I. CHARBON DE BOIS

1. Le charbon de bois provient de la combustion du bois eu présence d’une quantité d’oxygène limitée. On l’obtient également par la distillation sèche du bois en vase clos, opération dans laquelle on recueille les produits de la distillation, acide acétique, alcool méthydique, goudron. La carbonisation du bois peut encore s’effectuer à l’aide d’un courant de vapeur surchauffée. La calcination ou la carbonisation de la tourbe fournit un charbon du même genre.

Le bois présente à peu près la composition suivante :

Carbone. 58,5

Eau combinée. 55,5

Cendres. 1,0

Eau libre. 115,0

Le bois calciné ou incomplètement brûlé garde la forme des matériaux dont il provient : on y distingue encore les zones et les cellules des tiges. Chaque essence d’arbre produit un charbon d’aspect extérieur plus ou moins spécial ; on y retrouve les matières fixes minérales qui préexistaient dans le tissu du végétal.

La température à laquelle s’est effectuée la carbonisation influe notablement sur la nature du produit. Ainsi le bois chauffé à 280“ s’enflamme encore facilement à l’air, renferme de l’hydrogène et de l’oxygène, l’hydrogène étant en excès. A 340", on obtient un charbon renfermant déjà 77 pour 100 de carbone, et 20 pour 100 environ d’oxygène et d’hydrogène dans les rapports qui constituent l’eau ; il y a en outre un excès d’hydrogène. A 440", la proportion de carbone s’élève à 80 pour 100.

Le volume du bois diminue, pendant la calcination, d’environ 1/3. La perte de poids est très variable. Le rendement peut atteindre 28 pour 100 quand la chaleur a été ménagée, et descendre à 15 pour 100 si la température a été portée à 1200“ ou 1500". On ne peut recueillir tout le charbon contenu dans le bois à cause de la formation des produits carbonés, tels que acide acétique, oxyde de carbone, carbures, etc.

Propriétés physiques. — Le charbon de bois est noir, sans saveur ni oJeur. La densité varie de 1,45 à 2. Les charbons obtenus à haute température sont les plus lourds. Bien que sa densité soit plus grande que celle de l’eau, un morceau de bois carbonisé surnage généralement à la surface de ce liquide, en raison de l'air condensé dans ses pores. La poussière du même charbon tombe au contraire au fond de l’eau. Pour citer un exemple de l’influence de l’air condensé sur la densité, disons que la densité du charbon de peuplier en poudre étant do 1,45,. celle du même corps en morceaux exposés à l'air n’est plus que 0,24.

La porosité est très vai’iable; elle est en rapport avec la texture du bois employé. Le fusain, le saule, le peuplier fournissent des charbons très poreux, tandis que les bois durs tels que le buis, l’ébène, le chêne, dont les densités sont élevées (buis, 0,9à 1,5 ; ébène, 1,1 à 1,2 ; chêne, 0,8 à 1,17), produisent des charbons compacts. Enfin la porosité est moindre quand le charbon a été chauffé très fortement. Nous reviendrons plus loin avec détails sur les propriétés absorbantes et décolorantes des divers charbons.

On utilise souvent la porosité du charbon de bois pour régulariser l’ébullition des liquides. Les nombreuses bulles d’air qu’il renferme facilitent en effet la formation de la vapeur, comme il est aisé de le comprendre d’après les recherches de M. Cernez sur l’ébullition.

Les charbons poreux conduisent mal la chaleur et brûlent aisément : ils sont mauvais conducteurs de l’électricité. Les bois durs donnent au contraire des charbons de combustion difficile, bons conducteurs de la chaleur et de l’électzicité. On augmente la densité et la conductibilité d’un carbone en le maintenant longtemps à haute température dans des vases fermés.

D’après Holtz (Pogg. Ann., t. CLI, p. 69), les charbons de sapin et de cbarine sont diamagnetiques.

Le charbon de bois laisse apiès la combustion de 1 à 5 pour IflO de cendres. D’après Berthier, 100 parties de charbon de tilleul donnent 5 parties de résidu; le chêne, 2,5; le bouleau, 1,0; le sapin, 0,8; le charme, 2,6; le hêtre, 5,0. Los matières minérales ainsi que l’excès d’hydrogène sont presque entièrement chassés par un courant de chlore au rouge ; il reste alors du carbone à peu près pur.

Le charbon de bois ordinaire renferme une assez forte dose d’eau, de 8 à 12 pour 100, provenant de l’humidité atmosphérique.

Voici quelques réactions du charbon de bois :

La vapeur d’e.au est décomposée au rouge, soit lorsqu’on éteint sous l’eau des morceaux de charbon en combustion, soit lorsqu’on fait passer un courant de vapeur aqueuse sur des charbons chauffés au rouge dans le tube d’un lourneau à réverbère. Bunsen a trouvé à des gaz ainsi recueillis la composition suivante ;

Hydrogène. 56,05

Oxyde de carbone. 29,15

Acide carbonique. 14,65

Carbures d’hydrogène. 0,17

L’acide indique anhydre l’oxyde à 160“, en tubes scellés, avec formation d'acide carbonicpic et d’iode. (Dittc.)

CABBOKE.

L’acide chromique attaque à froid le charbon purifié par le chlore : il se produit de l’acide oxalique ; c’est une méthode intéressante de synthèse directe de ce corps.

(Berthelot, Comptes rendus, t. LXX, p. 259.)

• Le permanganate de potasse en solution alcaline oxyde également le charbon de bois et même le graphite : il se forme de l’acide oxalique, de l’acide mellique et d’autres acides non étudiés. (Schulze, Deutsch. Chem. Ces., 1871, p. 802.)

Par l’action de l’acide nitrique sur certains charbons de bois, on peut obtenir un composé noir soluble dans l’eau, l’alcool et l’éther, susceptible de se combiner , avec les alcalis, et dont la solution est précipitée par l’acide chlorhydrique ou sulfurique, ainsi que par beaucoup de sels métalliques. Ce composé renferme de l’azote, 30 pour 100 de carbone et 2 à 3 pour 100 d’hydrogène. Des résultats analogues peuvent être obtenus avec d’autres charbons. (And. Scott, Chem. News, t. XXV, p. 77.)

2. Charbon de sucre. — La carbonisation à l’abri de l’air, ou la distillation sèche d’un grand nombre de matières organiques, donnent naissance à des charbons plus ou moins pnrs. On obtient, par exemple, en chauffant du sucre dans un creuset, un carbone brillant à l’aspect métallique, cassant, et de plus fortement boursouflé, parce que la matière organique a fondu et dégagé des gaz pendant la calcination. Comme il arrive pour les charbons de bois, la substance est d’autant plus dense et d’autant plus conductrice de la chaleur et de l’électricité qu’elle a été produite à une température plus élevée. Calciné même longtemps, le charbon de sucre renferme encore des traces d’hydrogène (0,2 pour 100) et aussi d’oxygène : on achève de le purifier à l’aide d’un courant de chlore.

L’artifice suivant permet d’obtenir avec le sucre un carbone dense et compact. La première calcination étant terminée, on verse sur le produit un sirop de sucre épais et on chauffe de 'nouveau. Les pores se remplissent peu à peu de charbon, et si l’on répète plusieurs fois cette calcination en ajoutant chaque fois une nouvelle dose de sirop, on finit par préparer nne matière très dure, capable, dit-on, de rayer le verre.

Le charbon de sucre est difficilement combustible et difficilement attaquable par les réactifs oxydants.

5. Charbon métallique. — M. Sidot {Comptes rendus, t. LXX, p. 605) obtient dans les conditions suivantes nn charbon doué de propriétés remarquables : des morceaux de bois sont placés à l’intérieur d’un tube de porcelaine dans lequel on fait passer un courant de vapeur de sulfure de carbone et dont on élève graduellement la température au rouge : les espèces de bois les plus diverses (buis, frêne, lilas, sureau, liège) sont ainsi changées en un charbon dur, présentant un vif éclat métallique, bon conducteur de la chaleur et de l’électricité. Ce carbone possède une certaine élasticité, et surtout une sonorité particulière, comparable à celle des métaux. Les bois les plus durs sont ceux qui donnent les meilleurs résull^tts. L’esprit de bois et divers carbures d’hydrogène agissent aussi sur le bois

clans les mêmes conditions. Avec l’alcool méthylique, on observe aussi sur les parois du tube la formation d’un charbon très spécial, en filaments brillants, pouvant atteindre une longueur d’un centimètre environ.

4. Noir animal. — Le noir animal provient de la calcination des os en vase clos. C’est un charbon remarquable par son pouvoir décolorant.

Los os fournissent environ 60 pour 100 d’une substance noire conservant la forme primitive. Le carbone ne forme guère que le dixième du poids ; le reste est principalement constitué par du phosphate et du carbonate de chaux. Gomme tous lescbarljons provenant de la calcination des matières azotées, le noir d’os retient un peu d’azote. Les produits recueillis à la distillation constituent Vliuile animale, huile de Dippel. Pour obtenir le plus de charbon possible, on doit éviter avec soin l’accès de l’air pendant la calcination. La porosité du produit est maximum lorsque la température a été réglée de façon à éviter la fusion et l’agglutination des matières organiques dans la masse. On a soin en outre de séparer d’avance, par ébullition avec l’eau, les matières grasses qui, remplissant toutes les cavités et s’y carbonisant, rendraient le charbon compact et impropre aux usages auxquels on le destine.

La quantité de charbon contenue dans le noir varie un peu avec la nature des os employés : les os longs des membres fournissent le meilleur produit, tandis que les côtes, les vertèbres, les os du crâne donnent un noir moins riche et sont plus particulièrement propres à la fabrication de la gélatine.

La calcination de l’ivoire produit le noir d’ivoire, qui est employé comme couleur. Le noir animal ordinaire, réduit en poudre fine, peut lui-même être utilisé comme matière colorante dans l’impression des tissus : on le fixe à l’albumine.

On peut fiicilement transformer le noir animal en carbone à peu près pur, eu le lavant à chaud dans un excès d’acide chlorhydrique, de manière à dissoudre le carbonate et le phosphate de chaux. Après ce traitement, le noir ne doit laisser qu’une petite quantité de cendre siliceuse insoluble dans l’acide chlorhydrique. Cette purification lui fait perdre une grande partie de ses propriétés décolorantes : toutefois, l’emploi de ce noir lavé est indispensable dans beaucoup d’opérations où la présence de sels minéraux présente des inconvénients, par exemple dans la préparation de certains acides organiques. On peut augmenter le pouvoir décolorant du noir lavé en le calcinant avec du carbonate de potasse.

Le noir qui a servi à décolorer ou à absorber des matières organiques perd rapidement ses propriétés. Si on le calcine de nouveau, du charbon est régénéré à l’intérieur par la décomposition des matières absorbées, et la masse n’a plus la môme porosité. Divers procédés, sur lesquels nous n’insisterons pas ici, ont été proposés pour revivifier le noir animal, c’est-à-dire pour lui rendre ses facultés absorbantes (Voyez : Charbons décolorants, p. 62).

5. Noir de fumée. — Le noir de fumée est produit par la combustion incomplète des corps riches en carbone, tels que les huiles, les corps gras, les huiles de houille et de schiste, certaines essences, résines, etc. C’est sous cette forme que le carbone s’échappe de toutes les flammes carbonées éclairantes, où l’accès de l’oxygène est insuffisant pour déterminer l’oxydation complète. On vérifie aisément

CARBONE

ce lait en écrasant une llanime brillante avec une surface de porcelaine froide : il s’y dépose immédiatement du noir de fumée.

Lorsqu’on fait brûler des corps très riches en carbone, en modérant l’accès de l’air, l’extrémité de la flamme laisse donc échapper une partie du carbone non brûlé : c’est ce carbone qu’on recueille dans la préparation du noir de fumée; il est mélangé de produits empyreumatiques et d’impuretés diverses ; on en jugera par l’analyse suivante, faite par Braconnot sur un échantillon provenant sans doute de la houille et de matières résineuses.

Carbone.. 79, •!

Matière résinoïde. 5,3

Matière bitumineuse. 1,7

ülmine. 0,5

Sulfate d’ammoniaque. 0,3

Sulfate de potasse. 0,4

Sulfate de chaux. 0,8

Phosphate de chaux ferrugineux ... 0,3

Chlorure de potassium. trace.

Sable. 0,6

Eau. 8,0

On le purifie notablement par la calcination. Le noir destiné à l’impression des tissus est souvent traité de la manière suivante : On le délaye avec un peu d’acide sulfurique étendu, puis on dessèche et on calcine de nouveau. Pour faire, avec le noir de fumée, du carbone tout à. fait pur, on peut avoir recours à l’action du chlore au rouge.

Certaines matières organiques, telles que le camphre, donnent un produit particulièrement pur et brillant : les Chinois l’emploient, dit-on, à la fabrication de leur encre.

Le noir de fumée est un carbone très léger, très-finement divisé et qui, pour cette raison, est difficilement mouillé par l’eau, comme il arrive d’ailleurs avec beaucoup de substances, même solubles, quand elles sont réduites en poudre impalpable.

Son pouvoir émissif est considérable et égal à 100. Il est diamagnétique. (Holtz, Pogg. Ann., CLl, p. 69.) 11 possède des propriétés décolorantes faibles.

On l’emploie principalement à la fabrication des encres d’imprimerie, des couleurs à l’huile, de l’encre de Chine : il est aussi utilisé dans l’impression des tissus.

6. Coke. — Le coke est le produit de la calcination des charbons fossiles tels que la houille ou l’anthracite: on sait que cette opération s’effectue soit en meules, soit dans les cornues à gaz, pendant la préparation du gaz de l’éclairage. L’aspect du coke varie avec la nature des produits employés à sa préparation, et avecle procédémême de préparation. Les houilles grasses, comme celles de Newcastle, qui subissent par 1 action de la cbaleur une sorte de demi-fusion, laissent un coke un peu poreux et

boursouflé: les houilles maigres, et surtout l’anthracite, fournissent au contraire un produit conservant la forme do combustible dont il dérive.

Le coke des cornues à gaz est plus facilement combustible que celui des meules. Quand la température de calcination a été très élevée, le charbon résultant est plus dur et plus dense.

La houille fournit par la calcination de 65 à 75 pour 100 de coke.

Le coke renferme comme impuretés les matières minérales contenues dans la houille. En moyenne, il contient:

Carbone 91,5

Hydrogène 0,5

Oxygène, azote 2,1 Cendres 6,2

Certains charbons fossiles, qui contiennent beaucoup d’hydrogène et de matières volatiles, et qui pour cette raison sont très propres à la fabrication du gaz de l’éclairage, fournissent un coke exceptionnellement riche en cendres et pauvre en carbone: tel est le cas du boghead, dont le coke ne contient que 54 pour 100 de carbone, et laisse jusqu’à 66 pour 100 de cendres.

Le coke ordinaire retient en général de 2 à 5 pour 100 d’eau hygrométrique. Plongé dans l’eau, il absorbe jusqu’à 50 pour 100 de ce liquide, à la manière des charbons de bois poreux.

7. Charbon de cornue. — Les carbures d’hydrogène détruits sous l’influence de la chaleur, déposent un charbon qui dans certains cas est dur, brillant, et présente l’aspect métallique. Les gaz carbonés dégagés pendant la préparation du gaz de l’éclairage subissent une décomposition de ce genre. La partie supérieure des cornues à gaz se tapisse d’une couche de charbon qui finit par atteindre plusieurs centimètres d’épaisseur : c’est un carbone assez pur, dur, sonore, doué d’un certain éclat. Comme tous les charbons obtenus à haute température, il est bon conducteur de la chaleur et de l’électricité. Sa densité est égale à 2,556, et sa chaleur spécifique, à 0,209. Par certaines de ses propriétés, il se rapproche donc du graphite, dont il diffère d’ailleurs nettement sous d’autres rapports.

Dans l’arc électrique, il se transforme en graphite. Il brûle difficilement à l’air.

Le mélange d’acide nitrique et de chlorate de potasse l'oxyde totalement, sans formation de produits insolubles (Berthelot). L’acide iodique anhydre l’attaque vers 180“ (Ditte).

Rappelons que la synthèse de l’acétylène, par union directe du carbone et de l’hydrogène, a été réalisée au moyen de l’arc électi’ique jaillissant dans une atmosphère d’hydrogène, entre deux crayons de charbon de cornue (Berthelot) ; cette propriété n’est pas d’ailleurs spéciale à cette variété de carbone.

Le charbon de cornue a reçu deux applications intéressantes : en raison de sa dureté et de sa conductibilité électrique, il peut, mieux que toute autre espèce de cliarbon, servir d’électrode pour la production de la lumière voltaïque et former le p;île positif de la pile de Bunsen, dans laquelle il a remplacé avantageusement la lame de la platine de la pile de Grove. (Sur la conductibilité électrique du charbon

CARBONE

(le cornue, voyez Beets, Ann. Phys, und Chem. (2), t. XII, p. 65 ; Siemens, ibid., t. LXX, p. 560.

8. Un charbon très dur et bon conducteur, susceptible de recevoir les mêmes applications que le charbon de cornue, peut être préparé par la calcination d’un mélange intime de coke et de houille ; la masse est ensuite plongée dans un sirop de sucre, puis de nouveau calcinée. Ce charbon peut être aisément scié et travaillé de diverses manières.