M LÀ HLK DI T0LT

\Ë Pue a colonne. — Nous avons fait connaître, dans le M dupitre précédent, la pile 6 rotontit, première forme qu'ait J reçue l'instrument électro-moteur découvert par Volta.

La figure suivante représente cet appareil , tel qu'il a

été employé après Volta

par les physiciens qui eu

ont étudié les effets, et tel

qu'on le construit aujourd'hui.

Trois tiges verticales de

verre sont portées sur un I socle de bois Terni M.

Entre ces trois tiges s'é- . lève la colonne qui résulte

de l'entassement, dans le

même ordre, d'uu certain

nombre de couples qui sont

formés chacun : 1* d'une

lame de zinc ; 2" d'une

lame de cuivre ; 3* d'un disque de drap mouillé. Les

Couples sont placés de telle

manière qu'ils se trouvent

en Contact par leurs métaux

hétérogènes. L'appareil est

terminé a (a partie inférieure par un disque de 1

zinc, Z, qui représente le

pore négatif, et a la partie

supérieure par un disque

tic cuivre C, qui représente le pftîc positif (i).

(1) Cette dilpoillion des toupie* diffère de celle dont Volta fanait 'Usage, en ce que l'en a supprimé deux disques métalliques qui n'élaiCHt

398 DÉCOUVKRTBS SC1KNT1FIOUES.

Voila, avons-nous dit, avait aussi imaginé et fait adopter une autre forme de cet instrument qu'il désignait sous le nom de pile à couronne de tasses, et dont la figure suivante représente la disposition.

Cet appareil consiste en une série de vases de verre, V, qui renferme ut de l'acide sulfurkrue étendu de trente fois sou poids d'eau. On dispose en cercle ces tasses à demi plciites d'eau acidulée, en nombre égal a celui des couples métalliques, de telle sorte tjuc la première tasse reçoive le zinc du premier couple, la seconde tasse le cuivre du second couple et le zinc du troisième, et ainsi de suite, la dernière tasse recevant k cuivre de l'avant-dernier couple et le zinc du dernier. L'estrcmité cuivre représente le pôle pnsilif, l'extrémité zinc le pôle négatif de cet appareil élcctro-molcur. Chacun de ces vases de \erre ffui contient une lame de cuivre et une lame de zinc, non en contact, mais séparées par le liquide acide, où elles plniigoiil, représente tin couple complet; les arcs métalliques

d'aucune utilité : savoir, le disque de cuivre de l'extrémité inférieure et le disque de zinc de l'extrémité supérieure. Eud'aulres termes, la pilei colonne représentée ci-dessus s.'; termine par deux demi-couplts, taudis que celle dont Voila faisait usage se terminait par deux couples entiers.

L* PILB D8 TOLTA. 397

A, A, A..., sout de simples moyens de communication établis Mur remplacer le contact de deux couples contigus dans la pile

■ colonne. In [il métallique, lixé à chacune des plaques qui «minent l'appareil, sert à établir le courant voltaiquc.

PiMi A Al :<;es. — La pile à auges, qui fut imaginée par ^ruikshaiik, en 1802, comme une très utile modification de a pile à colonne, se compose d'une caisse rectangulaire de bois, luduile à l'intérieur d'un mastic résineux isolateur. Cette caisse Si partagée intérieurement en petites cases, ou auges, par des irisons verticales et parallèles, Tonnées chacune de deux plapies métalliques de zinc et de cuivre soudées entre elles et facées uniformément dans le même ordre, de telle sorte que

■ paroi droite de l'une des auges soit formée par une lame de inc, par exemple, et la paroi gauche par une lame de cuivre. Dur mettre en action cet instrument, on verse dans la caisse

l'ig. 21 .

le l'eau acidulée par l'acide sulfuriquc, de manière à en remplir tous les compartiments, sans que toutefois le liquide déborde par-dessus les cloisons. La case extrême, qui a pour paroi métallique le dernier zinc, représente le pôle positif; l'autre case extrême, terminée par le dernier enivre, est le pôle négatif. Les deux pôles communiquent entre eux au moyen de fils "-- au

métalliques fixés à deux plaques de cuivre E.E', gui plongent dans les deux dernières cellules, et représentent les pôles de l'appareil

La pile à auges n'est autre chose, comme on le voit, que la pile à colonne couchée horizontalement, et dans laquelle le liquide acide remplace les rondelles de drap mouillé. Chaque cellule de la pile à auges constitue un couple métallique complet , puisque ses deux parois opposées sont formées par des lames métalliques hétérogènes sépaées par un liquide acide.

Ce genre de pile est d un usage très commode dans la pratique, parla rapidité avec laquelle on la met en activité; mais, comme la pile à colonne, elle présente cet inconvénient, que le contact du zinc avec l'acide sulfuriquc ne se fait que sur une des faces du zinc, ce qui diminue la quantité d'électricité que cet instiument pourrait fournir.

Pile de WollastOxN. — C'est pour remédier à l'inconvénient qui vient d'être signalé, c'est-à-dire dans le but de faire agir le liquide acide sur les deux faces de l'élément zinc, que "Wollaston donna à l'appareil électro-moteur la disposition suivante. H plia chacune des lames de cuivre de manière à lui faire envelopper, sans le toucher ,. le zinc de l'élément suivant. Pour établir la communication métallique, il rattacha le cuivre au zinc au moyen d'un arc métallique servant à réunir les deux plaques. Tout le système de ces couples est fixé, à sa partie supérieure, à une traverse de bois soutenue par deux montants verticaux, entre lesquels elle peut monter ou descendre. Quand on veut arrêter l'action de cet appareil et préserver, pendant cette interruption, les métaux de l'action corrosive des acides, on n'a qu'à relever la traverse et sortir ainsi les couples de leurs bocaux.

La figure suivante représente un couple ou un élément de la pile de "NVollaston.

C9 est la lame de cu\w. \A\£ç de manière à pouvoir enve-

LA FILS DE TOLTA. îM

er, sans la toucher, ta laine de zinc ; elle parte, a sa partie Heure, une tige de cuivre k destinée à établir la commuion avec le couple mt, Z est la lame ne ; elle est surmontée e pelite colonne de re kk' , et munie manche isolant qui i par l'ouverture! o.

rar former, avec ces

lames de cuivre et de

ainsi préparées, un

le de la pile de Wollaston, ou introduit la plamie

Fig. 22.

Fig. 23.

deux, feuilles de la plaque i

600 D&COUmiES SCIENTIFIQUES.

Ces deux lames métalliques sont assujetties l'une a l'autre, « eu même temps séparées cutre elles au moyen de petits arcs de bois /, /', qui s'opposent a leur contact direct. Au moyeu du manche isolant M, on saisit le système de ces deux plaques, et on le plonge dans le vase de verre V, rempli d'eau acidulée par l'acide sulfurique. Le couple est alors complet. Le pôle positif est représenté par la colonne k soudée à la lame de cuivre, le pôle négatif par la colonne k' fixée sur la lame de zinc.

La réunion d'un certain nombre de ces couples constitue 1) piledcAVollaston, que l'on voit représentée dans la ligure suivante :

La traverse de bois T, soutenue par deux montants M M', supporte un certain nombre do ces roupies. M'aide dclavisiixéeà la traverse T, on peut élever ou abaissera volonté les couples, de manière aies faire descendre dans l'intérieur des bocaux, ou il les en retirer. Leslames métalliques sont disposées de telle façon que chaque couple intermédiaire communique, par son élément

i.i pii.b ne volta. .'iiu

ariire, .ivre le zinc du couple précèdent, cl par sou élément zinc, avec le cuivre du couple suiiaiiL Au-dessous de chaipie groupe de lames métalliques, est placé un vase de verre rempli é'Kide sulfurique étendu d'eau. Le dentier cuivre communique avec un petit godet métallique, K , plein de mercure, pour nieux assurer la conductibilité et la continuité métallique, fie godet représente le pôle positif. Le dernier zinc communique arec un godet pareil K', qui représente le pôle nét/olif. Deux fils métalliques partant de ces godets servent a établir le circuit Yoltaïque. Lorsque, par le jeu de la traverse de bois T, on bit descendre les couples métalliques dans l'intérieur des vases le verre à demi pleins d'acide sulfurique, la pile enlre anstitôt eu activité ; on suspend son action en relevant les couples hors des vases de verre.

M. Mtinck, de Strasbourg, a donné à la pile de Wollaslon une disposition plus commode, eu supprimant les bocaux de verre, et les remplaçant par une cuve commune, c'est-a-dire par une auge de bois mastiquée à l'intérieur, et dans laquelle tous les roupies métalliques viennent plonger à la fois.

PII.BES HfiMCK. — Comme nous l'avons déjà fait remarquer, la pile en hélice, qui a été construite pour la première fois par M. Hare, aux Ktats-lnis, est une disposition particulière du couple deWollaston, qui permet de donner aux deux lames métalliques formant le couple une surface extrêmement étendue. Chaque couple de la pile en liéliee se construit de la manière suivante.

On prend un cylindre vertical de bois, li, autour duquel on Fi-. îs.

enroule une large lame de zinc Z, et une large lame de cuivre C. Ces lames sont gamies de lisières de drap IJJ,l',t',l', rùr

EiU2 déco rv rut bs scibntifiqbes.

nies les unes aux autres par des ficelles, et destinées à s'opposer i à tout contact direct de ces deux éléments métalliques. Dau chaque couple, le pôle positif est représenté par l'extrémité k la lame de cuivre, et le pôle négatif par la laine de zinc. L'acide sulfuriquc étendu d'eau, qui doit agir sur l'assemblage de «s deux métaux, esl contenu dans un seiu de bois V, endnit à l'intérieur d'un mastic isolant, comme le représente la figure 26. [ Pour faire plonger si de ces couples dira l'acide que renferme le seau de bois, il suffit de le détacher du montant à charnière qui lui sert de support

La pile en hélice se compose d'une sérié de couples seni- Fig. 26. blables au précédent;

on réunit ces couples en établissant une communication métallique entre les deux métaux hétérogènes. Cet appareil est remarquable par la puissance extraordinaire de ses effets. Si , par accident, une personne venait à établir la communication cuire ses deux pôles, en touchant a la fois ses deux extrémités, elle serait infailliblement tuée comme par un coup de foudre. Des tiges de platine, longues de plus d'un mètre, et de f> ou ti millimétrés de section, employées pour réunir les dcuxpOlos de cette redoutable batterie, soat rotigics et presque îondviw.Xçs invmTo&uuLiuhisBeitt une

fiwion et une combustion plus ou moins rapide, selon leur fusibilité ou leur oxydabîliré et leur pouvoir conducteur. Aucun composé chimique, conducteur de l'électricité, ne résiste à Faction décomposante de cette bat:eric.

Piles a deux liquides. — Pile de DmMl. — Les trois dispositions générales des appareils électromoteurs que nous venons de décrire, c'est-à-dire la pile à colonne, la pile à auges et celle de Wollaston avec ses diverses modifications, sont les seules que l'on ait employées depuis Volta jusqu'à l'année 1836, tant pour les recherches des physiciens et des chimistes, que pour produire des effets physiques d'une grande puissance. Mais ces diverses piles, composées d'un seul liquide acide agissant sur deux métaux réunis, ont le grave inconvénient de ne donner qu'un courant électrique dont l'intensité décroît avec rapidité. Cet affaiblissement du courant tient à plusieurs causes. En premier lieu, les acides, à mesure qu'ils se combinent avec l'oxyde de zinc formé pendant la réaction, s'affaiblissent nécessairement par suite de leur neutralisation , ce qui amène une diminution graduelle dans l'intensité des effets électriques. Comme le sulfate de zinc est un corps qui conduit fort mal l'électricité comparativement à l'acide sulfurique, la diminution de conductibilité du liquide est une autre cause d'affaiblissement de l'intensité de l'appareil. En second lieu, il s'établit, dans les piles à un seul liquide, des tensions électriques secondaires, c'est-à-dire en sens contraire de celles qui engendrent le courant principal. Ces tensions secondaires proviennent surtout de la formation d'une couche d'hydrogène naissant à la surface du cuirre ou de l'élément négatif. Cette dernière circonstance est la cause principale du rapide affaiblissement qui se remarque dans les piles à un seul liquide. Pour rendre constante l'intensité du courant de la pile, il fallait donc empêcher qu'aucun dé^ôt de matière

UOU DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES.

hétérogène ne vînt se former à la surface du métal négatif. C'est là le résultat important qui a été atteint par la découverte des piles à deux liquides. Il est important de faire connaître comment on est arrivé à la découverte de ce nouveau genre d'appareils électromoteurs, et quels sont les physiciens à qui la science doit cette importante acquisition.

En 1829, 31. Becquerel avait construit des appareils électromoteurs d'une faible intensité, mais d'une action constante, eu employant deux systèmes différents de pile à deux liquides, composés chacun de deux lames métalliques , plongeant dans une dissolution saline, séparées par un corps poreux (1). Mais la très faible intensité du courant ainsi obtenu, et les dispositions incommodes des appareils employés par 31. Becquerel, les avaient empêchés de se répandre. C'est le chimiste anglais Daniell qui, en 1836, par une heureuse application des principes de l'électro-chimie, parvint à doter la science de la première pila à courant constant, appareil qui avait l'avantage de réunir à cette continuité d'effets une puissance supérieure à celle des couples électromoteurs employés jusque-là (2). La pile de Grove, venue plus tard, a fourni des effets plus intenses, mais moins constants, que ceux de la pile de Daniell.

M. Daniell fut amené à créer la pile qui porte son nom, eu cherchant à empêcher la précipitation du zinc revivifié sur l'élément négatif des piles voltaïques, ou du moins à remplacer cette précipitation nuisible par une précipitation utile, c'est-à-dire par la précipitation sur le cuivre d'un métal autre que le zinc, c'est-à-dire électro-positif. Après de nombreux essais, 31. Daniell trouva que la dissolution de sulfate de cuivre pouvait réaliser l'effet voulu, mais que pour cela il fallait que cette dissolution fut séparée de l'eau acidulée dans laquelle plongeait le zinc. Il divisa donc la cuve dans laquelle le couple

(1) Ann. de chim. et de phys., 2e série, 1829, tome XLI, page S.

(2) Bibliothèque umrerselle de Genève, \%^ Vvrcvs. U„ ijaçp 167.

voltaïque était immergé, en deux compartiments, au moyen d'une cloison poreuse; il plaça dans l'un de ces compartiments le métal électro-négatif et son liquide acidulé, et dans l'autre le métal électro-posilif et la dissolution de sulfate de cuivre.

Voici comment s'expliquent les effets de la pile de Daniell, et, d'une manière générale, comment, aumoyendedeux liquides susceptibles de réagir chimiquement l'un sur l'autre, on fait disparaître les inconvénients de la pile à un seul liquide.

Les deux liquides, susceptibles de réagir l'un sur l'autre en 8c décomposant mutuellement, sont séparés entre eux au moyen d'un diaphragme poreux, ou d'une cloisou, qui laisse passer facilement le courant électrique à travers sa substance, et empêche néanmoins les deux liquides de se mélanger, du moins avant un certain intervalle de temps. L'un des éléments du couple voltaïque plonge dans l'uu de ces liquides ; le second élément plonge dans l'autre liquide. Les deux conditions auxquelles doit satisfaire la construction d'une pile de ce genre sont : 1° Que l'un des éléments étant seul actif, c'est-à-dire attaquable par le liquide, l'autre élément n'éprouve aucune action chimique de la part du liquide dans lequel il est immergé, et joue simplement le rôle de conducteur (le platine et le charbon, longtemps calcinés, plongés dans lesacides, le cuivre métallique placé dans une dissolution de sulfate de cuivre, peuvent remplir ce dernier rôle de simples conducteurs inattaquables par le liquide de la pile) ; 2° que les deux liquides soient choisis de manière que le courant qui résulte de leur action mutuelle à travers le diaphragme soit de même sens que celui auquel donne naissance l'action de l'acide sur le métal attaqué.

Ces conditions générales sont remplies, comme on va le voir,

dans le couple de Daniell, dont nous allons donner la description.

Un cylindre 1), formé d'une terre poreuse et perméable au

gaz, parce qu'elle n'a été cuite qu'en partie, est placé dans un

vase de verre V; ce cylindre est fermé à sa partie inférieure de

Fig. 27.

406 DtCOUmiES SCIIKT1HQD1S.

manière a pouvoir contenir un liquide. L'assemblage de m deux vases I) et V eu partagé de cette minière en deux capacité] qui ne peuvent communiquer entre elles qu'à travers les parois poreuses et perméables du cylindre D. Dans ce vase intérieur D , on place une dissolution saturée de sulfate dt cuivre, et l'on y introduit une lame de coim C , enroulée cylindriqu-

ment. Dans le vase extérieur V, on verse de l'acide sulfuriqne

étendu d'eau, et l'on plonge dans ce liquide un cylindre créai

de zinc Z, préalablement amalgamé (1).

Dans la pile ainsi disposée, aucun dégagement d'électricité

(t) L'emploi dans les piles à deux liquides du zincama'gamé, c'està-dire frotté avec du mercure , qui Forme à sa surface extérieure une légère couche d'amalgame , permet de laisser séjourner le ciuc dans l'acide sulfuriquc étendu sans qu'une action chimique, et par conséquent le courant électrique, commence à s'établir : le courant ne se forme c! la pile ne se met en activité que quand on fait communiquer 1rs deux couducl-urs. Celte propriété du zinc amalgamé a été découverte par SI. Kemp, physicien anglais, aujourd'hui peu connu (a). L'amalgamation iluiinc offre ca grand avantage pratique que, tant que le circuit nd- Inïque n'est pas établi, c'est-à-dire tan1 que les deux pôles opposés ne sont pas mis en communication. In zinc n'est pas attaqué; il ne l'eil que de- le moment où l'on complète le circuit. On peut dire que c'est l:i l'une des acquisitions les plus importantes riVnl la pile voltaïquc se mil enrirhie depuis sa création. On a observé, d'ailleurs, qu'avec le tinr amalgamé le courant est (.lus régulier et en même temps plus intense pour une même quantité de mêlai di-sous

Un fait du même genre a été signalé en 1830 par M. de La Rivo. Ce

(a) Jamcstm's £dinburgh Ji

odofcw ISÎ8.

ne se manifeste, en raison de l'amalgamation du zinc ; mais dès fie la communication est établie entre les deux conducteurs, Fiction chimique commence; l'eau est décomposée, son oxygène se porte sur le zinc, et son hydrogène, réagissant sur la dissolution du sulfate de cuivre, se combine avec l'oxygène du eaivre pour former de l'eau, tandis que le cuivre réduit vient former sur les parois du cylindre de cuivre 0 un dépôt métallique pulvérulent et sans adhérence. Le cylindre de zinc Z est le pôle négatif, et le cylindre de zinc G le pôle positif.

Pour que le courant électrique de la pile de Daniell demeure constant, il faut que les éléments qui réagissent chimiquement les uns sur les autres restent au même état de saturation. C'est ce qui n'arriverait pas avec l'appareil disposé comme nous venons de l'indiquer, si l'on n'avait recours à certaines précautions. En effet, la dissolution de sulfate de cuivre placée dans l'intérieur du vase D s'appauvrit graduellement par la réduction d'une partie de l'oxyde du sulfaie de cuivre qu'il renferme à l'état de dissolution aqueuse. D'autre part, l'acide sulfurique étendu, contenu dans l'intérieur du vase Y, perd progressivement de son acidité, par suite de la formation du sulfate de zinc aux dépens de la lame de zinc immergée datis cet acide. Lorsque le couple de Daniell doit rester longtemps en action, il faut donc s'arranger pour conserver aux liquides leur composition normale. Pour cela , on place des

physicien a découvert que le zinc pur est à peine attaqué par l'aride sulfurique, mais qu'il est attaqué immédiatement avec une grande énergie si l'on vient à le toucher avec une lame de platine, de cuivre* de plomb, d"ét*ja,defer,ou même avec une substance non métallique, mais conductrice de l'électricité, comme le charbon calciné. C'est la. on le voit, un phénomène tout semblable à celui qui s'observe daus les piles voltaïques où l'on fait usage de zinc amalgamé. Le zinc amalgamé, a la propriété du zinc pur. c'est-à-dire n'est pas attaquable par l'acide sulfurique; mais ii > s immédiatement attaque dès qu'il se trouve en contact avec un fil de cui r^ ou de plati e plongeant aussi dans la dissolution, c'est-à-dire dès qu d fait partie d'un couple eu activité.

(lOS UÉCUUVKRIES SCIBMIFIQUES.

cristaux (le sulfate de cuivre contenus dans uu ;;elil sac perméable, a la partie supérieure du vase D, en le faisant plonger dans la dissolution de sulfate de cuivre qui le remplit; la dissolution de sulfate de cuivre demeure ainsi au même élat de saturation, c'est-à-dire saturée à froid pendant toute la durée de l'opéra lion. -Pour se débarrasser du sulfate de /.inc contenu dans le vase extérieur V, voici le moyen que l'on peut employer. Comme la dissolution de sulfate de zinc, en raison de son poids spécifique, su précipite au fond du vase à mesure qu'elle se forme, on introduit dans ce vase un siphon, dont la plus courte brandie est placée à une petite distance du fond de ce vase, de manière à faire écouler au dehors la dissolution de sulfate de zinc qui vient s'accumuler en cet endroit. On remplace le liquide soutiré de cette manière par de l'eau acidulée, que l'oi fait tomber goutte a goutte dans ce vase, au moyen d'un flacoa muui d'un tube effilé disposé par-dessous. Par l'effet de ces disposi tiens, les liquides réagissants sont maintenus au même degré de concentration ou d'activité chimique, et le courant peut demeurer constant pondant plusieurs jours.

La réunion d'un certain nombre de couples semblables à celui qui vieut d'être décrit, compost! la pila de Donielt.

ri|. 28.

les deux couples communiquent entre eux parleurs métaux

hétérogènes, lue lame de cuivre G, qui termine l'appareil d'un coté, constitue le pôle positif; la lame de zinc qui le termine à l'autre extrémité est le pôle négatif.

Pjle de Grove. — La pile de Grove est celle où Ton fait usage de deux liquides acides ; la dissolution de sulfate de cuivre que renferme la cellule intérieure, dans la pile de Daniell, est remplacée ici par de l'acide azotique. C'est cet appareil qui, avec une modification sans importance, est aujourd'hui universellement employé dans les laboratoires et dans l'industrie sous le nom de pile de Bunsen, \oici comment l'inventeur a été amené à construire ce puissant et commode appareil électromoteur.

En 1839, M. Grove, chimiste anglais alors à ses débuts dans la science, cherchait à perfectionner la pile de "Wollaston, en utilisant, au profit du dégagement électrique, toute la puissance d'oxydation dont le zinc était susceptible, tout en empêchant la précipitation du cuivre sur l'élément positif, c'est-àdire sur le zinc, ce qui détermine, comme nous l'avons dit plus .haut, ce courant secondaire, cause principale de l'affaiblissement rapide des piles à un seul liquide. Une expérience des plus curieuses, et que nous allons rapporter, mit bientôt M. Grove à même de réaliser ses espérances.

Au moyeu d'un peu de cire à cacheter, M. Grove mastiqua, au fond d'un petit vase de verre, la tète d'uuc pipe à fumer. Il versa dans l'intérieur de cette tétc de pipe un peu d'acide azotique, et il introduisit de l'acide chlorhydrique dans le vase de verre extérieur. Deux feuilles d'or furent alors plongées dans l'acide chlorhydrique : elles y demeurèrent sans la moindre altération, et conservaient, au bout d'une heure, tout leur brillant métallique. Alors un iil d'or fut placé de manière qu'il touchât en môme temps l'acide azotique et l'extrémité d'une des feuilles d'or. La feuille touchée fut immédiatement dissoute, tandis que l'autre ne fut pas attaquée, et le fil lui—