PROTOXYDE D’AZOTE

AzO.

Az . 14 . 63,67 . 2 vol.

22 100 É(j. en vol. 2 vol.

Densité par rapport à l’hydrogène... 22,06

Densité par rapport à Pair . 1,5269

. Poids de 1 litre de protoxyde d’azote. 1,98

KISTORIQUE.

Le protoxyde d’azote, découvert en 1776 par Priestley, a été étudié successivement par Berthollct en 1795 et par Huraphry Davy en 1800.

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES

Le protoxyde d’azote est, à la température ordinaire, un gaz incolore, inodore et d’une saveur légèrement sucrée ; il est assez soluble dans l’eau et dans l’alcool, mais il ne forme pas de combinaison stable avec ces corps. Le tableau suivant donne, d’après Bunsen, les coefficients de solubilité de ce gaz à diverses températures.

Températures

Eau

Alcool

Températui-es

Eau

Alcool

On a proposé d’employer en médecine le protoxyde d’azote en solution dans l’eau pour combattre les affections goutteuses et rhumatismales ; cette eau gazeuse, appelée eau oxyazotique, est préparée par un procédé analogue à celui dont on se sert pour la fabrication de l’eau de Seltz artificielle, mais son usage ne semble pas s’être répandu.

Liquéfaction. — Le protoxyde d’azote se liquéfie et même se solidifie par la compression, accompagnée d’un abaissement de température. Ce résultat a été obtenu, pour la première fois, par Faraday en 1823; il chauffait, pour cela, de l’azotate d’ammoniaque dans la branche AG d’un tube en U à parois très résistantes. Le protoxyde d’azote se dégageait et se liquéfiait ensuite, par sa propre pression, dans l’autre branche BC, qui était entourée d’un mélange réfrigérant.

Natterer obtint plus tard de plus grandes quantités de protoxyde d’azote liquéfié et même solidifié, en comprimant le gaz dans le réservoir d’un fusil à vent. Ce même procédé lui a permis d’obtenir la liquéfaction de l’acide carbonique et de plusieurs autres gaz.

M. Bianchi a construit, d’après les indications de M. Dumas, un appareil qui permet d’effectuer, sur une plus grande échelle, la liquéfaction du protoxyde d’azote.

Le gaz arrive par la tubulure i' dans le corps de pompe, qui est un cylindre parfaitement régulier en fer de canon de fusil. Un piston p, formé d’un cuir embouti, se meut dans le corps de pompe ; il est porté par une tige rodée d’acier qui passe dans une boîte à cuir. Cette tige reçoit un mouvement rectiligne alternatif par l'intermédiaire d’un excentrique et d’un volant à manivelle.

La partie supérieure du corps de pompe porte une soupape à ressort Z qui s’ouvre do l’extérieur à l’intérieur du corps de pompe R. Ce réservoir a une capacité de 700 centimètres cubes, est en fer forgé et peut résister à une pression de 600 à 700 atmosphères. Un fort pas de vis le réunit au corps de pompe. Comme le fer peut colorer certains gaz liquéfiés, et notamment le protoxyde d’azote, le réservoir est revêtu intérieurement d’une enveloppe de cuivre. Quand on veut donner issue au

gaz liquéfié, il suffît de desserrer la vis qui ferme par sa pointe conique l’extrémité

supérieure du réservoir R. Le liquide s’échappe par la tubulure latérale t.

Quand on emploie cet appareil pour liquéfier le protoxyde d’azote, le piston p ne peut être enduit d’un corps gras qui s’enflammerait au contact du gaz comprimé ; le cuir est humecté avec de l’eau. On facilite l’opération en entourant de glace ou même d’un mélange réfrigérant M le réservoir R ; il faut de plus refroidir le corps de pompe, que le mouvement rapide du piston échauffe considérablement, en faisant circuler de l’eau froide dans le manchon M' qui l’entoure.

Pour liquéfier le protoxyde d’azote au moyen de cet appareil, on procède de la manière ordinaire en décomposant l’azotate d’ammoniaque par la chaleur. Il faut avoir soin de dessécher le protoxyde d’azote en le faisant passer dans des tubes en TJ remplis de ponce sulfurique ou de chlorure de calcium; sans cette précaution, l’eau entraînée par le gaz pourrait se congeler dans le réservoir et arrêter le jeu de la soupape. Des sacs imperméables, faits de tissu de caoutchouc, sont d’un usage commode pour renfermer le gaz destiné à des expériences de ce genre.

Le gaz liquéfié est reçu dans des tubes minces de trois à quatre centimètres de diamètre et de chx à quinze centimètres

de long. Chacun de ces tubes est ajusté, au moyen d’un bouchon fermant herméti¬

quement, dans le col d’un flacon qui contient de l’acide sulfurique; sans cette précaution, l’humidité de l’air se condenserait à la surface du verre, et la couche de givre ainsi formée empêcherait de voir l’intérieur du tube. Le réservoir R étant détaché de la pompe de compression, on l’incline en faisant pénétrer dans - l’intérieur du tube la tubulure t.

La vis qui ferme ce réservoir étant desserrée, le'liquide s’échappe et une portion se soli. difîe par le froid produit par la détente, mais bientôt il se rassemble, au fond du tube, du , protoxyde d’azote liquide.

R La pompe précédente exige une assez grande dépense de force motrice et son effet utile est réduit par l’espace nuisible qui existe entre le piston et le fond du cylindre; de plus, le fonctionnement des soupapes n’est pas très régu lier et cause des dérangements dans la marche

de l’appareil; . pig. 89.

M. Caillctet a donné récemment la description d’une nouvelle pompe qui lui permet d’obtenir facilement de grandes quantL

tés de protoxyde d’azote, d’éthylène et d’acide carbonique liquides. Cet appareil très-ingénieux peut servir soit comme machine pneumatique, soit comme pompe de compression; il présente sur les anciennes pompes l’immense avantage de supprimer complètement tout espace nuisible, car le piston plongeur est recouvert d’une colonne de mercure qui ne laisse en se déplaçant aucun vide dans le cylindre qui constitue le corps de pompe.

Un volant en fonte, muni d’une manivelle, met en mouvement un arbre horizontal qui porte une bielle (cachée dans la figure par le bâti de l’appareil). Cette bielle

transmet le mouvement à un balancier doublement articule'. L’extre'mité du balancier décrit une droite, c’est à cette extrémité qu’est fixée la tige d’un piston plongeur. Les cuirs emboutis a et b, ainsi que le mercure qui recouvre le piston et le corps de pompe, s’opposent absolument à la sortie des gaz comprimés et à la rentrée de l’air extérieur, pendant l’aspiration de la pompe.

Les gaz, amenés par un caoutchouc à l’orifice du tube d’aspiration 0, arrivent au robinet R, qui s’ouvre et se ferme alternativement par le jeu de l’appareil. Ce robinet R est contenu dans un petit récipient en fonte qu’on remplit de glycérine afin d’être assuré qu’il n’y a pas entrée de l’air au moment de l’aspiration.

Pour comprendre le jeu de l’appareil, supposons le piston au bas de sa course ; le gaz arrive à ce moment par la tubulure 0, le robinet R étant ouvert.

Quand le piston s’élève, le gaz est comprimé par la couche de mercure qui recouvre le piston ; le volume du gaz diminuant, sa tension augmente et, quand cette tension est devenue suffisante, le gaz comprimé soulève la soupape en ébonite S et, passant par le tube TT auquel est soudé un tube de cuivre flexible, vient s’accumuler dans le récipient qui doit le contenir.

Un second tube, semblable au tube TT, fait communiquer l’appareil avec un manomètre métallique qui donne une mesure approchée de la pression du gaz comprime.

Le graissage des pièces en mouvement au contact du mercure ne peut se faire avec des graisses ou des huiles qui forment une masse presque solide en s’unissant au mercure. Cette difficulté a été résolue en employant de la glycérine ou mieux encore de la vaseline, produit de la distillation des pétroles.

Quand on veut emmagasiner de grands volumes de gaz, on ne peut plus se servir de bouteilles en fer;

M. Cailletet emploie un récipient, formé de tubes métalliques disposés en faisceaux; ces tubes communiquent entre eux et contiennent environ quatre litres.

Grâce à cette disposition, on peut recueillir et conserver sans danger des gaz comprimés à plusieurs Fig 91.

centaines d’atmosphères.

, Il nous reste à indiquer plusieurs perfectionnements indiqués par M. Cailletet 'pour recueillir le protoxyde d’azote qui a été liquéfié dans la bouteille d’acier. Dans les anciens appareils, le gaz était condensé dans une bouteille de fer à laquelle on adaptait un tube de sortie capillaire. Quand on ouvrait la bouteille pour recueillir le liquide dans un tube de verre placé dans un second tube de verre plus large et renfermant des matières desséchantes, les gouttelettes liquides étaient emportées et dispensées de telle sorte qu’on ne recueillait qu’une très faible quantité du liquide projeté.

Pour diminuer celte perte, M. Cailletet a d’abord essayé de se servir d’un tube en

512 ENXYCLOPÉDIE CHIMIQUE.

cuivre épais dans lequel était placé une sorte d’éprouvette en verre mince (cette éprouvette n’est pas représentée dans la figure) . On évitait le contact du verre avec le métal en interposant du papier entre l’éprouvette et le cylindre de cuivre. Un ajutage AB en cuivre permettait de mettre ce tube en communication avec la bouteille renfermant le protoxyde d’azote liquéfié ; cette communication était obtenue au moyen d’un tube capillaire aa qui se vissait sur l’orifice de la bouteille. Les parties aplaties hh servaient à placer la clef de serrage.

On refroidissait cet appareil après l’avoir mis en communication avec la bouteille qui contenait le protoxyde d’azote liquéfié; le liquide distillait et venait alors s’ac-

Fig. 92. Fig- 93. Fig. 94.

cumuler dans le tube de verre. On fermait alors la clef de la bouteille et on dévissait l’ajutage AB. Ce procédé réussit assez bien avec le protoxyde d’azote, mais avec l’éthylène liquide il y aune très-grande perte, due à l’ébullition qui se produit au moment de l’ouverture de l’appareil.

J Pour obtenir un rendement plus considérable, M. Cailletet a adopté la disposition suivante. Un tube de verre de 4 millimètres de diamètre environ, recourbé à angle droit, est adapté au moyen d’un écrou à l’orifice m de la bouteille ; celle-ci est placée verticalement, l’orifice m étant tourné vers le bas. La clef c est ouverte ; le liquide est alors projeté directement sur le fond du tube destiné à recueillir le gaz liquéfié. Ce tube est placé dans une double enveloppe de verre renfermant des sub-

stances desséchantes pour éviter la condensation de l’humidité de l’air. Tout le système est refroidi au moyen d’un mélange réfrigérant.

Grâce à ce procédé, M. Cailletet a

pu recueillir presque tout le protoxyde d’azote

condensé dans les récipients, et c’est le seul dispositif qui lui a permis d’obtenir d’assez grandes quantités d'éthylène liquide.

Cette nouvelle pompe de M. Cailletet rend de très grands services aux laboratoires, car elle permet d'obtenir facilement la liquéfaction du protoxyde d’azote, de

l’éthylène et de l’acide carboniqu

e. En une heure de travail on peut obtenir

400 ou 500 grammes de protoxyde d’azote ou d’acide carbonique liquides.

Propriétés du protoxyde d’azote liquide. — Le protoxyde d’azote, ainsi liquéfié,

est incolore, très mobile et d’une

transparence parfaite. 11 s’évapore assez lente-

ment à la température ordinaire et peut être conservé pendant un temps assez long à Fétat liquide. Le tableau suivant donne, d’après Faraday, les tensions maxima

de ce coi’ps à diverses températures

, depuis — 87° jusqu’à -t- 1»,6.

Tompcratures

Tensions en atniosplières

Températures Tensions en atmosphères

Il résulte de ce tableau qu’en refroidissant à zéro le réservoir oîi est comprimé le protoxyde d’azote, il faut, pour opérer la liquéfaction de ce gaz, exercer une pression d’environ 50 atmosphères.

Le protoxyde d’azote liquide bout à — 87“,2 ; évaporé dans le vide sous le récipient de la machine pneumatique, il se solidifie en partie sous forme de neige, et une autre partie fournit des cristaux incolores et transparents. Si l’on place dans le protoxyde d’azote liquide, qui s’évapore dans le vide, un tube, fermé aux deux bouts, contenant du protoxyde d’azote liquide, ce corps se solidifie sous la forme d’une masse solide pai’faitement transparente.

Par l’évaporation, le protoxyde d’azote liquide produit un abaissement de température beaucoup plus considérable que l’acide carbonique liquide. En effet, quand on met dans du protoxyde d’azote liquéfié un tube renfermant un mélange d’éther et d’acide carbonique solide qui peut, comme on le sait, déterminer par son évaporation la solidification du mercure, ce mélange fait immédiatement bouillir le protoxyde d’azote liquide, comme le ferait un vase rempli d’un liquide chaud (Faraday). Un mélange d’éther, d’acide carbonique solide et de protoxyde d’azote liquide produit un froid considérable lorsqu’on l’évapore dans le vide. A cette température, l’alcool devient assez visqueux pour qu’on puisse renverser le tube qui le contient sans qu’il s’écoule (Despretz). Mélangé au sulfui’e de carbone, le protoxyde d’azote liquide donne un froid de 140® au-dessus de 0 ; ce froid est le plus considérable que l’on puisse obtenir.

Le coefficient de dilatation du protoxyde d’azote (contenu [dans un réservoir suffisamment résistant) entre — 5® et -t- 5“ est 0,00428, c’est-à-dire qu’il est un peu supérieur à celui des gaz ; entre 15" et 20®, il est 0,00872 ; il augmente donc avec la température.

Le protoxyde d’azote liquide, placé dans une capsule de platine incandescente, prend l’état sphéroïdal et se volatise plus lentement qu’à la température ordinaire. L’eau se congèle subitement au conlact du protoxyde d’azote liquide ; il faut éviter de verser une quantité trop considérable d’eau, parce que la solidification trop brusque du liquide produirait une explosion qui pourrait briser le tube. L’éther et l’alcool, mis en contact avec le protoxyde d’azote liquide, ne se congèlent pas, mais l’alcool devient visqueux comme on l’a vu plus haut. Les acides sulfurique et azotique concentrés prennent immédiatement l’état solide.

Le potassium, le charbon, le soufre, le phosphore, l’iode, à la température ordinaire, se conservent sans altération au contact du protoxyde d’azote liquéfié. Mais un charbon enflammé, projeté dans ce liquide, le surnage et tournoie sans cesse sur sa surface en brûlant avec une .vive incandescence. Le mercure tombe au fond du liquide et se prend immédiatement en masse; l’expérience est ordinairement disposée de manière à donner au métal solidifié la forme de longs bâtons ou de plaques qu’on peut battre et marteler comme du plomb, sans qu’il fonde, à la condition

COMPOSES OXYGÉNÉS DE l’AZOTE. 315

d'employer pour le marteler un corps mauvais conducteur de la chaleur, tel qu’un maillet de bois.

Fig. 95.

On peut donc avoir, dans une même expérience, la combustion du charbon et la congélation du mercure qui s’opèrent simultanément.

Mis au contact de la peau, le protoxyde d’azote liquéfié ou solidifié l’attaque profondément et produit sur elle l’effet d’une forte brûlure.

PROPRIÉTÉS CHIIVIIQUES.

Le protoxyde d’azote, soumis à l’action de la chaleur rouge, est décomposé en ses éléments azote et oxygène. Bien que le protoxyde d’azote soit formé avec absorption de chaleur (9 calories pour 22 grammes), il résiste cependant à l’aclion d’une chaleur modérée. M. Berthelet a cherché vers quelle température commençait la décomposition de ce gaz ; pour cela, il a chauffé au rouge sombre, vers 520”, du protoxyde d’azote renfermé dans un tube de verre scellé à la lampe. Au bout d’une demiheure, le tube fut ouvert et l’analyse a démontré que 1,5 centième du gaz environ était décomposé en azote et oxygène. Les produits de décomposition ne renfermaient pas de composés oxygénés supérieurs de l’azote.

La compression brusque du protoxyde d’azote, dans un système analogue au briquet à gaz et dans des conditions capables de faire détoner un mélange d’hydrogène et d oxygène, n’a déterminé également que des traces de décomposition du gaz. En accroissant la violence du choc, la décomposition peut devenir totale et presque instantanée. On obtient ce résultat en comprimant brusquement le protoxyde d’azote dans un cylindre d’acier au moyen d’un piston Sur la tête duquel on fait tomber un mouton du poids de 500 kilogrammes. Le gaz est ainsi porté à une haute température par cette compression subite et est complètement décomposé dans un intervalle de temps inférieur à une seconde.

ÔIO

M. Berthelet a aussi étudié l’action de l’étincelle électrique sur le protoxyde d’azote. Pour éviter toute action secondaire de l’eau él du mercure, il renfermait le gaz dans un tube scellé à la lampe et le soumettait à de faibles étincelles produites par un appareil de Ruhmkorff, mû par deux éléments de Bunsen. La décomposition s’opère rapidement et la vapeur nitreuse apparaît aussitôt. Dans l’intervalle d’une minute, un tiers du gaz était décomposé,

La partie décomposée se partage à peu près également entre les deux réactions suivantes :

AzO = Az + 0 4AzO=AzO‘-f3Az.

La présence de l’acide hypoazotique peut s’expliquer soit par Faction de l’électricité sur le mélange d’azote et d’oxygène, soit par une réaction spéciale éprouvée par le protoxyde :

4AzO = Az0‘ + 5Az.

En soumettant le protoxyde d’azote à des étincelles plus fortes (six éléments Bunsen), M. Berthelot a constaté qu’au bout de trois minutes près des trois quarts du gaz étaient décomposés en azote, oxygène et acide hypoazotique. Ces gaz se trouvaient dans le mélange dans les mêmes proportions que précédemment. En prolongeant Faction de l’étincelle, on arrive à un état d’équilibre et, à ce moment, on constate que la proportion d’acide hypoazotique formé représente environ le septième du volume final.

Actioji des me'talloïdes sur le protoxyde d'azote. — Le protoxyde d’azote se décompose au contact des corps chauds en azote et oxygène et donne un mélange de gaz plus riche en oxygène que Fair atmosphérique, il en résulte que la combustion de corps, qui peuvent brûler dans Fair, sera plus vive dans le protoxyde d’azote que dans Fair. Cette combustion ne sera cependant pas aussi énergique que dans l’oxygène pur; ce fait s’explique en remarquant que, sous le même volume, le protoxyde d’azote renferme moitié moins d’oxygène que l’oxygène pur.

Le charbon, le soufre, le phosphore, préalablement enflammés, brûlent avec éclat dans le protoxyde d’azote; il se produit dans ces différentes combustions de l’acide carbonique, de l’acide sulfureux, de l’acide phosphorique et de l’azote.

Un mélange de volumes égaux d’hydrogène et de protoxyde d’azote s’enflamme, au contact d’une bougie allumée, en pro- Fig. 96. duisantune explosion. Il [se produit dans cette réaction de l’eau

et de l’azote :

AzO-|-H = Az-t-IIO.

La même réaction se produit avec l’étincelle électrique. Si l’on fait passer un courant de protoxyde d’azote et d’hydrogène sur de la mousse de platine, légèrement chauffée, il se forme de l’eau et de l’ammoniaque :

AzO-f-4II = AzlU-+-HO.

Le protoxyde d’azote, possédant comme l’oxygène la propriété de rallumer une allumette présentant quelque point en ignition, on peut, dans certains cas, avoir à distinguer le protoxyde d’azote de l’oxygène ; il suffit, pour cela, d’introduire dans les éprouvettes qui renferment ces gaz quelques bulles de bioxyde d’azote. Avec le protoxyde, il ne se produira aucune réaction ; avec l’oxygène, il se formera imméiliatement des vapeurs, rutilantes d’acide hypoazotique. D’autre part, l’oxygène est absorbé par le phosphore à froid et par les sulfures alcalins; il n’en est pas de même du protoxyde d’azote : ce dernier gaz est d’ailleurs beaucoup plus soluble dans l’eau et dans l’alcool que l’oxygène.