COMBINAISON DU SILICIUM AVEC LE FLUOU

Fluorure de silicium, SiFP.

§ 246. On obtient ce composé en chauffant ensemble, dans un balloi» de verre, parties égales de spath fluor et de verre pilé avec 6 à

ACIDE HYDROFLUOSILICIQUE. 363

8 parties d'acide sulfurique très-concentré (voy. fîg. 199, page 187). L'acide silicique du verre perd son oxygène, lequel oxyde le calcium du spath fluor ; la chaux qui en résulte se combine avec Facide sulfurique, et le fluor s'unit au silicium pour former du gaz fluorure de silicium. Si nous ne faisons intervenir le verre que par son acide silicique, nous pouvons représenter la réaction par l'équation suivante :

5CaFl + SiO^ + 5S0* = 5(CaO.SO'^) + SiFP.

L'appareil dont on se sert pour oîtte opération doit avoir été préalablement desséché avec le plus grand soin, car le fluorure de silicium se décompose très-facilement au contact de l'eau.

Le fluorure de silicium est un gaz incolore, qu'il faut recueillir sur le mercure, l'eau le décomposant immédiatement. La densité de ce gaz est 5,57. 11 répand au contact de l'air humide des fumées acides très-épaisses. Sa composition correspond à celle de l'acide silicique ; sa formule est donc §iFF.

§ 247. Dans la décomposition du fluorure de silicium au contact de l'eau, il se dépose de la silice gélatineuse, et la liqueur renferme une combinaison acide particulière, que nous appelons acide hydrofluosilicique, La réaction a lieu entre 3 équivalents de fluorure de silicium et 3 équivalents d'eau. Mais des 3 équivalents de fluorure de silicium, 1 seul se décompose; il se produit 5 équivalents d'acide fluorhydrique qui se combinent avec les 2 équivalents de fluorure de silicium non décomposés, pour former l'acide hydrofluosilicique. La réaction est donc représentée par l'équation suivante :

3SiFF -h 3H0 -=3HFI.2SiFF + SiO^

La formule de l'acide hydrofluosilicique est, d'après cela,

3HP1.2SiFr'.

Lorsqu'on sature l'acide hydrofluosilicique par une base, l'hydrogène de l'acide fluorhydrique est seul remplacé par une quantité équivalente du métal de la base : ainsi avec la potasse on a la réaction

3HF1.2SiFl» + 5K0 = 3KF1.2SiFP + 5H0.

L'hydrofluosilicate de potasse est donc un fluorure double de potassium et de silicium ayant pour formule

3KF1.2SiFr%

La silice à l'état gélatineux, qui se dépose pendant la décomppsi-

lion du fluorure de silicium par Teau, obstruerait promptement

Toriflce du tube qui amène le gaz, si on le faisait plonger dans Teau, et il pourrait en résulter une explosion. Aussi doit-on avoir soin de faire plonger le tube de plusieurs centimètres dans une couche de mercure (fig. 266) que Ton place dans le vase récipient avant d'y verser Teau ; de cette manière, le gaz ne rencontre pas de parois hu- Fig. 266. mides, et il ne se décompose

qu'après avoir traversé la couche de mercure.

On peut également faire la préparation du fluorure de silicium dans une cornue de verre (fig. 267), dont on engage le col dans un

ballon renfermant de Teau et qui sert de récipient; mais il faut avoir soin de ne pas ini terposer de bou- ^ chon , afin de pouvoir faire tourner facilement le ballon autour du col de la cornue, et maintenir ses parois constamment mouillées. Le gaz fluorure de silicium, étant très-lourd, tombe sur la surface du liquide du récipient, et il se forme une pellicule de silice gélatineuse qui empêcherait bientôt rr.ction de Teau si Ton n'avait pas soin de tourner souvent le ballon.

Lorsque Ton a décomposé une quantité convenable de fluorure de silicium, on filtre la liqueur à travers un linge, et Ton exprime fortement le résidu. Si Ton veut obtenir le liquide plus transparent, il faut le filtrer à travers du papier Joseph ; mais il reste presque toujours un peu de silice en suspension.

L'acide hydrofluosilicique dissous forme un liquide très-acide, qui se combine avec les bases en formant des fluorures doubles dont nous avons indiqué plus haut la composition. Quelques-unes de ces combinaisons sont insolubles, entre autres celle qu'il forme avec la potasse. Nous avons déjà utilisé celte propriété de l'acide hydrofluosilicique pour précipiter la potasse de ses dissolutions (§ 17U).

ACIDE HYDROFLUOSILICIQUE. 565

Si Ton évapore complètement à sec la dissolution d'acide hydrofluosilicique avec la silice gélatineuse qui s'est déposée pendant sa préparation, toute la matière disparaît; il se dégage de Teau et du fluorure de silicium. Ainsi, sous l'influence de la chaleur, nous obtenons une réaction inverse de celle qui s'opère à froid entre le fluorure de silicium et Teau : nous avons maintenant

3HF1.2SiFP + SiO' =- SSiFP + 3H0.

Si révaporation se fait dans un vase en verre, celui-ci n'est pas attaqué et conserve complètement sa transparence.

Si, au contraire, on évapore dans un vase de verre Tacide hydrofluosilicique seul, séparé par la filtration de la silice qui s'est déposée, la matière disparaît encore en entier, mais les parois du verre sont fortement attaquées, car elles ont dû céder l'acide silicique nécessaire a la transformation complète de l'pcide hydrofluosilicique en fluorure de silicium.

Hydrogène silice,

§ 247 bis. Le silicium parait former avec l'hydrogène un cx)mposé f?azeux qui s'enflamme spontanément à l'air ; mais on ne l'a obtenu jusqu'ici que mélangé avec une très-grande proportion d'hydrogène libre. 11 se produit toutes les fois que l'on plonge, dans une dissolution aqueuse d'un chlorure alcalin, un barreau d'aluminium chargé de silicium, et qui est en communication avec le pôle positif d'une forte pile.

Équivalent = 75,00.

§ 248. Le carbone présente les aspects les plus variés. On le trouve dans la nature parfaitement pur et cristallisé à l'état de diamant. Le diamant se rencontre dans des terrains d'alluvion provenant de la destruction de roches anciennes dont les débris ont été transportés par les eaux, et se sont amoncelés dans des vallées et des plaines qu'ils recouvrent sur de grandes étendues ; les priticipaux terrains diamantifères sont situés dans Tlnde, Tîle de Bornéo et le Brésil. Les diamants sont fort rares au milieu de ces détritus, et, pour les trouver, il faut laver et trier minutieusement de grandes masses de sables. Le diamant brut est ordinairement rugueux à sa surface, et faiblement translucide. Quelquefois sa forme cristalline est très-nette ; ses cristaux appartiennent au système cristallin régulier ; la forme primitive est Foctaèdre régulier (fig. 20) ; le plus souvent, Foctaèdre est modifié par des faces secondaires, et le cristal présente Faspect de la figure 27, page 17. Les faces cristallines du diamant sont rarement planes, elles sont plus ou moins convexes; par suite, les arêtes sont elles-mêmes courbes. Cette courbure des surfaces est surtout prononcée dans des cristaux qui présentent Faspect général de Foctaèdre régulier ; mais ces cristaux étaient réellement, dans Forigine, des triakisoctaèdres (fig. 27), c'est-à-dire, des octaèdres dont les faces sont remplacées par des pyramides triangulaires très-surbaissées. Les arêtes de ces pyramides se sont effacées, souvent d'une manière complète, par le frottement que le cristal a éprouvé pendant son transport avec les sables d'alluvion, et il ne lui est plus resté que Faspect général d'un octaèdre dont les faces sont convexes.

Le diamant est le plus souvent incolore, mais on le rencontre quelquefois aussi coloré en diverses nuances. Les couleurs les plus communes sont le jaune et le brun plus ou moins noir ; m en trouve de bleus, de roses et de verts. La densité du diamant vwie de 3,50 à 3,55.

Le diamant est le plus dur de tous les corps connus ; il les raye tous sans exception ; ses faces naturelles présentent plus de dureté que ses faces taillées. Cette propriété est assez générale dans les minéraux. Les vitriers emploient le diamant pour fendre le verre suivant des directions déterminées : ils prennent des éclats de diamants présentant des surfaces courbes naturelles, ils les montent à Fextrémité d'un manche dans le sens le plus convenable, et en forment un

tracelet. Pour séparer d'un carreau une bande dune largeur déterminée, ils placent une règle sur la ligne suivant laquelle le verre doit être cassé, puis ils passent le diamant le long de la règle. Us tracent ainsi, sur le verre, une ligne très-fine, qui rend le verre cassant suivant cette direction ; tellement qu'il suffit d'appuyer, en porte à faux, sur les deux parties séparées par cette ligne, pour que le carreau se casse d'une manière nette.

Le diamant ne peut être taillé qu'au moyen de sa propre poussière. On commence par le dégrossir en frottant deux diamants bruts l'un contre l'autre; il s'en détache une poudre très-fine que l'on recueille avec le plus grand soin. On dcnne ainsi au diamant l'ébauche de la forme qu'il doit avoir. Pour achever de lui donner cette forme et pour le polir, on le scelle à l'étain dans une coquille en cuivre maintenue dans une tenaille en acier. On Tuse sur une plate-forme en acier doux, sur laquelle on a répandu un peu de poussière de diamant et de Thuile d'olive ; on donne à cette plate-forme horizontale un mouvement de rotation très-rapide autour de son centre. On présente ainsi successivement le diamant sur toutes les faces à tailler. Les diamants bruts de rebut sont piles dans un mortier d'apier, et leur poussière est employée pour tailler les diamants de choix.

Le diamant étant du carbone pur, cristallisé, on a fait, dans Tespoir d'en obtentr, un grand nombre de tentatives pour opérer la cristallisation artificielle du carbone; mais ces tentatives ont toutes été infructueuses. Le carbone est complètement- infusible aux plus hautes températures que nous puissions produire dans nos fourneaux, de sorte que l'on ne peut pas espérer de le faire cristalliser par voie de fusion. D'un autre côté, nous ne connaissons aucun dissolvant de ce corps, on ne peut donc pas le faire cristalliser par voie de dissr,lution. La fonte de fer peut, à la vérité, lorsqu'elle est liquide à une. très-haute température, dissoudre une proportion de carbone plus grande que celle qu'elle peut retenir à une température plus basse : elle en abandonne donc, pendant le refroidissement, une portion qui aâècte des formes cristallines. Mais ce sont des lames noires trèsbrillantes, souvent assez larges, et qui ne présentent aucune ressemblance avec le diamant. On donne à ce carbone cristallin le nom de graphite.

Le diamant, placé entre les deux cônes de charbon dune forte pile, se trouve porté à une température excessivement élevée, et devient tellement incandescent, que Toeil ne peut en supporter l'éclat. Mais, si on l'observe à travers un verre noirci à la flamme d'une chandelle, on voit qu'il se boursoufle considérablement, et se par-

lage en plusieurs fragments. Après le refroidissement, la matière a complélement changé d'aspect ; elle est devenue d'un gris métallique, friable, et ressemble en tout point au coke provenant des houilles grasses. Cette expérience semble prouver qu'une haute température n'est pas favorable à l'existence du carbone sous Tétat de diamant, et que la formation du diamant n'a pas eu lieu à une température très- élevée.

§ 249. La nature nous présente aussi le carbone à un état cristallin tout à fait différent du diamant, sous la forme de petites paillettes très-minces d'un gris métallique. Ces paillettes, souvent extrêmement petites, sont agrégées les unes aux autres; elles forment des masses brillantes qui se coupent facilement au couteau, et laissent des traces d'un gris de plomb sur le papier. C'est la matière. connue dans les^ arts sous le nom de plombagine, et avec laquelle on fait les crayons.

Les matières organiques sont, comme nous Tavons déjà dit plusieurs fois, des composés de carbone, hydrogène, oxygène et azote. Quand on les soumet à une haute température, l'hydrogène, l'oxygène, l'azote et une partie du carbone se dégagent à l'état de combinaisons volatiles, et une portion du carbone reste comme résidu. Ce carbone présente alors des aspects très-différents, suivant la nature de la matière organique. Ainsi, si l'on calcine une branche de bois, le charbon qui reste est noir et présente dans sa cassure la structure du bois qui lui a donné naissance. Si l'on calcine du sucre ou une matière animale, il reste un charbon extrêmement léger, noir, brillant, boursouflé, qui présente l'aspect d'une matière qui a subi la fusion. Mais ce n'est pas le charbon qui a été fondu; c'est la matière organique qui, commençant à fondre sous la première impression de la chaleur, est devenue de plus en plus pâteuse à mesure que la décomposition avançait, et s*est boursouflée par le dégagement des gaz qui la traversaient.

La houille ou charbon de terre, calcinée à l'abri du contact de l'air, donne un charbon que l'on appelle coA:e, et qui présente aussi des apparences très-différentes suivant la qualité delà houille. Les houilles grasses éprouvent un commencement de fusion avant de se décomposer, et donnent un charbon boursouflé d'un gris métallique brillant. I es anthracites, qui ne perdent qu'une très-petite fraction de leur poids à la calcination, donnent un charbon qui présente la forme et souvent Taspect du fragment d'anthracite qui lui a donné naissance.

Certaines matières organiques, en brûlant dans l'air, n'éprouvent qu'une combustion incomplète. Elles brûlent avec une flamme fuli*

gineuse qui dépose du charbon sous la forme d'uue poussière noire extrêmement fine. On obtient un dépôt de cette espèce, quand on place une plaque de verre dans la partie supérieure de la flamme d'une chandelle. Ce charbcn pulvérulent porte dans les arts le nom de noir de fumée. On le prépare ordinairement en brûlant des résines ou du goudron. L'appareil dont on se sert se compose d'une chambre cylindrique en maçonnerie, dans laquelle peut se mouvoir un cône en tôle percé d'un trou à son sommet et qui sert de cheminée pendant l'opération. Les murs de la chambre sont tapissés de toiles grossières qui facilitent le dépôt des flocons de noir de fumée. Une marmite en fonte contenant la résine est chauffée dans un fourneau extérieur; on enflamme les vapeurs qui se dégagent de cette marmite, et on règle convenablement l'entrée de l'air par les ouvreaux. La combustion incomplète des vapeurs combustibles donne lieu à une quantité considérable de noir de fumée qui se dépose dans l'intérieur du cône en tôle, et principalement sur les* parois de la chambre. Lorsque l'opération est terminée, on descend le cône ; celui-ci a un diamètre tel qu'il remplit exactement la chambre, de sorte qu'en descendant il racle les parois, et fait tomber sur le sol tout le noir de fumée.

Le noir de fumée ainsi obtenu est toujours mélangé de matières huileuses: quand on veut l'employer comme charbon dans les laboratoires, on est obligé de le cjlciner à l'abri de fair dans un creuset.

Le carbone, dans ces divers états, présente des propriétés physiques très-différentes; sa densité varie dans des limites étendues : en eflet,

La densité du diamant est 5,50

Celle du graphite naturel 2,20

Celle du coke pulvérisé varie de. 1,60 à 2,00

Le charbon de bois présente des densités très-variables, par suite de sa porosité. Le charbon de bois paraît, au premier abord, plus léger que l'eau, car il nage à la surface de ce liquide; mais il est facile de reconnaître que cette propriété tient à ce qu'il e^t percé de vides dans lesquels l'eau ne peut pas pénétrer. Si on le pulvérise, sa poussière tombe au fond de l'eau.

Le charbon ordinaire est mauvais conducteur de la chaleur ; on peut en allumer un morceau par un bout, et le tenir dans les doigts, très-près de la partie incandescente, sans éprouver une sensation notable de chaleur. Le charbon de bois ordinaire est aussi un trèsmauvais conducteur de l'électricité; il devient, au contraire, bon

conducteur quand il a été spumis à une calcination vive. Ainsi la braise, c*est-à-dire le charbon qui a été incomplètement brûlé dans nos foyers, est assez bon conducteur de réiectricité pour que Ton ait pris riiabitude d'en entourer l'extrémité des tiges des paratonnerres, afin de faciliter l'écoulement de l'électricité dans le sol.

Le charbon placé entre les pôles d'une pile de 500 à 600 éléments acquiert une température assez élevée pour fondre et donner des vapeurs très-sensibles. Toutes les Auriétés de charbon se transforment ainsi en un coke graphiteux.

§ 250. ï^s variétés de charbon qui sont très-poreuses présentent des propriétés d'absorption très-remarquables, dont on a tiré un grand parti dans les arts. Si Ton prend avec une pince, dans un foyer, un charbon incandescent, qu'on le plonge dans une cuve à mercure pour l'éteindre à l'abri du contact de l'air, et que, sans le sortir du mercure, on le fasse passer dans une cloche renfermant un gaz, une proportion notable de ce gaz est absorbée. Cette proportion varie beaucoup, suivant la nature du gaz et celle du charbon. Une mesure de charbon de bois de buis absorbe 55 mesures de gaz acide carbonique, et 90 mesures de gaz ammoniac.

Si l'on introduit, dans une cloche remplie de gaz oxygène, un charbon poreux qui a séjourné pendant quelque temps dans une atmosphère d'hydrogène sulfuré, et qui, par suite, a condensé une grande quantité de ce gaz, le charbon s'échauffe, du soufre se sépare, et il se forme de l'eau et du gaz sulfureux. Quelquefois la combustion est tellement subite, qu'il se fait une explosion. Des phénomènes semblables se manifestent avec d'autres gaz combustibles.

Le charbon absorbe de même les matières colorantes en dissolution dans l'eau. Si l'on agite, pendant quelques minutes, du vin rouge avec certains charbons poreux réduits en poudre, il perd complètement sa couleur et passe incolore à la filtra tion. Le charbon absorbe également beaucoup de matières odorantes; ainsi des eaux croupies, répandant une odeur infecte, perdent cette odeur au contact du diarbon. C'est pour utiliser cette propriété que Ton a soin de carboniser légèrement à l'intérieur le^ parois des tonneaux dans lesquels on conserve l'eau douce à la mer. De même on rend potables les eaux corrompues des mares en les faisant filtrer lentement à travers une certaine épaisseur de charbon de bois concassé. L'eau, au contact du charbon, perd en grande partie l'air qu'elle tenait en dissolution ; et, pour rendre cette eau salubre, il est nécessaire de l'aérer de nouveau, en l'agitant pendant quelque temps au contact de l'air.

Les diverses espèces de charbon ont des pouvoirs absorbants trèsdifierenls. Nuls dans le graphite et dans les charbons de houille, ces

pouvoirs sont très-marqués dans les charbons de bois, où ils ont d autant plus de puissance que les pores de ces charbons sont plus nombreux. Mais c'est le charbon qui provient de la calcination des os qui présente ce pouvoir au plus haut degré. En calcinant les os dans des vases clos, on carbonise la matière animale qu'ils renferment, et Ton obtient un charbon extrêmement poreux, mélangé avec la matière terreuse des os. Ce charbon est appelé dans les arts charbon anùnal ou noir animal. On calcine les os dans de grands cylindres en fonte, placés horizontalement dans un fourneau et portant à l'une de leurs extrémités un tuyau, que l'on met en coihmunication avec des appareils réfrigérants, dans lesquels se condensent des produits ammoniacaux dont on tire parti. Lorsque la calcination est complèle, on relire le charbon, on l'éteint dans un étouffoir, et on le réduit dans des moulins en poudre plus ou moins grossière.

^§ 251. Le carbone brûle dans Fair et se change en un gaz qui est l'acide carbonique. Sa combustion dans l'oxygène est beaucoup plus vive. On fixe le charbon à l'extrémité d'un fil de platine, on l'allume à la flamme d'une lampe à alcool, que l'on dirige avec un chalumeau, et on le plonge rapidement dans un flacon plein d*oxygène, où il continue de brûler avec un très-grand éclat. Il est facile de reconnaître qu'il s'est formé dans la combustion un gaz acide ; car, si l'on verse dans le flacon une petite quantité de teinture bleue de tournesol, celle-ci devient rouge. Si Ton y verse de l'eau de chaux, cette eau devient laiteuse, et donne un précipité de carbonate de cliaux.

Les diverses espèces de charbon sont d'autant moins combustibles qu'elles sont plus denses. Ainsi le charbon de bois brûle dans Tair ; le coke compacte, principalement celui de l'anthracite, ne brûle que dans un courant d'air très-rapide, tel que celui qui est produit par un soufflet; le graphite et le diamant, chauffes jusqu'à l'incandescence, ne continuent pas à brûler dans l'air, mais la combustion continue dans l'oxygène. On fixe un petit diamant sur un bout de tuyau de pipe, attaché lui-même à un fil de fer recourbé; on chauffe fortement le diamant au chalumeau (le mieux est d'employer le chalumeau à gaz oxygène), et, quand il est bien incandescent, on le plonge rapidement dans le flacon plein de gaz oxygène ; il continue alors de brûler jusqu'à ce qu'il soit entièrement consumé. IL est facile de reconnaître, au moyen de l'eau de chaux, qu'il s'est formé de l'acide carbonique, comme dans la combustion du charbon ordinaire.

Le charbon a une très-grande affinité pour l'oxygène; il est d'ailleurs complètement fixe à la température la plus élevée de nos four-

neaux ; ces propriétés en font un corps réducteur très-précieux qui enlève Toxygène à presque tous les autres corps; on l'emploie presque exclusivement dans les arts métallurgiques pour réduire les oxydes métalliques.