CHAPITRE PREMIER

PRÉPARATION DES GAZ. MANIÈRES DE LES RECUEILLIR, DE LES CONSERVER, DE LES TRANSVASER, ETC.

§ 1.- Historique

Ce n'est pas ici le lieu cle retracer l’histoire des principales decouvertes relatives aux gaz. Nous voulons seulement rappeler en peu de mots comment ont été imaginés les appareils propres à recueillir et à manier les fluides aériformes. Ces procédés actuellement en usage paraissent aujourd’hui tellement simples qu’il semble qu’on les ait toujours connus ; et cependant, pour ne citer qu’un exemple, cette disposition élémentaire, qui consiste à conduire sous l’eau, à l’orifice d’une éprouvette renversée, le gaz dégagé dans une cornue, était encore inconnue au milieu du XVII e siècle.

On s’était servi, pour recueillir l’acide carbonique, de vessies adaptées au col des ballons ou matras dans lesquels avait lieu le dégagement. C’est ainsi que Wren, en 1664, récolta le gaz dégagé des matières en fermentation : à la même époque, Ilook produisait et recueillait de la même manière l’acide carbonique formé par l’action de l’acide nitrique sur le carbonate de chaux des coquilles d'huîtres.

L’une des premières expériences où il soit question d’une méthode propre à la récolte d’un fluide aériforme est due à Boyle et date de la fin du XVII' siècle : il s’agit du gaz hydrogène, produit par l’action de l’acide sulfurique sur le fer. Voici ce passage [Philosophical Works of Boyle, publiés par Shaw, en 1738) :

« Un petit matras de verre, de la capacité de trois onces d’eau et pourvu d’un long col cylindrique, est rempli d’environ parties égales d’huile de vitriol et d’eau commune. Après y avoir jeté six petits clous de fer, nous fermons aussitôt l’ouverture du vase parfaitement plein, avec un morceau de diapalme, et nous plongeons le col renversé dans un autre vase renversé d’une plus grande capacité et contenant le même mélange : aussitôt nous voyons s’élever dans le vase supérieur, des bulles aériformes qui, en se rassemblant, dépriment l’eau dont elles prennent la place. Bientôt toute l’eau du vase supérieur est expulsée, et remplacée par un corps qui a tout l’aspect du lait. Ce corps est produit par l’action du liquide dissolvant sur le fer. »

Le gaz ainsi recueilli est donc l’hydrogène; on sait d’ailleurs que Boyle n’a nullement constaté sa nature élémentaire : il ne voyait dans son expérience, si

importante d'ailleurs dans l’histoire des méthodes gazométriques, qu’un procédé pour produire artificiellement un fluide élastique ayant les propriétés de l’air commun.

Peu d’années après, Mayow reproduisait la même expérience en se servant d’une disposition analogue : il remplit entièrement un petit flacon avec de l’esprit de nitre mélangé d’eau, y introduit quelques globules de fer, et renverse ce flacon sur l’eau en évitant de laisser sortir le fer ; il voit alors un fluide aériforme s’amasser peu à peu au sommet du flacon dont l’eau est chassée par le gaz : ce gaz était ici du bioxyde d’azote impur que Mayow semble confondre avec l’hydrogène; il a d’ailleurs obtenu celui-ci en remplaçant, dans l’expérience précédente, l’esprit de nitre par l’huile de vitriol, et a deviné que le gaz ainsi dégagé n’est pas de l’air ordinaire, bien qu’il en ait l’élasticité.

Une disposition toute semblable à celle de Boyle et de Mayow a été employée vers la même époque par Jean Bernoulli (1667-1748), qui démontra l’existence d’un gaz dans la craie, et recueillit ce gaz en se servant d’un gros tube bouché plein d’eau acidulée et renversé sur une cuve contenant lé même liquide : on introduisait sous l’extrémité renversée de l’éprouvette un petit morceau dff craie, et les bulles de gaz en se dégageant déplaçaient le liquide du tube.

C’est à Haies, membre de la Société Royale de Londres (né en 1677, mort en 1761), qu’on doit le premier appareil permettant de récolter les gaz sur l’eau. La figure 1 (1) donne une idée de cet appareil : la forme de nos éprouvettes (1) Nous empruntons cette figure à l ’Histoire de la chimie, de M. Hocfer.

ne ressemble plus guère au récipient suspendu que reproduit ce dessin ; mais le principe est, comme on le voit, exactement le même que dans nos procédés actuels ; le tuyau recourbé, adapté à la cornue était en plomb : c’est ce tuyau, faisant communiquer le vase où se dégage le gaz avec le vase où on le recueille qui constitue la partie importante de l’invention de Haies. Les gaz qu’il a ainsi recueillis [Vegetable staticks, or an account of some statical expérimenta on the sap, etc., 1727 ; traduit en français par Buffon sous le titre : Statistique des végétaux), et qu’il obtenait en chauffant diverses matières végétales ou animales, sont assez nombreux : hydrogène, éthylène, formène, acide carbonique, acide sulfureux, azote, oxygène ; il n’a d’ailleurs reconnu la nature d’aucun de ces corps, et les a envisagés comme de l’air atmosphérique modifié par la présence de particules diverses qui lui communiquent certaines propriétés, telle que l’inflammabilité, etc. (1).

Avec Priestley, l’art de récolter le gaz fit d’importants progrès. Il a décrit une cuve à eau de forme commode, désignée sous le nom de pneumato-chimique. C’est aussi lui qui eut l’idée de recueillir les gaz sur le mercure; cette heureuse modification devait lui permettre plus tard d’isoler plusieurs gaz solubles dans l’eau, tels que l’acide sulfureux, l’acide chlorhydrique, l’ammoniaque.

Lavoisier, dans son Traité élémentaire de chimie, a consacré un chapitre à la description des appareils gazométriques, et aux méthodes de mesure du poids et du volume des substances aériformes. Voici quels étaient à l’époque de l’illustre chimiste, les principaux procédés employés dans les manipulations des gaz.

La cuve à eau, qui est celle de Priestley, ne présente rien de bien particulier, et rappelle beaucoup celles qu’on trouve encore dans nos laboratoires. Pour recueillir les gaz, Lavoisier se sert de cloches de cristal : il les conserve ou les transporte d’un appareil à l’autre, sur des plateaux garnis de rebords, et munis de deux anses. La cuve à mercure est construite en marbre, et sa forme est également peu différente de celle de nos cuves actueües ; il y manque cependant les trous profonds pour enfoncer les tubes gradués, et les rainures destinées à recevoir l’extrémité des tubes amenant les gaz. La figure 2 montre comment on disposait la cloche et la cornue dans une préparation de gaz.

Pour opérer sur le mercure, Lavoisier conseille de se servir de cloches épaisses et d’un petit diamètre, ou de tubes de cristal élargis par le bas: ce sont ces tubes qu’on appelait alors des eudiomètres.

(1) Peu d’années avant, Moitrel d'Élément avait indiqué les procédés convenables pour manier et transvaser les gaz dans l’eau, comme on transvase les liquides dans l’air. Il a décrit, en effet, dans une brochure publiée en 1719, diverses expériences Sur la manière de rendre Pair visible par l'eau, etc. ; Sur la manière de mesurer l’air par pintes, ou telle autre mesure qu'on voudra, pour faire voir que l’air est une liqueur que Von peut mesurer comme les autres liqueurs.

Lavoisier a également imaginé un appareil nommé par lui gazomètre, et destiné dans le principe a fournir un courant régulier de gaz oxygène pour des expériences de fusion. Cet appareil, qu’il serait trop long de décrire ici, consiste essentiellement en une cloche ou réservoir d’air plongeant dans un vase cylindrique rempli d’eau ; le sommet de la cloche est suspendu à une chaîne fixée à l’extrémité d’un fléau de balance ; l’autre extrémité du fléau porte un plateau sur lequel on place des poids ; par un mécanisme facile à saisir, la cloche s’enfonce plus ou moins et laisse sortir par un tuyau le gaz qu’elle renferme : une disposition ingénieuse permet de mesurer le débit ; cet appareil en somme diffère peu de ceux que nous employons aujourd’hui pour conserver l’oxygène.

Après avoir décrit les procédés convenables pour graduer les cloches et autres appareils de mesures, les corrections à faire aux volumes observés pour les changements de pression et de température, les méthodes de mesure de la densité des gaz, Lavoisier donne aussi le résumé d’une méthode générale pour séparer les unes des autres les différentes espèces' de gaz : il conseille d’abord de faire agir sur le mélange gazeux placé dans une cloche sur la cuve à mercure, de l’eau en petite quantité ; ce qui détermine l’absorption des gaz acide sulfureux, acide muriatique et ammoniaque; si l’on n’observe qu’une faible absorption on peut soupçonner la présence de l’acide carbonique ; on le vérifie au moyen de l’alcali caustique ; après chaque absorption successive, on a soin de coller sur la cloche des marques en papier que l’on vernit ensuite pour les protéger contre l’action de l’eau ; à l’aide de ces repères, on pourra déterminer ultérieurement les volumes successifs de gaz absorbés. Ces absorptions terminées, on remplace par de l’eau le mercure qui remplit la cloche, on la transporte sur la cuve à eau et on puise plusieurs échantillons du gaz restant pour le soumettre à diverses épreuves, voir s’il est inflammable, s’il entretient la combustion ou s’il l’empêche, s’il brûle avec explosion, s’il donne des vapeurs rouges avec le bioxyde d’azote, etc. ; pour doser l’oxygène, on peut employer le sulfure de potassium qui absorbe lentement ce gaz ; pour doser l’hydrogène, on a recours à la combustion dans l’eudiomètre de Volta, et on vérifie s’il s’est formé de l’acide carbonique, ce qui démontre la présence du carbone dans le gaz brûlé; enfin le gaz nitreux (bioxyde d’azote), est approximativement dosé parle changement de volume qu’y produit l’addition d’oxygène (l).

On voit que tous ces procédés sont à bien peu de chose près, ceux auxquels on a recours encore aujourd’hui. Lavoisier, d’ailleurs, prévoit, avec sa sagacité ordinaire, les difficultés qui peuvent se rencontrer dans l’analyse des mélanges gazeux complexes; car il ajoute: « Ces exemples généraux suffisent pour donner une idée de ce genre d’opération. Un volume entier ne suffirait pas si l’on voulait prévoir tous les cas. L’analyse des gaz est un art avec lequel il faut se familiariser; mais comme ils ont la plupart de l’affinité les uns avec les autres, il faut avouer qu’on n’est jamais sûr de les avoir entièrement séparés. » Malgré lespro-

(1) Cette méthode d’analyse est due à Priestley, qui se servait du bioxyde d’azote pour déterminer la pureté de l’air ; il dit avoir ainsi observé des différences entre la composition de l’air ordinaire et celle de l’air où s’étaient accumulés les produits de la respiration. Priestley u’a pu d’ailleurs donner l’explication de cette réaction, puisqu’il a toujours méconnu le rôle de l’azote dans l’air atmosphérique.

grès des méthodes analytiques, nous pouvons encore aujourd’hui faire les mêmes restrictions.

§ 3. — Récolte des ga*

i. Les appareils, destinés à récolter les gaz sont de formes très variées, îelon les circonstances et les milieux divers dans les¬

quels ces gaz doivent être recueillis.

L’opération est des plus simples, lorsqu’il s’agit de puiser de l’air ou tout autre gaz remplissant une cavité facilement accessible. Si l'on veut récolter un faible volume de gaz, on se sert de tubes de verre dans lesquels on a fait d’avance le vide aussi complètement que possible, à l’aide de la pompe de Sprengel. Ces tubes portent un étranglement capillaire (fig. 3) qu’on scelle au chalumeau, lorsque le vide est produit : il est bon de laisser à la pointe effilée une longueur de 2 ou 3 centimètres. On casse cette pointe dans l’espace où l’on veut recueillir le gaz, et lorsque le tube est rempli, on referme la pointe effilée «à l’aide du chalumeau, ou simplement en plongeant la pointe dans la flamme d’une lampe à alcool. Pour transporter sans accidents de pareils tubes, il suffit de protéger la pointe effilée en la coiffant avec un bouchon de liège.

On peut également employer des tubes munis d’un bon robinet de verre (fig. 4). Ces robinets, lorsqu’ils sont bien construits, sont aussi hermétiques qu’un tube scellé : il faut seulement veiller à ce que la mince couche de suif dont on enduit la clef du robinet, forme, lorsque la clef est enfoncée, une surface continue, sans fissures et bien transparente.

Pour recueillir de plus grandes quantités de gaz, on emploie généralement des ballons sur le col desquels on a mastiqué une garniture métallique terminée par un

Fig. 3.

robinet (fig. ü).

Le meilleur appareil pour faire un vide complet dans de tels tubes ou ballons,

est la pompe de Sprengel (fig. 6); mais l’opération est fort longue, lorsqu’il s’agit d’épuiser des volumes un peu considérables; on l’abrège en faisan, d'abord le vide aussi complètement que possible à l’aide d’une trompe a eaut ou d’une machine pneumatique : la machine à glace de Carré est le plus

simple et le moins coûteux des appareils de ce genre; elle permet, en peu d’instants, de faire le vide, à 1 ou 2 millimètres près, dans des ballons de plusieurs litres.

Dans le cas où l’on ne dispose pas d’une machine assez efficace pour faire le vide complètement, on a soin de noter la pression à laquelle le tube a été fermé.

et on tient compte, dans l’analyse ultérieure, de la petite quantité d’air qui est restée dans le tube.

Il est important de sécher avec grand soin l’intérieur des tubes ou ballons : le procédé le plus commode pour achever la dessiccation des parois intérieures du verre, consiste à faire le vide, puis à laisser rentrer de l’air sec, et à répéter ces deux opérations un certain nombre de fois.

Quelquefois encore on se sert de tubes à deux robinets, dans lesquels il est inutile de faire le vide (fig. 7) : On ouvre les deux robinets, et, à l’extrémité de l’un, on ajuste un appareil aspirateur (au besoin, on se sert d’une poire en caoutchouc, ou même on aspire avec la bouche). L’air contenu dans le tube se trouve ainsi balayé et remplacé par le gaz; on ferme ensuite les deux robinets. Par un procédé analogue, on peut remplir des ballons à col étranglé, dont on aspire l’air par le moyen d’un tube plongeant jusqu’au fond du ballon. Après un nombre d'aspirations suffisant tout l’air se trouve remplacé par le gaz ambiant; on retire doucement le tube, on ferme avec un bouchon le col du ballon, et on scelle à la lampe l’étranglement: pendant le chauffage, il faut soulever légèrement le bouchon, de manière à empêcher une augmentation de pression capable de produire une soufflure à l’endroit où le verre se ramollit.

Dans beaucoup de cas, lorsqu’on se propose seulement le dosage d’un gaz existant en très petite quantité dans un mélange, il est inutile de recueillir le mélange lui-même. On se sert alors d’un aspirateur débitant un volume d’eau ' connu, et aspirant un égal volume de gaz : ce gaz circule dans des tubes contenant des réactifs appropriés, dont on peut déterminer l’augmentation de poids, ou sur lesquels on effectue des titrages convenables : ces dispositions bien

connues sont employées, par exemple, au dosage de l’acide carbonique, de la vapeur d’eau, de l’ozone dans l’air, etc.

La figure 8 représente une disposition de ce genre (dosage de l’acide carbo-

nique et de la vapeur d’eau dans l'air). L’aspirateur le plus généralement employé est un vase de tôle A de 50 ou 100 litres entièrement rempli d’eau; la tubulure inférieure R est garnie d’un tube à robinet dont l’extrémité est recourbée pour empêcher la rentrée de l’air pendant la sortie de l’eau. Un tube t amène les gaz aspirés: ce tube plonge jusque vers le fond du vase, de sorte que l'écoulement se fait, comme dans un vase de Mariotte, avec une vitesse constante. La tubulure T est destinée à l’introduction d’un thermomètre.

L’évaluation du volume de l’air aspiré doit être faite avec les corrections ordinaires : si V est le volume de l’eau débitée, i la température de l’air à son arrivée dans l’aspirateur, H la hauteur barométrique à la fin de l’expérience, / la tension maximum de la vapeur d’eau à la température t\ le volume d’air sec ramené à zéro et a la pression 760 sera

0,760(1 +ouy

Lorsqu’on doit faire passer dans les tubes ou flacons à réactifs de très grandes quantités de gaz, il est quelquefois avantageux d’employer comme aspirateur une petite trompe a eau, et de mesurer à l’aide d’un compteur le volume de gaz entraîné. Dans l’appareil de la figure 9, l’aspiration est produite par un courant d’eau, débité par le robinet D et tombant dans le tube AB; l’air est aspiré en C, et traverse les appareils laveurs VV. Le vase EF sert à l’écoulement de l'eau, tandis que l’air aspiré passe par un compteur H qui en mesure le volume : cette disposition a été appliquée à l’Observatoire de Monlsouris pour le dosage de l’acide carbonique dans l’air. La mesure exacte du volume d’air employé présente d’ailleurs, dans ce système, quelques difficultés, ainsi que l’a fait observer M. Reiset.

L'aspirateur à retournement, imaginé par M. Isidore Pierre, permet d’aspirer une quantité indéfinie de gaz à l’aide d’une quantité d’eau limitée. Cet appareil (fig. 10) se compose de deux réservoirs superposés d’égale capacité; ils peuvent osciller sur des tourillons, ce qui permet de placer alternativement chaque réservoir au sommet; l’eau contenue dans le réservoir supérieur s’écoule dans le réservoir inférieur; lorsque celui-ci se trouve rempli, on arrête un instant l’opération et on retourne le système; le réservoir inferieur, placé maintenant au sommet, fonctionne en sens inverse et laisse écouler l’eau qu’il contient. L’axe autour duquel oscillent les réservoirs est muni de tubes servant au dégagement du gaz : La figure fait aisément comprendre ce mécanisme. Il est évident que le volume de gaz employé dans une opération est égal au volume de l’eau multiplié par le nombre des retournements.

La figure 11 représente un autre appareil du même genre.

2. Lorsqu’il s’agit de recueillir des gaz dans un milieu à température plus élevée que celle de l’air ambiant, différentes précautions doivent être prises.

L’appareil, représenté dans la figure 12, a été employé pour puiser des gaz dans des cratères de volcans. Une petite cuve à mercure est fixée à une tige verticale T. Une autre tige f, f, f'", munie d’une pince /, sert de support à un tube de verre : cette tige peut se mouvoir le long de la tige T, et s’y fixer à diverses hauteurs, grâce à la vis de serrage V. On prépare un tube à pointe effilée, et on le scelle après y avoir fait le vide. Ce tube est serré dans sa pince, la pointe en bas et en dehors du mercure. On descend tout le système dans la cavité où l’on veut puiser le gaz : par une manœuvre très simple, on choque la pointe effilée du tube contre la petite plaque métallique P; cette pointe se brise et le gaz se

Fig. 12. Fig. 13.

précipite dans le tube; on tourne alors la tige mobile de manière à faire plonger dans le mercure la pointe ouverte du tube scellé. On peut ensuite retirer l’appareil, sans qu’il y ait à craindre aucune rentrée d’air lorsque le tube revient au contact de l’air froid. Il ne reste plus qu’à sceller le tube avec un chalumeau; à cet effet, on a eu soin de ménager un étranglement en 6, au-dessus de la petite colonne de mercure soulevée.

Pour sceller au chalumeau de pareils tubes, il est commode, dans le cas où l’on a pas à sa disposition un outillage de laboratoire, d’employer la disposition bien connue représentée figure 13. C’est un chalumeau ordinaire portant sur sa courte branche une tige métallique un peu flexible qui maintient la petite lampe