COMPOSITION DE L'AIR

En appliquant à l’analyse de l’air les méthodes que nous venons d’exposer, on a

trouvé que l’air contient en volumes :

Oxvgène .

Azote .

et en poids :

Oxygène .

Azote .

Ces nombres résultent d’analyses faites par un grand nombre d’expérimentateurs, notamment par Gay-Lussac, Humboldt, MM. Dumas, Boussingault, Brunner, Lew, Régnault, Frankland, etc., et qui présentent toutes une remarquable concordance.

Ces analyses ont été effectuées les unes à Paris, les autres à Berne, à Genève, à Bruxelles, à Copenhague, en Amériqtie; tantôt l’air a été pris au niveau du sol, tantôt à de grandes hauteurs, et les chiffres, trouvés identiques au millième près, paraissent établir l’uniformité de constitution chimique de l’atmosphère, quant à la proportion d’oxygène et d’azote qu’elle contient.

Cependant M. Lewy a constaté que l’air recueilli sur la mer du Nord contient en poids 22,6 d’oxygène, tandis que Pair pris sur le continent en renferme 23 pour 100. M. Lewy attribue cette différence à ce que l’oxygène est plus soluble dans l’eau que l’azote, et à ce que les animaux qui peuplent les mers absorbent pour leur respiration une quantité considérable de gaz oxygène. A mesure que ces animaux s’emparent de l’oxygène dissous dans l’eau, la surface de la mer qui est en contact avec l’atmosphère lui enlève de nouvelles quantités de ce gaz.

Il peut paraître surprenant que depuis les expériences de' Gay-Lussac et de Humboldt, qui les premiers déterminèrent par des méthodes exactes la composition de l’air, c’est-à-dire depuis le commencement de ce siècle jusqu’à nos jours, on ne

AIR ATJIOSPIIÉRIQUE. 109

trouve pas de différences sensibles dans les résultats des analyses. Nous constatons cependant autour de nous des causes multiples de viciation de l’air : la respiration des hommes et des animaux, la combustion des différentes substances que nous employons pour le chauffage et l’éclairage, l’oxydation lente des matières organiques répandues à la surface de la terre doivent évidemment enlever à l’atmosphère des quantités énormes d’oxygène et lui ahandonner une proportion équivalente d’acide carbonique. D’autre part, les volcans répandent dans l’air des masses considérables de ce dernier gaz. Malgré l’immense volume de notre atmosphère, sous l’effet de ces causes incessantes de viciation, nous devrions pouvoir constater au bout d’un temps aussi long des modifications dans la composition de l’air, s’il n’existait pas certains phénomènes naturels qui ont sur les éléments de cet air une influence toute différente.

Les plantes, comme nous l’avons déjà dit précédemment, lorsqu’elles subissent l’action de la lumière solaire, absorbent de l’acide caboniqne et exhalent de

Ce fait d’une importance capitale peut être mis en évidence par une expérience très simple: il suffit d’introduire des feuilles dans un ballon qui a été préalablement rempli d’eau saturée d’acide carbonique, de retourner ce ballon dans un vase contenant de l’eau, puis de l’exposer au soleil. On voit bientôt se former à la surface des feuilles de petites bulles de, gaz, qui grossissent peu à peu et finissent par monter à la partie supérieure du ballon. Quand la quantité du gaz ainsi dégagé est en proportion suffisante, on le transvase dans une petite éprouvette, afin d’en déterminer la nature.

On constatera qu’une allumette ne présentant plus que quelques points en ignition, introduite dans ce gaz, s’y rallumera; c’est donc de l’oxygène.

Grâce à cette décomposition de l’acide carbonique par les parties vertes des plantes sous l’influence de la lumière solaire, une grande partie de ce gaz, qui par Fig. 42.

son accumulation tendrait à vicier l’atmosphère, sera donc incessamment détruite et remplacée par un égal volume d’oxygène.

Une autre portion de l’acide carbonique de l’air est en outre constamment enlevée à ce fluide par suite de sa solubilité dans l’eau. Les grandes nappes d’eau qui existent à la surface du globe et surtout l’eau de pluie dissolvent de grandes quantités de ce gaz. L’eau ainsi chargée d’acide carbonique a la propriété de pouvoir dissoudre certaines substances minérales, notamment le carbonate et le phosphate de

chaux, matières fertilisantes qui jouent un rôle important dans le développement des végétaux. Une partie de ces sels calcaires est déversée dans la mer par les fleuves et sert à la formation des coquilles sécrétées par une multitude d’animaux qui la peuplent. Ce sont ces mêmes composés calcaires qui entrent pour la plus grande part dans la constitution des polypiers, lesquels forment les îles madrépo-

nques si répandues dans l’océan austral.

Sous ces influences multiples dont les effets sur l’atmosphère sont contraires, il

peut se faire que l’air conserve une composition invariable ; mais en est-il ainsi?

ESCÏCLOI’ÉDIE CIinUQUË.

Nous ne pouvons le savoir : la masse gazeuse enveloppant la terre est tellement énorme qu’une inégalité dans les actions dont nous venons de parler, en admettant que cette inégalité existe, ne pourrait avoir une conséquence appréciable sur les proportions d’oxygène et d’azote qui le constituent qu’au bout d’un grand nombre d’années; or, l'époque à laquelle remontent les premières analyses d’air exactes est encore trop rapprochée de nous.

Bien que les faits précédents puissent très bien rendre compte de la constance observée jusqu’ici dans la composition de l’atmosphère, certains chimistes, notamment MM. Prout, Dobereiner, Falkiier, Thomson, avaient cru pouvoir expliquer cette constance en admettant que l’oxygène et l’azote de l’air sont à l’état de combinaison. 11 est facile de montrer que cette hypothèse ne saurait être admise.

D’après la loi des volumes établie par Gay-Lussac, « les gaz mesurés à la même pression et à la même tempéi’ature se combinent suivant des rapports de volumes très simples ». Or nous avons trouvé pour le rapport entre l’oxygène et l’azote contenus dans l’air atmosphérique rapport qui est loin d’être simple. Le rapport

simple qui se rapproche le plus du précédent serait ^ = |, mais les difféi’ences

entre ces nombres et ceux fournis par l’expérience sont trop considérables pour qu’on puisse admettre qu’elles résultent d’erreurs dans les analyses, étant donnée la précision des méthodes employées pour obtenir ces chiffres.

D’autre part, lorsque doux corps se combinent, on observe toujours un dégagement ou une absorption de chaleur. Rien de semblable n’a lieu lorsqu’on mélange de l’oxygène et de l’azote dans les proportions indiquées plus haut. Et cependant le fluide ainsi obtenu présente toutes les propriétés de l’air atmosphérique.

De plus, lorsqu’on réunit l’oxygène et l’azote dans la proportion de 1 du premier gaz pour 4 du second, le volume occupé par le mélange est exactement égal à la somme des volumes des deux gaz mis en présence. Or, l’air serait la seule combinaison qui serait formée de volumes inégaux de gaz unis sans condensation.

On constate en outre qu’en déterminant expérimentalement la densité de l’air, son indice de réfraction, sa solubilité dans l’eau, on obtient des nombres identiques à ceux qui peuvent être déduits des chiffres trouvés pour l’oxygène et l’azote, en tenant compte des proportions de ces deux gaz dans le mélange.

La composition de l’air dissous dans l’eau est la preuve la plus convaincante que l’on puisse invoquer pour démontrer que l’air est un mélange. En effet, si Tair était une combinaison, ce composé aurait un coefficient de solubilité qui lui serait propre, et la quantité qui se dissoudrait dans l’eau devrait contenir l’oxygène et l’azote dans les proportions trouvées pour ces gaz dans l’atmosphère. Mais si, au contraire, l’air est un mélange, mis en contact avec Teau, chacun des gaz qui le constituent doit se dissoudre comme s’il était seul et s’il possédait la force élastique qui lui appartient dans le mélange, conformément à la loi de Dalton. Le coefficient de solubilité dans l’eau de l’oxygène étant 0,041 et celui de l’azote 0,020

à 0°, d’autre part l’air contenant à peu près 1 d’oxygène et ^ d’azote, la pression

de l’oxygène sera ^ de la pression atmosphérique et celle de l’azote les ^ de

m ATMOSI'HÈIUÜUE.

cette même pression ; un litre d’eau à 0“ devra donc dissoudre g X [0, 041 d’oxygène et I x0,020 d’azote, c’est-à-dire 0'“''%0082 du premier gaz et 0‘“‘^,016 du second, ce qui nous donne en centièmes pour la composition de l’air dissous dans l’eau :

Azote . 66,1

Or les analyses de l’air extrait de l’eau ont fourni pour le rapport entre l’oxygène et l’azote qu’il contient des chiffres qui sont très sensiblement ceux trouvés ci-dessus. Ainsi donc l’air mis en présence de l’eau se comporte comme un mélange de gaz et non pas comme une combinaison.

ftUTRES SUBSTANCES CONTENUES DANS L’AIR.

Ammoniaque. — L’air renferme de petites quantités d’ammoniaque. La présence de ce gaz dans l’atmosphère s’explique facilement, car il s’en produit sans cesse dans la décomposition des matières animales à la surface du sol.

L’air contenant toujours, ainsi que nous l’avons vu, de l’acide carbonique, cet alcali ne pourra pas s’y trouver à l’état libre, mais sous forme de carbonate d’ammoniaque. 11 peut cependant s’y rencontrer aussi de l'azotate d’ammoniaque, car on sait que lorsque des étincelles électriques traversent de l'air humide, il se forme de l’acide nitrique et de l’ammoniaque; donc, au sein des nuages orageux, il y a production de nitrate d’ammoniaque.

Comme le carbonate d’ammoniaque aussi bien que l’azotate d’ammoniaque sont très solubles dans l’eau, si ces composés existent dans l’air, on devra en rencontrer dans l’eau de pluie et dans les brouillards. C’est en effet ce que l’expérience a prouvé.

Souvent même la proportion d’ammoniaque qui existe dans les eaux météoriques est très notable. Dans de l’eau recueillie le 5 janvier 1854, sur une terrasse placée entre deux jardins près de la place Royale à Paris, M. Boussingault a trouvé 3inmigr^08 d’ammoniaque par litre. M. Barrai en a rencontré à peu près la même quantité dans les eaux pluviales provenant des udomètres de l’Observatoire.

L’eau déposée par un brouillard intense qu’il fît à Paris le 23 janvier 1854 contenait par litre 138 milligrammes d’ammoniaque. M. Boussingault pense qu’une aussi forte proportion d’ammoniaque pourrait expliquer pourquoi, dans certaines circonstances, le brouillard des villes possède une odeur assez pénétrante pour affecter péniblement les organes de la respiration {Comptes rendus, t. XXXVlll, p. 249).

Ce'n’est pas seulement dans les villes que l’on a pu constater ainsi dans l’eau de pluie l’existence de l’ammoniaque. M. Boussingault a opéré loin des grands centres de population, où les nombreuses fosses d’aisance notamment doivent déverser dans l’air de grandes quantités d’ammoniaque ; il a fait de nombreuses déterminations au Liebfrauenberg du 5 août au 16 novembre. L’eau de pluie

recueillie dans cette station contenait des quantités d’ammoniaque variables de ()miiiigr^2 à 4,0o par litre : l’eau provenant de la rosée en renfermait 6"‘'“‘S‘',20 et l’eau donnée par le brouillard de 2'"‘"‘P',56 à 7,21 par litre.

Ces expériences ont montré en outre que la proportion d’ammoniaque est généralement plus faible dans les pluies abondantes comme on le voit par ce tableau :

Pour des quanlilés de pluie tombée .Ymmoniaque par litre

de o””’ à 0,ri . 2,94

(Ann. de chim. et de phys. (3), t. XL, p. 129.)

Lorsque, pendant une pluie d’une certaine durée, on recueille des échantillons de cette eau à différents intervalles et qu’on dose séparément l’ammoniaque contenue dans les différentes prises, on trouve que la proportion de ce gaz va rapidement en diminuant à mesure que l’eau provient d’une prise plus distante du moment où la pluie a commencé. Ceci résulte des chiffres ci-dessous obtenus par M. Boussingault.

Ammoniaque dans 1 litre

1'''= prise . 5,03

Indiquons maintenant comment on peut doser l’ammoniaque dans l’eau de pluie recueillie dans les pluviomètres.

Le procédé que l’on emploie ordinairement a été indiqué par M. Boussingault. Il repose sur ce fait que lorsqu’on distille de l’eau renfefmant une très faible proportion d’ammoniaque, cet alcali se retrouve en totalité dans les premiers produits de la distillation.

L’appareil dont on se sert consiste en un ballon de 2 à 3 litres de capacité, communiquant avec un serpentin en verre au moyen d’uii tube large disposé de manière qu’aucune portion du liquide du ballon ne puisse être entraînée. Il faut ajouter à l’eau contenue dans le ballon une certaine quantité d’alcali, potasse ou magnésie, pour décomposer les sels ammoniacaux qui peuvent exister dans cette eau. Lorsque le liquide condensé dans le serpentin est égal

au ^ du volume de l’eau du ballon, on en prend le litre. Le dosage se trouve ainsi ramené à un essai alcalimétrique.

A l’Observatoire de Montsouris, le dosage de l’ammoniaque dans les eaux météoriques est effectué de la manière suivante par M. Albert Lévy :

AIK ATJIOSPIlÉRIQliE. ' 115

On opère sur un demi-litre de l’eau de pluie filtrée, additionnée de d’acide sulfurique au dixième, que l’on évapore dans une capsule de porcelaine jusqu’à ce que son volume soit réduit à 30“ environ. Le produit de l’évaporation est introduit dans une petite cornue de verre; la capsule est lavée à plusieurs reprises avec une petite quantité de l’eau de pluie sur laquelle on opère, que l’on a mise en réserve avant l’évaporation, et le produit du lavage est également versé dans la cornue. Le liquide, d’abord rendu neutre par la potasse, puis additionné d’une petite quantité de magnésie, est soumis à la distillation. Les deux premiers cinquièmes du produit de la distillation sont recueillis dans une fiole contenant de l’acide sulforique titré auquel on a ajouté trois gouttes de teinture de cochenille. On titre ensuite l’acide restant ; l’ammoniaque est déduite de la différence.

Dans ces derniers temps, M. Schlœsing a entrepris un travail important sur l’ammoniaque atmosphérique. Il a remarqué que les eaux de rivière renferment des quantités relativement grandes de nitrates et très faibles d’ammoniaque, tandis que les eaux de fa mer contiennent beaucoup plus d’ammoniaque que de nitrates. Il a trouvé dans de l’eau de mer, puisée près de Saint- Yaléry-en-Caux, à d’acide nitrique par litre et de à 0“'"‘8‘',3 d’ammoniaque.

Partant de ce fait, ce chimiste pense que l’ammoniaque qui est amenée à la surface du sol par les pluies, aussi bien que celle qui s’y forme incessamment par la décomposition des matières animales, est pour la plus grande part oxydée et transformée en acide nitrique. Les nitrates ainsi produits sont en partie absorbés par les végétaux et contribuent à leur développement, et en partie entraînés par les eaux vers la mer. Ces nitrates ne s’accumulent pas dans l’Océan, puisque l’analyse n’en indique que des traces; ils sont sans doute utilisés à la végétation des plantes marines. Mais, tandis que la décomposition des êtres organisés est sur les continents une source abondante de nitre, elle deviendrait, lorsqu’elle se produit dans la mer, une source d’ammoniaque, composé éminemment diffusible, qui se répandrait dans l’atmosphère. Dans cette hypothèse, il existerait donc une circulation continue d’acide azotique et d’ammoniaque à la surface du globe ; l’acide nitrique, produit sur les continents serait entraîné continuellement vers la mer ; l’ammoniaque formée au sein des mers, puis passant dans l’atmosphère, se trouverait ramenée par les vents sur les continents. L’Océan serait ainsi un immense réservoir d’ammoniaque, car, en supposant à ses eaux un titre uniforme de de

cet alcali, on trouve, suivant M. Schlœsing, qu’à chaque hectare de sa surface correspondrait une provision de 4000 kilogrammes d’ammoniaque.

Pour vérifier cette manière de voir, l’auteur a dû étudier comment se répartissait l’ammoniaque entre l’air et l’eau, lorsque l’un ou l’autre de ces fluides, mis en présence, contenait une proportion connue de cet alcali et à une température déterminée. Nous reproduisons les conclusions auxquelles ces expériences ont conduit M. Schlœsing :

Pour une même tension d’ammoniaque dans l’air, la quantité d’alcali dissoute dans une eau naturelle, jusqu’à équilibre de tension, décroît rapidement à mesure que la température augmente.

Par conséquent, si deux nappes d’eau, l’une tiède, l’autre froide, contiennent une même proportion d’ammoniaque, l’air qui repose sur la première nappe est beaucoup plus riche en alcali que celui qui repose sur la seconde; il est donc

114 ÈKCYCLOPÉDIE CHIMIQUE.

présumable que l’atmosphère entre les tropiques est plus riche en ammoniaque que dans les zones tempérées ou froides.

Les résultats fournis par l’eau de mer et l’eau distillée sont presque identiques; cependant, pour un même titre ammoniacal, la tension est un peu plus forte dans l’eau de mer.

11 est démontré expérimentalement qu’une très petite quantité de carbonate d’ammoniaque dans l’eau de mer y possède une tension comme dans l’eau pure et peut par conséquent se diffuser dans l’air.

M. Schlœsing a constaté que la loi de Dalton, d’après laquelle la quantité d’un gaz dissous dans un liquide mis en présence de ce gaz est proportionnelle pour une même température à la pression de ce dernier, n’est pas applicable au carbonate d’ammoniaque mélangé à de l’air dans des proportions variant entre 0,25 et 1 milligramme par mètre cube. La proportion de carbonate d’ammoniaque dissous dans une même quantité d’eau diminue avec la pression. Aussi l’auteur a-t-il dû déterminer le rapport qui existe entre la quantité d’ammoniaque existant dans 1 mètre cube d’air et celle qui se trouve dans 1 litre d’eau mise en présence de cet air, pour les températures comprises entre 0" et 26“. Ces rapports sont les

suivants :

Temp.

Rapport

Temp

Ra ort

Temp

Rapport

Temp.

La connaissance de ces rapports permet de calculer le mode de partage de l’ammoniaque entre un nuage et la pluie qui s’en échappe, suivant les températures de l’air avant et après la condensation.

Supposons une masse d’air à une température T, saturée d’humidité et contenant A milligrammes d’ammoniaque par mètre cube ; si la température diminue et devient t, il en résultera la condensation d’une certaine quantité de vapeur. Soit v le volume d’eau condensée dans 1 mètre cube ; on se propose de déterminer la proportion d’ammoniaque absorbée par v et celle qui reste dans l’air.

Appelons x la quantité d’ammoniaque contenue dans le volume v d’eau; 1 litre de cette eau en contiendra ^ et l’air après la condensation de la vapeur en gardera A — X. On aura donc

r étant le rapport correspondant à la température t dans la table précédente. Donc

AIR A'rMOSl’llÉUIQÜE.

Soit par exemple :