans l'autre b, un tube droit à entonnoir, servant de tube de sûreté, et par lequel on verse l'acide azotique successivement et par petites quantités. On peut recueillir le gaz sur le mercure ou sur l'eau.

L'eau en dissout /^ de son volume.

On obtient du deutoxyde d'azote très-pur en chauffant de l'azotate

de potasse, KO.AzO', avec une dissolution de protochlorure de fer,

FeCl, dans un excès d'acide chlorydrique

6FeCl + KO.AzO* + 4HCI -= AzO* + 3 (Fe*CP) + KCl -h 4H0.

Pour faire cette préparation, on prend deux volumes égaux d'acide chlorhydrique; on chauffe Tun avec de la limaille de fer pour le transformer en protochlorure de fer que l'on ajoute ensuite au volume d'acide chlorhydrique mis de côté. C'est par ce mélange que l'on traite l'azotate de potasse. •

§ 114. Le deutoxyde d'azote est un gaz incolore qui a subi jusqu'ici les plus fortea pressions sans se liquéfier. Sa densité est 1,039.

11 donne immédiatement des vapeurs rutilantes, quand on le mélange avec l'air; il absorbe, dans ce cas, de l'oxygène et se tranforme en acide hypoazotique : ces vapeurs ont une réaction fortement acide.

Le deutoxyde d'azote n'a pas de réaction acide par lui-même ; on le démontre facilement par l'expérience suivante î on recueille du deutoxyde d'azote dans une cloche, sur le mercure, et l'on fait passer dans cette cloche de la teinture de tournesol qui conserve sa couleur bleue. Mais, si l'on introduit quelques buljes d'oxygène, la teinture rougit immédiatement.

DEUTOXYDE D'AZOTE. 167

Une allumette présentant quelques points en ignition ne s'enflanune pas quand on la plonge dans une cloche remplie de deutoxyde d'azote ; mais un charbon fortement incandescent y brûle avec un grand éclat. ,

Le phosphore peut être fondu dans le deutoxyde d'azote sans prendre feu ; tandis que, dans l'air, il s'enflamme toujours dans cette circonstance. Mais le phosphore enflammé continue à brûler dans le deutoxyde d'azote avec une lumière beaucoup plus vive que dans l'air. Cette lumière est comparable à celle qui accompagne la combustion du phosphore dans l'oxygène.

Le soufre enflammé s'éteint dans le deutoxyde d'azote.

Le deutoxyde d'azote se comporte donc comme un corps moins facilement comburant que le protoxyde; et cependant, pour la même quantité d'azote, il renferme deux fois plus d'oxygène. Cela montre que l'azote et l'oxygène sont combinés avec beaucoup plus de force dans le deutoxyde d'azote que dans le protoxyde, puisqu'il faut des affinités plus énergiques pour en opérer la décomposition.

Le deutoxyde d'azote est absorbé par une dissolution de sulfate de protoxyde de fer, qui prend ainsi une couleur brune très-foncée. On peut employer cette réaction pour séparer le protoxyde d'azote du deutoxyde.

Le deutoxyde d'azote se dissout en grande quantité dans l'acide azotique concentré, mais il y a décomposition réciproque ; le deutoxyde enlève à l'acide azotique une portion de son oxygène, et les deux substances passent à l'état d'acide hypoazotique. La liqueur prend une couleur brune de plus en plus foncée, à mesure qu'il se forme une plus grande quantité d'acide hypoazotique. Lorsque Tacide azotique est plus étendu d'eau, il est plus stable, et il se décompose une quantité moindre d'acide. Enfin, lorsque l'adde azotique est tres-étendu d'eau, lorsqu'il est trés-di7w^, il n'est plus décomposé par le deutoxyde d'azote.

Ces dissolutions d'acide hypoazotique dans de l'acide azotique plus ou moins concentré présentent des couleurs trés-variables. Avec l'acide azotique monohydraté, on a un liquide brun; avec un acide un peu plus étendu, ou a une dissolution jaune. L'acide ayant Une densité de 1,35 prend une couleur verte; celui d'une densité de 1,25 devieilt d'un bleu claii*; enfin, l'acide ayant une densité moindre que 1,1 6 ne se colore plus.

On fait ordinairement cette expérience de la manière sui^ vante :

On adapte à un grand flacon à deux tubulures (fig. 189), dans

Jb8

lequel ou produit le deutoxyde d'azote, une série de flacons à trois tubulures, disjiosés comme le montre la figure. Un appareil de cette espèce porte le nom d'appareil de Woolf \ Dans les deux pre-

Fig. 189.

miers flacons on place de Tacide azotique au maximum de concentration; dans le troisième de l'acide azotique un peu plus étendu, ayant une densité de 1,45; dans le quatrième de Facide à 1,35;

* Nous adaptons fréquemment à nos appareils de chimie des tubes disposés d'une manière particulière, et que l'on appelle tubes de sûreté. Ils ont pour but d'éviter les explosions des appareils, et d'empêcher le mélange des liquides renferm<'is dans les divers vases qui les composent. ISous allons donner la théorie de c«s tubes. '

Théorie des tubes de sûreté. — Supposons un ballon A (fig. 190), dans lequel on produit un dégagement de gaz chlore, par la réaction de l'acide chlorhydrique sur le peroxyde de manganèse : soit une éprouveltc B remplie d'upe dissolution de potasse, sur laquelle nous voulons faire réagir le chlore, qui a pour elle une grande affinité. Nous amenons le chlore par le tube de dégagement abc au fond de l'éprouvette B. Tant que le chlore se dégage en abondance du ballon A, l'opération marche régulièrement, et des bulles de gaz ti*averscnt la dissolution de potasse. La force élastique du gaz, dans le ballon A, fait équilibre à la pression de l'atmosphère extérieure, laquelle s'exerce sur le niveau de la dissolution de potasse, augmentée de la pression qui est due à une colonne de dissolution de potasse, ayant pour hauteur la distance outre le niveau du liquide dans l'éprouvette et l'extrémité c du tube de dégagement. On mesure la pression de l'atmosphère extérieure par la hauteur II d'une colonne de mercure qui lui Fig. 190. fait équilibre ; en d'autres termes, par la hau-

teur du mercure dans le baromètre. La pression due à la hauteur a' de dissolu li()n de potasse peut étro exprimée par une colonne de mercure qui produirait une pression équivalente. Si nous désignons par x la hauteur de cette colonne,

DEUTOXYDE U'AZOTE. 169

dans le cinquième de Tacide à 1,25; enfin, dans le sixième de Tacide à 1,10.

par d' et Z les densités, rapportées à Teau, de la dissolution de potasse et du mercure, nous aurons évidenament

xZ — d^ d'où X = ((—,

La force élastique du gaz dans l'intérieur du ballon snra donc exprimée par une colonne de mercure qui a pour hauteur II + «'^ •

Supposons que la production du gaz chlore vienne à s'arrHer dans le ballon A; soit parce que la quantité d'acide chlçrhydrique que nous y avons mise se trouve épuisée, soit parce que le ballon s'est beaucoup refroidi, la dissolution de potasse renfermée dans le tube de dégagement bc va continuer à absorber le chlore contenu dans le ballon A ; la force tlas-. tique du gaz va diminuer successivement dans l'appareil, et la pression constante de l'atmosphère, laquelle s'exerce à la surface du liquide de l'éprouvette, forcera ce liquide à s'élever dans le tube de dégagement bc. Si l'opérateur est présent, il peut sauver l'expérience en débouchant rapidement le ballon A ; mais, s'il est absent, la dissolution de potasse montera bientôt jusqu'au sommet du tube de dégagement, et, l'absorption du chlore par là potasse continuant, la plus grande partie delà dissolution de potasse pourra passer dans le balloi^ A. On dit alors qu'il y a eu absorption, et l'opération est perdue.

On rend impossible un accident de cette nature en adaptant, sur le ballon A et dans le même bouchon, un tube recourbé efg portant une boule u et ayant la forme représentée dans la figure i9i. Cette forme a lait donner à ce tube le nom de tube en^S. On verse dans ce tube une petite quantité du liquide qui exerce la réaction chimique dans le ballon A ; ce sera de l'acide chlorhydrique dans l'expérience qui nous occupe. Lorsque l'opération marche régulièrement, et que les gaz se dégagent à l'extrémité c du tube abducteur, la force élastique

du gaz intérieur est représentée par H-J-rt* t". L'acide chlorhydrique s'élèvera

donc dans la branche fg du tube en S, jusqu'à ce que la colonne, soulevée au dessus du niveau du liquide dans la boule u, et dont nous représenterons la

hauteur par A, fasse équilibre à la force élastique H+a'-t, diminuée de la pression H de l'athmosphére, car celte dernière pression s'exerce également sur le sommet de la colonne h. Si d représente la densité de l'acide chlorhydrique par rapport à l'eau, une colonne de mercure qui exercerait la même pression que la

colonne h d'acide chlorhydrique serait exprimée par A >. On aura donc h- = a' — d'où h = a!Û- Supposons maintenant que le dégagement du gaz s'arrête et que, par suite de