LIV. I, CIIAP. XIV, CARBONE

•organique, riche en carbone, au milieu de laquelle se trouve répandue la matière minérale de l’os, composée de phosphate et de carbonate de chaux. Si l’on calcine les os en vase clos, on obtiendra un charbon très impur, mais qui possède, lorsqu’il est réduit en petits grains, des propriétés décolorantes remarquables. Aussi remploie-t-on pour la décoloration des sucres bruts. Que l’on mette dans un verre de la teinture de tournesol ou de l’indigo en dissolution, et qu’on y ajoute du noir animal en petits grains ou en poudre, en fdtrant la liqueur, on verra qu’elle a perdu sa coloration. Les matières salines sont également retenues par le charbon, quoiqu’en moindre quantité. Le noir animal qui a absorbé une certaine quantité de matière colorante devient impropre à en absorber de nouveau ; on le revivifie en le calcinant en vase clos; la matière colorante détruite, le charbon reprend ses propriétés, quoique à un degré moindre.

498. Noir de fumée. — On sait que la résine brûlant à l’air donne une flamme rouge (fuligineuse) qui contient en suspension •du charbon dans un état de ténuité extrême. Ce charboû recueilli

Fig. 129.

constitue le noir de fumée. Le noir de fumée s’obtient en brûlant incomplètement des huiles essentielles ou des résines dans une chambre en maçonnerie, au sommet de laquelle se trouve un cône qui racle les murs en descendant et en détache le noir de fumée (fig. 129). Au lieu

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d’une chambre unique dans laquelle vient se déposer le noir de fumée, on dispose le plus souvent, à la suite du foyer dans lequel se fait la combustion incomplète des huiles essentielles ou des résines, une série de chambres ou de gros cylindres verticaux recouverts intérieurement de toiles, que traversent les produits de la combustion entraînant le noir de fumée.

Le noir de fumée est du carbone à peu près pur; il ne peut en effet contenir de cendres, et la seule impureté qu’il puisse renfermer consiste en matières goudronneuses qui imprègnent les molécules de charbon. Il suffira donc de calciner fortement le noir de fumée, à l’abri du contact de l’air, pour avoir du carbone parfaitement pur»

On s’en sert dans la peinture en noir et pour la fabrication de l’encre d’imprimerie, de l’encre de Chine.

499. Charbon de «narre. — On a souvent besoin de carbone pur, dans les laboratoires, pour effectuer certaines réactions chimiques ; le noir de fumée peut servir dans beaucoup de cas, mais sa trop grande légèreté lui fait souvent préférer le charbon obtenu en calcinant du sucre bien pur, en vase clos. On obtient ainsi une matière noire, brillante et boursouflée. Le sucre a commencé par fondre sous l'influence de la chaleur, puis la masse fondue s’est décomposée en dégageant des gaz : de là l’aspect de la matière. Remarquons, d’ailleurs, que toute matière organique qui peut se consumer au contact de l’air, sans laisser de résidu, peut servir à la préparation du carbone pur. Il faudra toutefois chauffer ce charbon, pendant quelque temps, à une température élevée, afin de chasser les dernières traces d’hydrogène qu’il peut renfermer.

500. Absorption par le charbon. — Nous avons fait connaître la propriété décolorante du charbon d’os; les autres charbons la possèdent également, mais à un moindre degré ; ils possèdent, en outre, la propriété d’absorber les gaz avec d’aulant plus de facilité qu’ils sont plus poreux. On se sert toujours du charbon de bois pour ces expériences.

On chauffe au rouge un morceau de charbon de bois, et on le refroidit en le plongeant dans la cuve à mercure, afin qu’il ne puisse pas absorber d’air. Quand il est suffisamment froid, on le fait passer dans une éprouvette, contenant un gaz soluble dans l’eau, comme l’ammoniaque ; on voit aussitôt le mercure monter rapidement et remplir la cloche. Si l’on retire alors le charbon, il exhale l’odeur excessivement vive de l’ammoniaque.

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Cette absorption dépend de plusieurs circonstances, étudiées avec le plus grand soin par Th. de Saussure, et qui montrent l’analogie de ce phénomène avec celui de la dissolution des gaz.

1° Influence de la température. — Plus la température est basse, plus l’absorption est considérable; au-dessus de 100°, le charbon perd cette propriété.

Aussi, lorsqu’on chauffe vers 100° ou 150° un charbon imprégné de gaz, celui-ci se dégage en totalité, à moins que ce ne soit de l’oxygène ou du protoxyde d’azote. Dans ce cas, à cette température peu élevée, le charbon se trouve oxydé par une partie de l’oxygène. 11 se dégage donc, dans le premier cas, un mélange d’oxygène et d'acide carbonique; dans le second, un mélange de protoxyde d’azote, d’azote et d’acide carbonique. D’après Th. de Saussure, l’oxydation du charbon au contact de l’air se produirait à la température ordinaire, seulement d’une manière très lente.

2° Influence de la pression du gaz. — L’absorption augmente avec la pression ; un charbon imprégné d’un gaz quelconque le perd en entier, si l’on fait le vide autour de lui.

Influence delà nature du gaz. — On remarque, en général, que les gaz solubles dans l’eau sont ceux que le charbon absorbe en plus grande quantité; il y a alors un dégagement de chaleur facilement appréciable. Le tableau suivant met ce rapport en évidence.

Un volume de charbon de bois absorbe :

90 volumes de gaz ammoniac, 55,00 volumes de gaz hydrogène bicarboné,

acide chlorhydrique,

oxyde de carbone,

acide sulfureux.

oxygène,

acide sulfhydrique,

azote,

protoxyde d’azote, acide carbonique.

hydrogène.

4Ü Influence du nombre et du diamètre des pores. — Les charbons absorbent d’autant mieux les gaz qu’ils sont plus poreux, à la condition toutefois que le diamètre de ces pores ne soit ni trop grand ni trop petit. Ainsi le charbon de liège, qui pèse 0,1, absorbe à peine l’air; le charbon de sapin, dont la densité est de 0,4, en absorbe 4 fois 1/2 son volume ; le charbon de buis, qui absorbe le plus d’air, 7 volume 1/2 environ, a pour densité 0,6. Les charbons très denses, comme les charbons de cornue, possèdent à peine la propriété absorbante. Le charbon de bois réduit en poudre absorbe moins l’air sous le même poids que

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lorsqu'il est en morceaux. Cela tient à ce que, par l’effet de la pulvérisation, une partie de ses pores a été remplacée par les intervalles plus volumineux que laissent entre eux les grains de charbon en se touchant.

5° Influence du vide des pores. — Il est essentiel que le charbon soit bien purgé d’air et d’humidité pour qu’il absorbe facilement les gaz avec lesquels on le met en contact. C’est pour cela que nous avons pris la précaution de le faire rougir et de l’éteindre sous le mercure avant de le faire servir à l’absorption. Mais le vide de la machine pneumatique produirait le même effet. Le charbon de meule absorbe en se refroidissant environ 10 pour 100 de son poids d’air et d’humidité, cette absorption est accompagnée d’un dégagement assez considérable de chaleur pour que le charbon puisse prendre feu.

501. Applications. — Ces propriétés permettent facilement d’expliquer le rôle du charbon employé pour prévenir la putréfaction des eaux, ou pour désinfecter celles qui ont subi un commencement d’altération. 11 suffit en général d’enfermer de l’eau dans des tonneaux carbonisés intérieurement, pour la conserver pendant de longs voyages.

Le filtrage des eaux bourbeuses sur le charbon, qui donne toujours une eau limpide et sans odeur, est encore une application de cette même propriété. Le charbon n’est pas le seul, corps capable d’absorber les gaz, mais c’est un de ceux qui possèdent au plus haut degré cette propriété.

L’absorption des gaz par le charbon de bois a été utilisée par M. Melsens pour obtenir leur liquéfaction. La liquéfaction du chlore et celle de l’ammoniaque sont particulièrement faciles à réaliser par ce procédé.

Au lieu de préparer l’hydrate de chlore (553), opération toujours pénible, étant donnée l’action que le chlore, dégagé de ce produit, lorsqu’on en manie d’assez grandes quantités, exerce sur les organes respiratoires, il est plus facile de faire absorber le gaz chlore par de la braise de boulanger, préalablement purifiée et refroidie. On se sert d’un

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tube en forme de V renversé ( fuj . \ 30), analogue au tube de Faraday, mais dont une des branches est plus longue et plus large que l’autre. C’est dans cette branche que l’on introduit le charbon en petits fragments ; on la refroidit avec de la glace, et, les deux extrémités du tube étant ouvertes, on fait passer un courant de chlore. Lorsque l’absorption est terminée, on ferme à la lampe les deux extrémités du tube, et, chauffant dans un bain d’eau la branche qui renferme le charbon, refroidissant l'autre, on voit se condenser dans cette dernière le chlore liquide. Par refroidissement de l’appareil, le chlore est de nouveau absorbé et l’appareil peut ainsi servir indéfiniment.

502. Conductibilité pour la chaleur et 1 électricité. — NüUS avons

vu que la plombagine conduisait l’électricité (491) ; nous aurions pu dire également qu’elle conduisait parfaitement la chaleur. Tous les charbons artificiels, préparés à une haute température, possèdent aussi ces deux propriétés. Aussi on emploie du charbon de cornue pour la confection des charbons de pile, ou des baguettes qui servent à produire la lumière électrique. La braise de boulanger, fortement calcinée, sert parfois, dans la construction des paratonnerres, à mettre la tige de cet appareil en communication électrique avec le sol. Les charbons préparés à une basse température sont, au contraire, de mauvais conducteurs de la chaleur et de l’électricité.

50o. Combustibilité des divers charbons. — Cette différence de conductibilité pour la chaleur explique pourquoi les charbons préparés à haute température sont si difficilement inflammables, tandis que les charbons de bois ordinaires s’enflamment avec facilité. Supposons que l’on chauffe fortement un morceau de charbon de cornue en un point seulement, et puis qu’on l’abandonne à lui-même; la chaleur se répartira promptement dans toute sa masse, et aucun de ses points ne sera à une température suffisante pour que la combustion puisse continuer. Il s’éteindrà donc dans l’air. Si l’on répète l’expérience avec du charbon de bois, le point chauffé ne cédant que peu de chaleur aux points voisins, la combustion commencée continuera, et la chaleur dégagée finira par enflammer, de proche en proche, tous les points du charbon.

Il faut remarquer que l’état physique du charbon n’est pas sans influence sur le phénomène. Un charbon très poreux ne peut jamais conduire parfaitement la chaleur, même lorsqu’il a été fortement calciné; il brûlera donc toujours plus facilement qu’un charbon compact, préparé à la même température. Ajoutons encore que le charbon de

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bois contient toujours une assez forte proportion d’hydrogène qui le rend plus combustible, et qui disparait si on lui fait subir une forte calcination : sa combustibilité moindre ne tient donc pas seulement à l’augmentation de sa conductibilité pour la chaleur, mais aussi à l’absence des principes hydrogénés qu’il contenait avant sa calcination.

Si l’on veut obtenir un charbon très combustible, il faudra le préparer à la plus basse température possible, et avec du bois très léger. On réalise ces conditions dans la fabrication du charbon qui doit entrer dans la poudre, et que l’on prépare en distillant en vase clos vers 400° des bois de bourdaine ou de peuplier. Le charbon, préparé en brûlant lentement et incomplètement du linge, est si inflammable, qu’il suffit de l’étincelle échappée d’un briquet pour l’enflammer.

504. Propriétés cliimi<]ues. — Iclioii «les métalloïdes. — Le Carbone ll’agit directement que sur deux métalloïdes, l’oxygène et le soufre. Avec le premier, il donne de l’acide carbonique ou de l’oxyde de carbone; avec le second, il ne forme qu’un composé bien connu, le sulfure de carbone C2S4, correspondant à l’acide carbonique. Le charbon , chauffé dans l’air ou dans l’oxygène, tend toujours à produire de l’acide carbonique; seulement ce corps est ramené à l’état d’oxyde de carbone, si le charbon est en excès et la température suffisamment élevée.

Si l’on produit, comme l’a fait M. Berthelot, l’arc voltaïque entre deux pointes de charbon pur, dans une atmosphère d’hydrogêne, on détermine la combinaison du carbone et de l’hydrogène; il se produit alors un carbure gazeux, l’acétylène, dont la composition est représentée par la formule C4I1* (535).

Enfin le carbone, comme le bore, a une certaine tendance à se combiner à l’azote; il suffit, en effet, de le mettre au contact d’un métal alcalin ou d’un alcali, pour qu’il absorbe facilement ce métalloïde, en produisant du cyanogène, C2Az, qui reste uni au métal. Nous en verrons tout à l’heure une nouvelle preuve (508).

505. Action «les principaux composés oxygénés. — Le Carbone agit sur tous les composés oxygénés des métalloïdes, l’acide borique et l’acide silicique exceptés; il réduit complètement tous les autres à une température élevée, partiellement, si la réduction s’effectue à basse température ou si le carbone n’est pas en excès. Ainsi, l’acide phosphorique, l’acide arsénieux sont décomposés totalement par le charbon et donnent du phosphore (204) et de l’arsenic (247) ; l’acide sulfurique hydraté, chauffé avec du charbon, donne de l’acide sulfureux et de l’acide carbonique (209) ; il en serait de même si l’opération s’effectuait

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au-dessous du rouge, mais à une température élevée; l’acide sulfurique est décomposé en soufre et en oxyde de carbone, parce que l’acide sulfureux lui-méme est réduit, dans ces circonstances, par le charbon. Le soufre mis en liberté peut se combiner au carbone et former du sulfure de carbone qu’on trouve dans les produits de cette réaction. Nous avons négligé à dessein de parler de l’eau de l’acide sulfurique ; ce corps donne des produits, indiqués un peu plus loin, qui se joignent à ceux que nous venons d’énumérer.

L’acide azotique concentré attaque vivement le charbon très divisé; si on le verse sur du noir de fumée contenu dans un matras en verre, il y a une véritable déflagration, et le charbon prend souvent feu. Il se dégage d’ordinaire du bioxyde d’azote.

On sait que le carbone incandescent brûle avec vivacité dans le protoxyde d’azote, en donnant naissance à de l’acide carbonique et à de l’azote. La même décomposition aurait lieu, si l’on faisait passer un quelconque des composés oxygénés de l’azote sur du carbone chauffé au rouge dans un tube; seulement, le carbone étant en excès, on n’obtiendrait que de l’oxyde de carbone et de l’azote, si la température était suffisamment élevée pour que l’acide carbonique lût décomposé.

On peut distinguer les trois principales variétés de carbone (amorphe, graphitoïde, cristallisé) d’après la façon dont elles réagissent sur un mélange oxydant d’une extrême énergie, le mélange de chlorate de potasse et d’acide nitrique.

Le carbone amorphe est immédiatement transformé en produits gazeux ou solubles, il disparaît donc rapidement.

Il n’en est pas de même du graphite qui s’attaque lentement en donnant des produits particuliers que nous allons décrire.

Le graphite naturel, purifié par la potasse de la silice qu’il renferme et par l’acide chlorhydrique, est finement pulvérisé et intimement mélangé à du chlorate de potasse, en excès. On délaye ce mélange dans de l’acide nitrique fumant et on abandonne la pâte semi-liquide ainsi obtenue à elle-même pendant plusieurs heures; puis on la maintient à une température de 40° à 50° pendant plusieurs jours.

Le graphite se trouve transformé ainsi après traitements répétés, si cela est nécessaire, en paillettes jaunâtres à éclat micacé, insolubles dans l’eau, auxquelles M. brodie a donné le nom d 'acide graphitique , et qui a comme composition

CssH40w.

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Sous l’action de la chaleur l’acide graphitique se décompose brusquement en donnant une poudre noire, très divisée , l 'acide prjrographitique C22H208, et qui diffère du précédent composé par élimination de H202.

Le graphite artificiel de la fonte se comporte comme le graphite naturel et donne des écailles jaune verdâtre (Berthelot).

L’acide pyrographitique est, par un nouveau traitement au chlorate de potasse et à l’acide nitrique, transformé en acide graphitique et produits solubles. Il en résulte, comme l’a montré M. Berthelot, qu’une suite de transformations de ce genre permet d’éliminer le graphite d’un mélange des trois variétés principales de carbone. Le diamant seul reste inaltéré, ce qui permet de l’isoler facilement.

506. Action des composés hydrogénés. — Le carbone n agit pas, même aux plus hautes températures, sur l’acide chlorhydrique ni sur la plupart des composés hydrogénés des métalloïdes, l’eau et l’ammoniaque exceptées.

507. Action de la vapeur d’eau. — La vapeur d’eau est décomposée par le charbon au rouge. On fait passer de la vapeur d’eau dans un tube de porcelaine rempli de braise et chauffé dans un fourneau long

Fi?. 131.

(fig. 151); si la température est peu élevée (rouge sombre), il se dégage un mélange d’acide carbonique et d’hydrogène :

dans la proportion de 1 volume d’acide carbonique et de 2 volumes d’hydrogène. Mais si l’on porte le charbon au rouge vif, il ne se produira plus d’acide carbonique, mais de l’oxvde de carbone, et l’on obtien-