DÉCOUVERTE DE LA COMPOSITION DE L'AIR. OXYGÈNE. ACIDE CARBONIQUE

Les premières expériences de Lavoisier sur les chaux métalliques étaient à peine publiées qu'il fut conduit à leur donner un développement nouveau et une signification inattendue, par suite de la découverte de l'oxygène. Il en pressentit tout d'abord l'existence.

En effet, dans l'extrait de son mémoire publié en décembre 1774, dans le Journal de Physique de l'abbé Rozier, on lit ces lignes significatives :

« Cet air dépouillé de sa partie fixable (sur les métaux dans la calcination) est en quelque façon décomposé et il m'a paru résulter de cette expérience un moyen d'analyser le fluide qui constitue notre atmosphère et d'examiner les principes qui le constituent... Je crois être en état d'assurer que l'air aussi pur que l'on puisse le supposer, dépouillé de toute humidité et de toute substance étrangère, loin d'être un être simple, un élément, comme on le pense communément, doit être rangé au contraire... dans la classe des mixtes, et peut-être même dans celle des composés. »

Lavoisier était à ce moment le premier qui eût reconnu le caractère de l'air et le fait de sa composition, et il est probable qu'il serait arrivé par lui-même à en isoler les véritables composants, s'il avait été seul à courir cette carrière. Mais, au moment où il publiait ces lignes, le gaz qui communique à l'air sa principale activité, l'oxygène venait d'être découvert, quoique l'auteur n'ait fait connaître son travail qu'un peu plus tard '.

Cette découverte est due à Priestley, qui l'exposa d'abord dans des idées et un langage conformes au système régnant du phlogistique. Perfectionnée par les travaux de Bergmann et de Scheele, elle n'a pris son véritable caractère qu'entre les mains de Lavoisier. Le concours du savant français se retrouve doue, au début comme au terme de l'entreprise : ce qui fait comprendre pourquoi il réclamait une part dans la découverte3. Au surplus, l'histoire détaillée et la filiation exacte des recherches de cette époque est très délicate à établir, parce que les esprits de tous les chimistes étaient fixés sur les mêmes problèmes et que les communications orales et écrites, entre la France et l'Angleterre en particulier, étaient incessantes. Une communication sommaire, souvent même faite de vive voix à une société savante, telle que l'Académie des sciences de Paris, ou la Société royale de Londres, suscitait aussitôt des vérifications, des pensées, des expériences nouvelles, qui en développaient la portée et les conséquences. Par un retour qu'on ne saurait blâmer, l'auteur primitif, lorsqu'il imprimait son mé-

(1) La première publication imprimée de Priestley est postérieure de quelques mois. — Voir ce qui est dit plus bas, note 1 delà page BO et note 1 de la page Gl.

(2J Traité élémentaire de Chimie, t. Ier, page "8, 2" édit. 1793.

moire, l'enrichissait des résultats additionnels et des interprétations postérieures. Aussi est-il fort difficile de faire avec impartialité la part de chacun dans cette rapide succession d'inventions. La suite des idées est, au contraire, facile à démêler et, sous ce rapport, la méthode et la force logique donnent à Lavoisier une prépondérance incontestable. S'il n'a pas toujours rencontré le premier les faits, il y a mis son empreinte et il leur a donné leur vraie signification : c'est à lui assurément qu'est dû le système général des théories qui ont transformé la science.

Voici comment la connaissance des faits s'est développée.

On savait dès longtemps que le mercure chauffé à l'air se change en une matière rouge, appelée précipité perse, comparable aux chaux métalliques, et que cette matière, par la seule action de la chaleur, régénère son métal, sans le contact direct du charbon ou d'aucun corps combustible. Bayen, en février 17741, annonce qu'il a répété cette expérience et constaté qu'il s'y dégage un gaz, dont il ne reconnaît pas le caractère particulier et qu'il assimile au gaz observé par Lavoisier dans la réduction des chaux métalliques.

Il se borne à dire : « Ces expériences ont beaucoup de rapport avec celles que M. Lavoisier vient de publier daus un excellent ouvrage sur l'existence d'un fluide élastique fixé dans quelques substances. » Bayen ajoute que l'augmentation du poids du mercure « est due sans doute en partie à cette cause jusqu'ici inconnue dont l'effet est de rendre une chaux métallique plus pe-

(î) Journal de Physique de l'abbé Rozier, p. 139.

santé que le métal ne Tétait avant la combustion » ; il conclut qu'il existe des chaux susceptibles d'être réduites sans phlogistique et rapproche le fluide élastique combiné au mercure de Yacidum pingue de Meyer : être imaginaire qui jouait, d'après la théorie de ce dernier, un rôle inverse de celui de l'acide carbonique dans la caustification des alcalis.

On voit que Bayen a touché à la découverte de l'oxygène ; mais il ne l'a pas faite et il s'est borné à attribuer au gaz de la chaux mercurielle le même rôle que celui du fluide fixé sur les chaux métalliques d'après Lavoisier. Plus tard, quand les choses furent éclaircies, Bayen reprit ses expériences et il réclama à la fois la découverte même de l'oxygène et toute la théorie. Mais les contemporains n'ont pas accueilli ses réclamations et la postérité ne saurait le faire davantage.

En chauffant ce précipité per se, au moyen des rayons solaires concentrés par une forte lentille, Priestley obtint le même gaz, le 1er août 1774 ', et il sut le caractériser.

L'emploi du verre ardent, en chimie et en physique, était d'un usage courant depuis plus d'un siècle. En chimie particulièrement, il permettait de soumettre les corps à un échauflement considérable, sans recourir à aucun combustible étranger, soit ajouté au corps même, comme dans les réductions métalliques ordinaires, soit même placé autour du vase échauffé : condition où l'on supposait le passage à travers les parois de certaines substances émanées du combustible. Le verre ardent fournissait des résultats plus nets.

(1) C'est la date annoncée par l'auteur. Mais sa première publication a été faite seulement un peu plus tard, dans un ouvrage paru à Londres en 1775.

La matière du feu introduite sous cette forme paraissait plus pure et plus fluide, conformément aux idées exprimées autrefois par Lucrèce sur le feu de la foudre, dans ces beaux vers:

Quare fulmineus multo penetralior ignis Quam noster fuat e tœdis terrestribus ortus. Dicere enim possis cœlestem fulminis ignem Subtilem magis e parvis coustare fîguris. Atque ideo transire foramina quae nequit ignis Noster liic e lignis ortus tœdâque creatus.

« Le feu de la foudre est plus pénétrant que celui de nos flambeaux terrestres. On peut dire qu'il est plus subtil, formé de corpuscules plus petits ; c'est pourquoi il traverse des ouvertures que ne peut franchir notre feu, issu du bois et produit par les flambeaux. »

Déjà Haies avait observé que le minium dégage un gaz, lorsqu'on le chauffe au verre ardent : c'est bien de l'oxygène. Mais Haies ne distinguait pas les divers gaz de l'air ordinaire.

Depuis près de cent ans, les chimistes et les physiciens répétaient sans cesse les mêmes expériences ; mais ils n'en démêlèrent que peu à peu la signification véritable. Dans le cas présent, la grande découverte de Priestley consiste à avoir étudié méthodiquement les gaz pour en caractériser la diversité, et à avoir ainsi reconnu les propriétés originales du gaz extrait par le verre ardent de la chaux mercurielle. Il constata d'abord que ce gaz entretenait avec une extrême vivacité la flamme d'une chandelle; puis, en mars 1775 », il observa que ce gaz

(1) Date annoncée comme étant celle de l'observation. Mais la lecture du .Mémoire à la Société royale de Londres, c'est-à-dire la publication, est du mois de janvier 1776, et celle de l'impression postérieure encore, et, ce semble, de 1777.

entretenait également la respiration et même la rendait plus aisée. Priestley obtint aussi le nouveau gaz par la calcination du minium. Il reconnut que son mélange avec l'hydrogène détonne et il proposa de profiter de sa propriété d'exciter la combustion pour développer des températures élevées. Enfin, concluant de la combustion à la respiration, il pensa aussitôt aux applications médicales de l'oxygène.

Dans l'enthousiasme causé par cette découverte, les contemporains crurent pouvoir en attendre les moyens d'exalter les forces vitales, de ranimer la vieillesse, et presque d'atteindre l'immortalité : les rêves de la chimie ont toujours été sans limites!

Quoi qu'il en soit de ces imaginations, les faits rapportés |par Priestley étaient exacts : jusqu'ici nous sommes dans le domaine de l'expérience et Priestley est irréprochable. Son erreur commence dans 1 interprétation qu'il donna aux faits qu'il avait observés. En effet, il regarda son nouveau gaz comme formé par la matière même de l'air privé de son phlogistique, qu'il aurait cédé au mercure pour le régénérer à l'état métallique, et il le désigna sous le nom d'air déphlogistiqiié, terme corrélatif de cet autre nom, air phlogistique, que Priestley donna à l'azote, découvert par lui presque en même temps.

Voici comment il reconnut l'existence de l'azote. L'air chauffé avec les métaux n'est pas absorbé en totalité, aiusi que divers observateurs, et notamment Beccaria l, l'avaient observé depuis longtemps. Une portion reste, devenue impropre à entretenir la com-

(1) OEuvres de Lavoisicr, t. II, p. 120.

bustion vive des chandelles, la calcination des métaux, aussi bien que la respiration des animaux : c'est notre azote. Priestley le dénomma air phlogistiqué, le regardant comme formé par l'air ordinaire, additionné de phlogistiqué; ce dernier étant fourni par le métal, ou par tout autre corps combustible, ou bien encore par la respiration animale : c'est toujours l'inverse du phénomène véritable. La combustion vive produit, aux yeux de Priestley, le même changement dans l'air ordinaire que la calcination des métaux : elle y verse du phlogistiqué et elle laisse de même un air devenu impropre à entretenir la flamme ou la respiration, parce qu'il a été chargé à l'avance de ce phlogistiqué, que celles-ci auraient la vertu de fournir. On voit que Priestley confondait en outre sous le même nom d'air phlogistiqué Pazote pur, avec l'azote mélangé d'acide carbonique.

D'après cette manière de voir et ce langage de Priestley , l'air, je le répète, est envisagé comme un être homogène, non composé, mais modifiable en deux sens opposés, par les actions auxquelles il est soumis ; c'està-dire susceptible de perdre ou de gagner du phlogistiqué, en formant deux nouveaux gaz, qui dériveraient l'un et l'autre de la matière même de Pair atmosphérique.

Ces idées sont si éloignées des notions les plus élémentaires d'aujourd'hui qu'il importe de les rappeler pour établir l'importance et le vrai caractère des interprétations de Lavoisier; car celles-ci touchent au fond même des choses. Lavoisier, en effet, se servit aussitôt des faits découverts par Priestley pour en conclure que l'air atmosphérique et les gaz qui en dérivent ne sont pas un seul et même élément, plus ou moins chargé de phlogis-

tique; mais le premier est un véritable corps composé, dout les autres sont les constituants. A la rentrée de Pâques, le 26 avril 1775, il expose ses nouvelles recherches et ses conclusions dans un Mémoire lu à l'Académie1.

Reprenant d'abord son expérience de la calcination de l'étain en vase clos, il constate que le métal n'absorbe qu'une portion du volume de l'air, en s'y combinant; le surplus se refuse à une combinaison ultérieure. C'est la partie salubre, l'air pur, l'air vital qui s'unit au métal; le résidu étant une sorte de mofette, qui n'entretient ni l'inflammation des corps, ni la respiration des animaux. Jusque-là il semble que nous n'avons guère affaire qu'aux expériences de Priestley. Mais la différence réside dans l'interprétation et elle est capitale. Priestley, je le répète, regardait les deux nouveaux gaz, comme résultant, l'un de l'union de l'air ordinaire avec le phlogistique, l'autre comme étant ce même air privé au contraire d'une partie de son phlogistique : opinion qui maintenait l'unité matérielle de l'air, sans conclure à sa nature composée. Non que Priestley se refusât à

(1) Sur la nature du principe qui se combine avec les métaux pendant leur calcination et qui en augmente le poids, Œuvres, t. II, p. 122. — Ce mémoire a été relu publiquement par Lavoisier, sous sa forme actuelle, le 8 août 1778 et publié dans les Mémoires de l'Académie pour 1775, imprimés en 1778.

Lavoisier déclare dans une noie que les expériences sur le mercure précipité per se ont été tentées d'abord au verre ardent, en novembre 1774, faites avec les détails et précautions nécessaires à Monligny, les 28 février, ler-2 mars 177.J et 31 mars de la même année. — On en retrouve en effet les indications à ces dates, dans le Registre III du laboratoire de Lavoisier.

Le mémoire précédent : Sur la calcination de Vétain, contient également (Œuvres, t. II, p. 120), dos vues sur la composition de l'air, vues rédigées après la première publication du mémoire, mais dont l'abrégé publié en décembre 1774 dans le Journal de l'abbé Rozier offre les premières traces (voirie présent volume, p. 57).

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admettre celle-ci; car il concluait d'autres expériences, peu exactes d'ailleurs, sur la calcination des nitrates, que l'air atmosphérique est composé d'acide nitrique et de terre : affirmation si étrange que nous avons peine à en concevoir le sens.

Au contraire, Lavoisier développe les mêmes expériences avec plus de détail et de précision, et il en tire cette conclusion nette, hardie, et que personne n'avait osé jusque-là mettre en avant : L'air est un mélang ! ri > deux gaz différents : l'air vital (qu'il nomma plus tare! oxygène) et la mofette ou azote (nom imaginé postérieurement par Guyton de Morveau) ; mais le phlogistiquc n'a rien à voir dans sa composition. Ce sont ces affirmations qui constituent sa découverte.

Loin d'être accueillie avec empressement, elle excita tout d'abord un toile général. L'indignation fut telle parmi les partisans du phlogistique que Lavoisier fut, dit-on, brûlé en effigie àBerliu par dérision, comme un hérétique de la science.

Mais les faits étaient patents et la doctrine de la composition de l'air ne tarda pas à être acceptée par tout le monde ; sauf à tâcher de la concilier avec la théorie du phlogistique, que ses partisans n'abandonnaient point.

Cependant Lavoisier multipliait les preuves.

Il reprend avec la chaux de mercure ses premières expériences sur la réduction des chaux métalliques par le charbon et il constate que le fluide obtenu est identique dans les deux cas ; c'est de l'air fixe ', le charbon disparaissant pareillement. Comme la chaux mercurielle réduite par la chaleur seule fournit uniquement l'air vital (oxygène), il en résulte d'abord que l'air fixe est

(1) Notre acide carbonique.

Bertiielot. — Uévol. cliim. 5

produit par la combinaison de l'air avec le charbon; il en résulte aussi que le « principe qui s'unit aux métaux pendant leur calcination, qui en augmente le poids et les constitue à l'état de chaux, n'est autre que la portion de l'air la plus salubre et la plus pure », c'est-à-dire l'oxygène.

Plus tard Lavoisier donna à sa démonstration une forme plus saisissante, en enchaînant dans une même série de mesures l'absorption d'une partie de l'air par le mercure échaulïé, pendant une première période, avec la régénération inverse, pendant une seconde période, de l'oxygène absorbé1 : c'est l'expérience décrite dans son Traite de Chimie, et citée aujourd'hui dans tous les cours. Enfin, en mélangeant à la mofette (azote) une quantité de l'air respirable (oxygène), régénéré de la chaux de mercure, égale au volume d'air, absorbé précédemment pendant l'oxydation du même mercure, ou bien encore pendant la combustion du phosphore, on restitue au mélange la propriété d'être respirable et on le rend de nouveau susceptible d'entretenir la combustion : expérience essentielle, qui contrôle l'analyse de l'air par sa synthèse2.

Les expériences exposées dans les Mémoires de Lavoisier portent plus loin encore; car elles ont établi le rôle de l'oxygène dans la formation des acides. La composition véritable de l'acide carbonique, en particulier, ressort en effet des observations relatives à la réduction des oxydes métalliques par le charbon. Lavoisier ne tarda pas à compléter cette démonstration, en opérant avec du

(1) OErvitE^, t. H, p. 175; Mémoire lu à l'Académie le 3 mai 1777.

(2) OErviiEs de Lavoisier, t. II, p. 141.

charbon calciné1 et à fixer les rapports mêmes de poids, suivant lesquels le carbone et l'oxygène se combinent, rapports presque identiques d'après lui à ceux que nous admettons aujourd'hui2. Enfin, il montra par des expériences réitérées, commencées en 1772 et 17733, que la combustion du diamant dans l'oxygène forme uniquement de l'acide carbonique, résultat dont ses successeurs ont conclu plus tard la nature élémentaire, jusquelà méconnue, de cette pierre précieuse.

Ces expériences étaient décisives par le jour qu'elles jetaient sur la combustion, ainsi que sur la constitution des combustibles et des matières végétales. Elles n'avaient pas été faites fortuitement, mais, nous pouvons le dire avec certitude, par suite d'un plan prémédité. Ici encore les Registres de laboratoire de Lavoisier nous permettent d'assister aux progrès successifs de sa pensée. Nous y lisons en effet, à la suite d'un article daté du 29 novembre 1774, la note manuscrite suivante :

« Ce que c'est que le charbon ? Nous savons bien qu'en brûlant il convertit l'air environnant en air fixe ; mais nous ne savons pas s'il donne lui-même de l'air fixe, ce

(1) Œuvres, t. II, p. 403. Mémoire sur la formation de l'acide nommé air fixe ou acide crayeux, que je désignerai désormais sous le nom d'acide du charbon. La découverte remonte à 1775; elle a été perfectionnée par des expériences successives. Sa rédaction définitive parait avoir été faite en 1784. En effet, le travail a paru dans les Mémoires de l'Académie pour 1781, imprimés seulement en 1784.

(2) 72,15 centièmes d'oxygène J La combustion était faite au moyen 27. 85 — de carbone | de l'oxyde de mercure.

72,12 d'oxvrrène (

27,88 de carbone ( Combustion au moyen du minium.

Nous admettons aujourd'hui IH'Jo j 0XYof ne'

J ( 2/, 18 de carbone.

(3) Œuvres, t. II, p. 38 et Gi. V. aussi plus loin, tome XII des

Registres de laboratoire, p. 59.

qui s'en dégage pendant la combustion et le rapport de ce qui reste avec le poids qu'avait originairement le

charbon Il serait très intéressant de brûler du

charbon dans un vaisseau fermé. Si le charbon est composé d'une quantité sensible de son poids de phlogistique, il doit passer et s'échapper à travers le vaisseau et il doit y avoir diminution de poids après la combustion. » On voitqu'en 1774 Lavoisier n'avait pas encore renoncé au système du phlogistique, mais qu'il suivait avec assurance la marche qui devait le conduire à renverser la doctrine officielle de la chimie d'alors. C'est dans ces questions qu'un savant se pose à lui-même, dans l'intimité secrète de sa pensée, que l'on peut saisir le plus sûrement les directions qui ont présidé aux découvertes. — A peine posées en effet, Lavoisier les avait résolues, en éliminant par ses pesées la notion môme du phlogistique.