MODES DE FORMATION ET PRÉPARATION

Les modes de formation de l’oxyde de carbone sont fort nombreux. Ce gaz est le produit de la combustion incomplète de toutes les espèces de charbon. La réduction de l’acide carbonique par le charbon ou les métaux, la réduction des oxydes métalliques par le charbon, l’action de la vapeur d’eau sur le charbon porté au rouge, la décomposition par la chaleur de certaines substances organiques, soit seules, soit en présence de l’acide sulfurique, etc., sont autant de moyens qui permettent de l’obtenir en grande quantité.

On emploiera pour le préparer l’un des procédés suivants :

i . Un courant d’acide carbonique est dirigé au travers d’un tube de porcelaine ou de fer contenant du charbon de bois ou du coke, et chauffé au rouge dans un fourneau à réverbère. Le gaz carbonique est transformé selon la réaction

et la transformation est totale à la condition que le courant soit suffisamment lent, ou la colonne de charbon assez longue. Le gaz carbonique double de volume en se changeant en oxyde de carbone.

On peut également réduire par le charbon l’acide carbonique combiné aux bases : c’est ainsi que la calcination d’un mélange composé défi parties de carbonate de chaux et de 1 partie de charbon fournit un abondant dégagement de gaz oxyde de carbone. Ces réactions très-simples sont utilisées industriellement : lorsque de 1 air passe au travers d’une longue colonne de charbon chauffé au rouge, il se produit dans la première portion de cette colonne une combustion complète du charbon, c est-à-dire un dégagement d’acide carbonique, lequel est réduit plus loin, de sorte qu’on recueille en définitive un mélange d’oxyde de carbone et d’azote.

M. Dumas a fait de cette expérience une étude approfondie {Comptes rendus, LXXV, p. 511), dans le but de contrôler une assertion de Dubrunfaiit, d’après lequel la réaction CO^-t-C = GO ne pourrait se produire qu’avec de l’acide carbonique hu-

I. Ou g.iZ oæÿrfc eartonijue (Berzéliiis). L.x cléiiominiilion i’acide carboneux a été proposée aussi pour l’acide oxalique (Dœbereiner).

OXYDE DE CARBONE

mide : or, M. Dumas, en s'entourant de tontes les précautions convenables, est arrivé aux conclusions suivantes :

1“ L’acide carbonique absolument sec, passant sur le charbon entièrement privé d’iiydrogène,. se convertit au rouge cerise en oxyde de carbone ;

2" Si le charbon est en excès, l’acide carbonique disparaît tout en entier et est remplacé par de l’o.xyde de carbone pur ;

- 5“ Le charbon qui n’a pas été purifié de toute ti'ace d’hydrogène par le chlore peut fournir dans ces conditions un gaz renfermant une faible dose d’hydrogène.

Voici d’ailleurs la composition des gaz recueillis aux divers intervalles de l’expérience (charbon non purifié par le chlore).

Acide carbonique.

Oxyde de carbone .

Gaz non absorbable par la potasse et iullanimable.

On voit que l’oxyde de carbone dégagé était sensiblement pur tant que la proportion de charbon s’est trouvée suffisante.

La décomposition de l’acide carbonique par le charbon est en contradiction apparente avec le principe du travail maximum. En effet, la formation de l’acide carbonique GO^ à partir du carbone amorphe dégage 48'^“',5, tandis que celle

de G-0’^ ne dégage que 28 : la réaction GO^ -i-C = 2G0 est donc accompagnée d’une absorption de près de 20*^'“'. Ce fait s’e.xplique simplement si l’on songe que l’acide carbonique est dissocié, à la température où se fait l’expéi ience, en oxygène et oxyde de carbone: c’est donc l’oxygène lui-même qui réagit sur le charbon en excès, et proiluit de l’oxyde de carbone avec dégagement de chaleur : par suite, l’équilibre existant entre les trois gaz, acide carbonique non décomposé, oxygène et oxyde de carbone, se trouve détruit, et une nouvelle proportion d’acide carbonique peut, être décomposée, de manière à reproduire le même cycle de réactions. D’ailleurs la décomposition peut être limitée par la dissociation de l’oxyde de carbone lui-même, comme nous le verrons plus loin (Berthelot, Méc. chim., 11, 452).

2. Un certain nombre de métaux réduisent l’acide carbonique, comme le fait le charbon ; c’est ce qui a lieu par exemple avec le fer chauffé au rouge : mais ici la décomposition n’est que partielle. Voici les chiffres trouvés par M. Dumas, avec un mélange de tournure et de limaille de fer, fortement chauffé et traversé par un courant très lent d’acide carbonique :

BH

PU

HQ

HU

La différence entre cette réaction et celle qu’exerce le charbon sur le même gaz s’explique aisément : dans le second cas, l’oxygène provenant de la dissociation de l’acide carbonique se trouve en présence d’nn excès de charbon, et par suite peut reproduire de l’oxyde de carbone : avec le fer au contraire, l’oxyde formé tend à régénérer l’acide carbonique, en agissant sur l’oxyde de carbone ; il se produit donc des mélanges variables de ces deux gaz.

3. L’acide carbonique peut encore être réduit de diverses façons avec mise en liberté d’oxyde de carbone : par exemple par l’hydrogène sulfuré au rouge :

C0^ + HS = C0 + S4-110

(Kôhler, Deutsch. Chem. Ges., 1878, p. SO.*)). D’après Leeds {Deutsch. chem. Ges. 1879, p. 1834), le phosphore humide réduirait lentement l’acide carbonique à froid avec production d’acides phosphoreux, phosphorique, d’hydrogène phosphoré et d’oxyde de carbone. Selon Horsford, on obtiendrait encore de l’oxyde de carbone dans la réduction lente de l’acide carbonique par un mélange de sulfate ferreux et de phosphate de soude en présence d’un peu d’eau. (Wiener Anzeiger, 1873, p. 91.)

4. Un courant de vapeur d’eau passant sur du charbon chauffé au rouge, fournit de l’oxyde de carbone mêlé d’hydrogène. Au point de vue thermique, cette réaction donne lieu à des remarques analogues à celles que nous avons présentées plus haut.

D’après Bunsen, le mélange gazeux ainsi produit contient à la fois de l’hydrogène, de l’acide carbonique, de l’oxyde de carbone, et de l’hydrogène carboné.

5. La réduction des oxydes métalliques par le charbon est encore une source d’oxyde de carbone : c’est ce qu’on peut constater par exemple en chauffant du charbon pulvérisé avec de l’oxyde de zinc :

ZnO + G = CO + Zn.

La réduction des oxydes facilement réductibles produit en général de l’acide carbonique : tel est le cas de l’oxyde de cuivre. Au contraire les autres oxydes, que le charbon ne réduit qu’à haute température, perdent leur oxygène en grande partie à l’état d’oxyde de carbone : ce qui s’explique d’ailleurs, puisque l’acide carbonique est lui-même réduit par le charbon fortement chauffé. La fabrication du fer dans les hauts fourneaux, par réduction de l’oxyde avec le charbon, donne naissance à une grande quantité d’oxyde de carbone. Voici par exemple une analyse, faite

OXYDE DE CARBONE

par Bunsen (Méth. Gazom., p. 107), d’un gaz puisé à 2 mètres au-dessus de l’ouvrage dans un haut fourneau de Scliœnstein, alimenté au charbon de bois :

Oxyde de carbone. . . 3b,84

Hydrogène. 1,29

Azote. 62.87

Ici la production d’oxyde de carbone est due principalement à la réduction de l’acide carbonique qui, formé au voisinage des tuyères où l’air est en grand excès, se trouve ensuite réduit, par son passage à travers du charbon porté à une haute température. L’oxyde de carbone ainsi formé joue un rôle essentiel, comme agent réducteur, dans la désoxydation du minerai : les gaz qui s’échappent du gueulard sont cependant encore très riclies en oxyde de carbone, à tel point qu’on utilise aujourd’hui la chaleur développée par leur combustion, soit pour chauffer l’air introduit par les tuyères, soit même pour actionner les chaudières des machines soufllantes.

6. Décomposition de l'acide oxalique. — La réaction généralement utilisée pour préparer l’oxyde de carbone pur dans les laboratoires, consiste à détruire l’acide oxalique en le chauffant avec un excès d’acide sulfurique concentré (Doebereiner). La décomposition

GHHO» =2CO*-|- 2GO-f

est favorisée par la présence de l’acide sulfurique qui s’empare de l’eau mise en liberté ; mais elle peut se produire en réalité avec le concours de la chaleur seule vers 190". La volatilisation simultanée de l’acide oxalique rendrait ce mode de préparation peu commode, tandis qu’avec l’acide sulfurique le dégagement est facile à régler : il commence à devenir rapide lorsque l’acide oxalique est à peu près complètement dissous.

On voit qu’on obtient ainsi volumes égaux d’acide carbonique et d’oxyde de carbone ; pour séparer le premier de ces gaz, on fait barboter le mélange dans des flacons laveurs à potasse, et on sècbe dans l’acide sulfurique. L’absorption de l’acide carbonique par les solutions alcalines n’est généralement pas complète quand le courant gazeux est un peu rapiiie : si donc on veut avoir de l’oxyde de carbone tout à fait pur, on le fera dissoudre dans une solution acide de protochlorure de cuivre, qui laisse échapper complètement l’acide carbonique ; en chauffant ensuite doucement cette solution, on en dégage l’oxyde de carbone, que l’on fait passer à travers un flacon laveur à eau ou à potasse, pour absorber un peu d’acide chlorhydrique entraîné ; puis on le sèche sur l’acide sulfurique.

M. Chevrier (Comptes rendus, t. LXIX, p. 138) modifie la préparation usuelle, par l’acide oxalique, en faisant passer le mélange CO et GO* dégagé de l’acide oxalique, sur du charbon chauffé au rouge : la combinaison des deux procédés permet d’obtenir, comme on le voit, une dose d’oxyde de carbone triple de celle que fournit l’acide oxalique par la méthode habituelle.

L’acide formique et beaucoup d’autres matières organiques se dédoublent en dégageant de l’oxyde de carbone :