PBÉPARATIONS INDUSTRIELLES DE L’HYDROGÈNE

M. Giffard a imaginé des appareils ingénieux pour produii’C l’hvdrogène, destiné à gonfler les aérostats. Il a préparé ce gaz soit par la réduction de la vapeur d’eau par le fer, soit par Faction de l’acide sulfurique étendu sur ce métal.

Décomposition de la vapeur d'eau par le fer. — Le principe de l'appareil est basé sur les deux réactions suivantes ;

1“ Réduction de l’oxyde de fer naturel par l’oxyde de carbone ;

t. Schobig, Kolbe's journal f kl. chem., XIV, p. 289.

HYDROGÈNE

20 Décomposition de la vapeur d’eau par le fer métallique, réduit dans la réaction précédente.

Après cette décomposition de l’eau, le fer se trouve oxydé de nouveau ; on y fait gir une seconde fois l’oxyde de carbone qui le réduit et le rend propre à décomposer les nouvelles quantités de vapeur d’eau qui lui seront fournies ; la réaction peut se continuer presque indéfiniment.

L’appareil se compose essentiellement, de deux fours cylindriques A et B. Le premier est plein de coke, le second est rempli avec de l'oxyde de fer naturel ; ces fours sont construits en briques réfractaires. Des espaces annulaires aa, bb, a' a'.

Fig. 61.

b' b' enveloppent en haut et en bas la matière concassée, coke ou minerai. Le four à minerai est muni de portes PP' qui servent à agiter la masse inférieure du minerai dans le cas où il y aurait obstruction.

On allume le coke de la chambre A à la partie inférieure ; une machine soufflante y lance de l’air par des tuyères TT'. La combustion s’effectue avec une grande énergie et la masse devient incandescente.

L’oxyde de carbone s’échappe à la partie supérieure du four à coke par l’espace annulaire aa. Il passe dans le tube H, traverse un cylindre C rempli d’une matière divisée, où il se dépouille, par fdtration, des cendres qu’il entraîne. Le gaz vient enfin, par le conduit D, à la partie inférieure de l’oxyde de fer B. L’o.xyde de carbone traverse le minerai, entrant dans sa masse par l’espace annulaire, et sortant à la partie supérieure en a' a'. L’oxyde de fer est réduit et transformé en fer métallique; l’oxyde de carbone passe à l’état d’acide carbonique qui s’échappe par le tuyau F, communiquant avec une cheminée. Cette réduction s’opère sans le secours d’aucun foyer extérieur ; l’oxyde de carbone est assez chaud pour élever au degré voulu la température du minerai ; l’expérience a même démontré que cette température tend à s’accroître considérablement et que la réaction qui s’opère, bien loin d’exiger de la chaleur, en dégage elle-même.

Quand le minerai de fer est réduit, on lait arriver de la vapeur d’eau par le tuyau E. 11 se produit de l’oxyde de fer et de l’hydrogène qui se dégage par le tube K ; le gaz se rend ensuite dans un puissant l’éfi'igérant et est desséché dans un épurateur à chaux (Tissandier, le Grand ballon captif de il/. Gif fard).

ENCYCLOPÉDIE CllIllIQUF.

Acide sulfurique et fer. — Le ballon captif de l’Exposition de 1878 a été gonflé avec de l’hydrogène provenant de l’action de l’acide sulfurique sur la tournure de fer,

FeH-S0% HO = FeO, SO^ + H.

Le sulfate de fer, qui se produit dans la réaction, étant peu soluble dans les liqueurs acides, se dépose en cristaux sur le métal et le préserve du contact de l’acide. Pour obtenir un dégagement abondant et continu de gaz, il est donc nécessaire d’éliminer le sulfate de fer au fur et à mesure de sa production et de mettre sans cesse en présence de nouveaux éléments de préparation de riiydrogène.

Ce gaz pi’end naissance dans le générateur A qui est la pièce essentielle du système. La tournure de fer est introduite à l’aide d’un plan incliné K que l’on peut faire basculer à volonté. Elle tombe dans le large conduit C, disposé comme le gueulard d’un haut fourneau et mis à l’abri de l’air extérieur par une fermeture hydraulique que l’on soulève au moment du remplissage à l’aide d’une corde enroulée dans la gorge d’une poulie.

La tournure de fer remplit l’intérieur du vase A jusqu’à une plaque inférieure

HYDROGÈNE. 165

leur indiquant constamment le niveau du liquide. L’acide est conduit ensuite dans un vase oblong a par un tube inférieur, munid’un robinet doré pour éviter l’action corrosive de l’acide employé. L’eau est amenée dans un vase semblable b. On règle mécaniquement l’écoulement de l’acide et de l’eau; les deux liquides se mélangent dans le cylindre II, muni de chicanes, et se rendent à la partie inférieure du vase producteur A. La dissolution de sulfate de fer s’écoule par un tube siphon Mdans le caniveau L et, de là, dans le baquet N. L’hydrogène produit se dégage par le tube M et se rend dans le laveur R en passant à travers une série de tubes percés de trous et immergés dans l’eau. On le dessèche dans un cylindre S, rempli de chaux vive; je gaz est ensuite amené par un conduit dans le récipient E et se rend dans la cloche V, munie d’un système ingénieux qui permet d’en assurer le débit. L’hydrogène se dégage enfin par le tube ret peut être emmagasiné soit dans un gazomètre, soit dans l’aérostat R

L’hydrogène a encore été préparé industriellement pour la production du gaz à l’eau jiar l’action de la vapeur d’eau sur le charbon ou le coke chauffés au rouge. Nous avons décrit précédemment les différentes phases de celte réaction.

Charbon et chaux. — MM. Tessié du Motay et Maréchalîpréparent* l’hydrogène, employé dans la lumière oxhydrique, en chauffant au rouge de la chaux éteinte et du charbon (coke, charbon de bois, anthracite, etc.). Le mélange d’hydrogène et d’acide carbonique ainsi obtenu est dirigé sur de la chaux on sur des carbonates, capables de former des bicarbonates. L’hydrogène est recueilli au sortir de l’appareil et peut être utilisé pour le chauffage et l’éclairage. Quand l’opération est terminée, la chaux est hydratée de nouveau par la vapeur d’eau et peut servir à une nouvelle préparation de l’hydrogène. La réaction est exprimée par la formule suivante :

2(GaO, HO);-t-C=2GaOH-CO^-+-2H.

L’hydrogène peut enfin être obtenu en dirigeant sur de la chaux, portée au rouge cerise, les carbures d’hydrogène provenant de la distillation du charbon de terre. Il se forme ainsi du carbonate de chaux et de l’hydrogène qui peut être recueilli dans des gazomètres®.

Applications industrielles de l’hjdrogène. — Les applications industrielles de l’hydrogène sont encore très restreintes, nous n’en citerons que les suivantes :

Chalumeau à gaz oxhydrique. — La haute température produite par la combustion de l’hydrogène dans l’oxygène a été utilisée pour opérer la fusion des substances les plus réfractaires telles que le quariz et les métaux du groupe du platine.

Les appareils, employés pour cet usage, portent le nom de chalumeaux à gaz oxygène et hydrogène.

Autrefois, les gaz étaient comprimés (dans la proportion de 2 volumes d’hydrogène pour 1 volume d’oxygène) dans un récipient en laiton, à parois extrêmement

t. Tissandier, Ix grand ballon captif de M. U- Gif fard.

2. Tessié du Motay et Maréchal, Bulletin de la Société chimique, t. IX. p. 354. — Deutsche chemischcGcsellschaft, t. III, p. 901 (1870), n»!?.

166 ENCYCLOPÉDIE CHIMIÜÜE.

résistantes. Le mélange s’échappait ensuite par un ajutage à robinet et traversait les mailles d’un grand nombre de toiles métalliques, placées dans/un tube de très petit diamètre. Ces toiles, étant très conductrices, refroidissaient la flamme et l’empêchaient de rétrograder dans l’intérieur de l’appareil (chalumeau de Newmann).

Il est plus prudent d’employer le chalumeau à gaz séparés de MM. H. Sainte-Claire Deville et Debray.

Cet appareil se compose d’un tube de caoutchouc de quelques millimètres de diamètre intérieur, terminé à l’une de ses extrémités par un tube de cuivre E très étroit et recourbé, portant un bout en cuivre B. Une garniture en cuivre D ferme

Fig. 03.

l’autre extrémité de l'appareil ; les gaz arrivent par les' tubulures H et O, munies de robinets. La tubulure 0, par laquelle arrive l’oxygène, s’engage jusqu’en 0' dans l’intérieur du tube où circule l’hydrogène et elle est terminée par un tube de caoutchouc qui s’adapte à un cylindre 0", intérieur au tube effilé E.

Le mélange des gaz s’elfectue dans l’intérieur du tube capillaire E ; le bout de cuivre B sert à refroidir les gaz dans le voisinage de l’extrémité et à empêcher la combustion de se propager à l’intérieur. Si cet incident se produisait, la quantité de mélange enflammé serait trop petite pour déterminer la rupture du cylindre de cuivre.

Pour faire fonctionner l’appareil, on commence d’abord par expulser l’air au moyen d’un courant d’hydrogène. Ce gaz est ensuite enflammé à l'extrémité B. Si le robinet de la tubulure 0 est alors ouvert, l’oxygène arrive et donne plus d’éclat à la flamme.

La combustion se fait sans bruit quand les gaz sont mélangés dans la proportion convenable. Avec un excès d’hydrogène, la flamme souffle et est rouge; elle siffle au contraire quand l’oxygène domine.

Pour opérer la fusion du platine, MM. Deville et Debray plaçaient ce métal dans une cavité pratiquée dans un morceau de chaux vive et dirigeaient dessus la flamme du chalumeau. L’orifice B était placé à 3 ou 4 millimètres du métal à fondre, car c’est à cette distance que la chaleur est la plus forte.

Dans les mêmes conditions, l’or, l’argent, fondent et se volatilisent avec rapidité en donnant des vapeurs bleuâtres qui produisent une épaisse fumée par leur condensation dans l’air.

La fonte, exposée à la flamme oxhydrique, perd peu àpeu son carbone qui passe à l’état d’acide carbonique, et elle se transforme en un fer ductile et malléable. Si l’on augmente peu à peu la proportion d’oxygène, ce fer brûle en lançant de tous côtés de belles gerbes de feu (M. H. Deville).

HYDROGÈNE

Dans ces expériences, il est plus économique de substituer le gaz d'éclairage à i’iiydrogène, mais l’emploi de ce dernier gaz est nécessaire pour opérer la fusion de l’iridium et du ruthénium.

Lumière Drummond. — La flamme du gaz oxhydrique, dirigée sur un morceau de craie ou de chaux, prend un éclat extraordinaire qui peut être comparé à celui de la lumière électrique.

Un grand nombre d’expérimentateurs ont cherché à utiliser pour l’éclairage cette lumière, dite de Drummond, du nom du chimiste anglais qui l’a obtenue pour la première fois.

Les crayons de chaux, employés par Drummond, présentent l’inconvénient de se déliter et d’éclater souvent, surtout par le refroidissement; aussi ne peuvent-ils être utilisés pour un service de longue durée.

On a essayé successivement des mélanges de chlorure de magnésium et de magnésie faits en proportion convenable (Cai-levaris), des disques de magnésie, des crayons cylindriques formés de magnésie et de charbon (Tessié du Mofay). Ces crayons et disques se creusent et se brisent au bout d’un certain temps. Les fils de platine, introduits dans la flamme du gaz oxhydrique, ne tardent pas de même à se désagréger et à se briser.

Les crayons de zircone résistent plus longtemps que ceux de magnésie et fournissent une lumière plus éclatante ; mais leur prix trop élevé met un obstacle à leur emploi.

La lumière Drummond est surtout utilisée comme source de lumière intense dans les cours de physique pour projeter des objets ou dessins sur un tableau au moyen d’une série de lentilles; elle a été de plus appliquée à l’éclairage des microscopes dits microscopes à gaz.

Gaz à Veau. — Ona fait un grand nombre de tentatives pour utiliser la flamme de l’hydrogène à l’éclairage des villes. Le procédé, employé pour la production du gaz, consistait essentiellement à décomposer la vapeur d’eau par le coke ou le charbon de bois, chauffés au rouge dans des cornues de terre ou d’argile ; l’acide carbonique, produit dans la réaction, était absorbé par la chaux. Le gaz, ainsi purifié, était rendu éclairant en introduisant dans la flamme un réseau de fils minces de platine (Gillard). Ce procédé donnait un éclairage très agréable par suite de l’immobilité complète de la lumière, la rayonnement étant dû à un corps solide porté au rouge blanc et non à des particules de carbone, sans cesse en mouvement, comme cela se produit dans le combustion des gaz carburés. Le gaz ainsi obtenu était inodore, brûlait sans produire de noir de fumée et possédait un pouvoir éclairant supérieur à celui de la houille ; malgré tous ces avantages, il a cependant été abandonné parce que l’hydrogène préparé par la décomposition de la vapeur d’eau par le charbon renferme toujours de l’oxyde de carbone qui est très vénéneux, et comme ce gaz est inodore, rien n’avertit d’une fuite dans les tuyaux ou dans les appareils ; de plus, l’hydrogène possédant un coefficient de diffusion ti’ès élevé traverse facilement les joints et les fentes des tuyaux de conduite.

On a encore essayé d’augmenter le pouvoir éclairant de l’hydrogène en imprégnant ce gaz de vapeurs riches en carbone ; le gaz préparé comme précédemment

ENCYCLOPÉDIE CHIMIQUE, était dirigé soitdans des hydrocarbures liquides (pétro'e, benzine, etc.), soit dans des cornues renfermant des matières en cours de distillation, susceptibles de fournir un gaz éclairant (bouille, schistes, résines, etc.). Parmi les nombreux procédés qui ont été indiqués pour la carburation du gaz hydrogène, il n’en est aucun dont l’usage se soit beaucoup répandu jusqu’à présent.

Soudure autogène. — M. Desbayssins de Ricbemond a utilisé la flamme de l’hydrogène, alimentée par de l’air, pour souder les métaux sans l’emploi d’alliages.

Son appareil se compose: d’un chalumeau aérhydrique, d’unsoulletà air et d’un appareil à production continue d’hydrogène.

La forme du chalumeau aérhydrique est très peu différente de colle du chalumeau à gaz oxhydrique qui a été décrit précédemment. Ce chalumeau peut être mis, au moyen de tubes en caoutchouc, en communication avec le soufflet à air et avec la source d’hydrogène.

L’appareil, destiné à la production de ce gaz, est en cuivre doublé de plomb intérieurement ou simplement en plomb épais. 11 se compose de deux réservoirs A et B superposés et réunis par un tube de plomb T qui paît du réservoir supérieur et plonge dans le réservoir inférieur B.

Le réservoir B porte un faux fond K K' muni de trous; ce fond est destiné à supporter le zinc qui est introduit par une ouverture c dont la largeur est de 10 centimètres environ.

Pour faire fonctionner l’appareil, on commence par introduire le zinc et l’on ferme hermétiquement l’ouverture C par une plaque métallique. L’acide sulfurique, étendu de 8 à 9 fois son volume d’eau, est introduit par l’ouverture i, descend par le tube T et attaque le zinc.

Fig. 64. Dans la chambre d qui renferme de l’acide sulfurique

étendu, l’hydrogène est desséché et débarrassé du sulfate de zinc qu’il a pu entraîner ; il se dégage ensuite par l’orifice 0. Le chalumeau est, à ce moment, mis en communication avec le soufflet à air et avee l’appareil à hydrogène

Quand l’air est complètement expulsé, le gaz est enflammé à l’extrémité du chalumeau et on fait arriver l’air du soufflet. L’ouverture des robinets est réglée de manière à obtenir une flamme convenable. Pour sondei' deux lames de plomb, il suffit de rapprocher leurs bords bien grattés et de diriger sur eux le feu du dard du chalumeau ; on promène en même temps dans la flamme une petite tige de plomb qui ajoute de la matière aux bords fondus des plaques.

Le dégagement d’hydrogène s’arrête par la fermeture du robinet 7’; l’acide contenu dans le vase B continue d’attaquer le zinc. Le gaz, ne trouvant plus d’issue pour se dégager, force le liquide à remonter par le tube T et remplit la chambre A. L’action s’arrête donc, le métal n’étant plus en contact avec l’acide.

Pour recueillir le sulfate de zinc produit dans la réaction, il suffît d’ouvrir un ajutage placé à la partie inférieure de l’appareil. Le liquide s’écoule dans des réci- IHents en cuivre ou en tôle doublés de plomb.

HYDROGÈNE. 169

La soudure autogène rend de très grands services aux fabriques d’acide sulfurique. Elle permet de construire complètement en plomb des chambres qui sont beaucoup plus grandes et plus durables que celles que l’on obtenait autrefois avec la soudure des plombiers. Cette soudure (2 de plomlj, 1 d’étain) est exposée à se gercer et elle est plus facilement attaquée que le plomb par les agents chimiques.

Le chalumeau aérhydrique est encore employé pour construire et réparer de nombreux ustensile en plomb : cristallisoirs à borax, sulfate dé cuivTe, alun; cuves, chauffées par des spirales à vapeur et retour d’eau, chez les fabricants d’acide stéarique ; cornues, récipients, bassins à fabriquer et à faire réagir l’acide fluorhydrique, etc. L

Citons encore, parmi les applications de l’hydrogène, l’usage qu’on en fait pour remplir les petits ballons en caoutchouc et en baudruche (pellicules d’intestins amincis à l’aide de dissolutions étendues de potasse ou de soude) qui sont employés comme objets d’amusement. Les aérostats qui doivent s’élever à des hauteurs considérables sont de même gonflés avec ce gaz ; pour les cas ordinaires, le gaz d’éclairage suffit. Ce dernier gaz possède, il est vrai, une densité six fois plus considérable que celle de l’hydrogène, mais il est obtenu plus économiquement et traverse plus difficilement les enveloppes.

Hypothèse de Prout. — L’hydrogène a été pris comme unité des équivalents et des poids atomiques à la suite delà remarque faite par Prout que les poids atomiques d’un grand nombre de corps étaient divisibles par 12,50 (équivalent de l’hydrogène rapporté à 100 d’oxygène). Prout émit alors l’idée que les poids atomiques de tous les corps simples sont des multiples exacts du poids atomique de l’hydrogène.

Cette hypothèse était séduisante, car elle conduisait à Punité delà matière, tous les corps simples devenant des polymères de l’hydrogène. A l'époque où elle fut émise, il était difficile d’en démontrer l'exactitude ou la fausseté, à cause de l’imperfection des méthodes analytiques que l’on possédait alors ; le poids atomique de l’hydrogène étant très petit relativement à celui des métaux lourds, on ne pouvait savoir si les différences observées étaient réelles on dues à des erreurs d’expérience.

Les recherches de M. Stas sur les rapports réciproques des poids atomiques, faites avec une précision extraordinaire, ont démontré qu’il n’existe pas de commun diviseur entre les poids dos corps simples qui s’unissent pour former toutes les combinaisons définies. Si l’on veut s’en tenir à l’expérience, on doit donc regarder la loi de Prout comme une pure illusion et considérer les corps indécomposables de notre globe comme des êtres distincts n’ayant aucun rapport simple de poids entre eux. L’analogie incontestable de propriétés, qu’on observe dans certains éléments, doit être recherchée dans d’autres causes que celles qui dérivent du rapport de poids de leurs masses agissantes

1. Payen, Chimie indusirielle, revue par Vincent, t. I, p. 547.

2. Stas, liecherches sur les rapports re'ciproçjucs des poids atomiques.

EAU

Par M. E. BOURGOIE3

Professeur à l’École de pharmacie