VI' LEÇON

OHLORB, BROMB, IODB, FLUOR BT LEURS PBJB0JBALB8

GOMBXBAISOB8.

Sommaire. — Découverte du chlore. — Sa préparation à l'état gazeux et à l'état de dissolution. — Propriétés physiques et chimiques du chlore. — Combinaison de ce gaz avec l'eau. — Action de la lumière sur le chlore. — Action de l'eau et de la lumière. — Pourquoi le chlore est un corps oxydant. — Propriétés désinfectantes, antiseptiques et décolorantes du chlore. — Acide hypochloreux. — Acide chlorique. — Préparation industrielle de l'acide chlorhydrique. — Préparation du gaz chlorhydrique pur. — Propriétés, composition, et usages de ce gaz..— Brome. — Isomorphisme des combinaisons chlorées, bromées , et iodées. — Préparation, propriétés et applications du brome. — Acide bromhydrique. — Préparation, propriétés et applications de l'iode. — Acide iodhydriqne. — Acide iodique. — Ses propriétés oxydantes. — Résumé des propriétés chimiques communes au chlore, au brome, et à l'iode. — Fluor. — Acide fluorhydrique. — Son application à la gravure sur verre.

Messieurs,

Dans la seconde moitié du xvme siècle vivait en Suède un homme qui , sous les modestes apparences d'un pharmacien, cachait le talent d'un grand chimiste. 11 s'appelait Scheele. Avec quelques fioles et quelques tubes, il fit faire à la science de tels progrès, qu'elle a dû l'inscrire parmi ses grandes illustrations. Une de ses plus belles découvertes fut , sans contredit , celle du chlore, dont l'étude formera le sujet principal de cette leçon.

J'ai déjà eu occasion de vous dire que le bioxyde de manganèse se compose d'une molécule de métal et de deux d'oxygène ; j'ajoute aujourd'hui que ce même métal ne peut se combiner d'une manière stable qu'avec un seul équivalent de chlore. Cette notion vous fera comprendre pourquoi , par l'action réciproque du bioxyde de manganèse et de l'acide chlorhydrique, on obtient du chlore libre. L'acide chlorhydrique (acide muriatique) est composé d'un équivalent de chlore et d'un équivalent d'hydrogène — H C/. Pour lui enlever tout son hydrogène, il faut un équivalent d'oxygène ; en se servant de bioxyde de manganèse, qui en contient deux, on ne devra faire intervenir qu'une demi-molécule de cette substance ~ (Mw 0*). Le résultat de cette action sera un équivalent d'eau, un de chlore et un demi de manganèse = H 0 + Cl -f 7 Mn. Puisque une proportion de ce métal ne peut se combiner d'une

manière définitive qu'avec une proportion de chlore, dans le cas actuel une demi-molécule de ce gaz restera sans emploi ; c'est précisément cette de mi -molécule qui devient libre. Voici la théorie expliquée par une équation ;

2 HCI + MnO9 = % HO + Mn Cl + Cl

Voyons la partie pratique de la préparation. On introduit dans un ballon du bioxyde de manganèse en poudre et un peu d'acide chîorhydrique, on agite et l'on ferme avec un bouchon traversé par les extrémités de deux tubes, dont un de sûreté, et l'autre abducteur et à trois branches. Si l'on veut du chlore dissous dans l'eau, on fait arriver l'abducteur a ( fïg. *3) dans un flacon-laveur F

Fig. «.

à triple tubulure ; un second abducteur b part de ce flacon et va se rendre dans l'eau distillée C, que l'on doit saturer et qui se trouve dans un flacon E ayant également trois tubulures. On introduit une certaine quantité d'acide chîorhydrique, par le tube de sûreté S, dans le ballon B, que l'on chauffe ensuite, non pas pour provoquer, mais pour accélérer la réaction, qui commence déjà à froid. Le flacon-laveur F est destiné, ainsi que son nom l'indique, à laver le gaz et à le séparer du peu d'acide chîorhydrique qui pourrait l'accompagner. Comme le chlore qui arrive en E n'est pas entièrement dissous, l'excès s'échappe par le tube

liî * CHIMIE ÉLÉHENTAIBE.

de dégagement t ; celui-ci doit aboutir ou dans une cheminée d'appel , ou dans une cour. Pour ne pas laisser perdre l'excès de chlore, on peut faire communiquer le flacon E avec un troisième et même un quatrième flacon, pourvus également de trois tubulures. Enfin, on peut terminer l'appareil par une dissolution alcaline destinée à absorber le gaz échappé à la dissolution. Cet appareil , que l'on peut compléter par la pensée en y ajoutant d'autres flacons a trois tubulures, est connu dans les laboratoires sous le nom d'appareil de Woulf.

Pour avoir le chlore i l'état gazeux, comme il ne peut être recueilli ni sur l'eau, parce qu'il y est soluble, ni sur le mercure, parce qu'il s'y combine, on le fait arriver tout simplement dans le flacon vide A ( fig. i i ) , après l'avoir lavé en B et desséché en C ,

Fifi. 4-1

où se trouve du chlorure de calcium spongieux '. La densité du chlore étant supérieure à celle de l'air, on conçoit que celui-ci soit déplacé à mesura que le chlore arrive. On juge que le déplacement est terminé lorsque l'atmosphère intérieure du flacon A est uniformément jaune-verdàtre et lorsque le chlore déborde, ce dont on s'aperçoit à son odeur, qui se répand tout autour et augmente sans cesse. On retire alors très-lentement le flacon, et on le ferme avec un bouchon à l'ômeri.

Le chlore est un gaz jaune-verdatre, propriété qui lui a valu

son nom, et qui permet de le distinguer de tous les autres gaz que nous avons étudiés jusqu'à présent. 11 a une odeur particulière très-désagréable ; il est irrespirable, non-seulement parce qu'il asphyxie, mais parce qu'il exerce une action désorganisatrice sur les poumons. Lorsque, pour le préparer, on néglige les précautions que j'ai indiquées, on peut être saisi par la toux, et même cracher le sang, si l'on en a respiré. une quantité un peu forte. Un litre de chlore pèse 3*H7; sa densité est 2,44; son équivalent est 443,2, celui de l'oxygène étant 4 00. Comme l'équivalent du chlore, divisé par celui de l'hydrogène, ne donne pas un nombre entier, on ne peut pas dire qu'il en soit un multiple : il fait donc exception à la loi de Prout.

Le chlore n'est pas un gaz permanent ; comprimé jusqu'à ce qu'il occupe le quart ou le cinquième de son volume primitif, il se liquéfie. Si à la pression on ajoute une basse température, la liquéfaction s'effectue avec facilité. 11 est soluble dans l'eau, en sorte qu'un volume de liquide, dans les circonstances normales de température et de pression, en dissoudra deux de gaz. Il forme un hydrate en se combinant avec l'eau : (Cl + 40 aq. ) Pour obtenir cette combinaison, il suffit de plonger dans la glace un flacon contenant une solution saturée de chlore : il se forme bientôt une matière floconneuse cristalline que l'on sépare par décantation. Après avoir été comprimée rapidement entre quelques feuilles de papier sans colle, elle peut, servir à préparer le chlore liquide sans avoir recours à aucune machine de compression. On introduit l'hydrate dans le fond d'un tube courbé en croissant, que l'on ferme à la lampe ; on plonge l'extrémité vide dans un bain réfrigérant et l'autre extrémité dans de l'eau à + 35° : l'hydrate se décompose, et Ton voit apparaître deux couches de densité différente; l'inférieure est colorée : c'est du chlore liquide ; la supérieure est beaucoup moins colorée : c'est une dissolution faible de chlore ; la couche inférieure entre en ébullition, et sa vapeur va se condenser, sous forme liquide, dans l'extrémité refroidie : c'est une véritable distillation de chlore liquide.

Si l'oxygène a beaucoup d'affinité pour l'hydrogène ; le chlore en a davantage encore. Un mélange d'oxygène et d'hydrogène se conserve un temps infini, tandis qu'un mélange de chlore et d'hydrogène ne se conserve qu'un temps très-limité; toutefois, s'il restait toujours dans une obscurité complète, il pourrait se maintenir indéfiniment. Ceci n'a rien que de naturel , car on conçoit que la lumière, ainsi que la chaleur, agissent comme excitants et réveillent, pour ainsi dire, les affinités assoupies de deux corps en présence. Mais ce dont nous aurons sujet d'être étonnés, ce sera le

fait, observé par le professeur Draper. Ayez deux flacons de chlore préparé à la lumière d'une bougie, et que l'un d'eux soit exposé au soleil pendant quelques minutes : si, après avoir ramené ce dernier flacon à la lumière artificielle, vous y introduisez de l'hydrogène, la combinaison des deux gaz se fera aussitôt ; tandis que le chlore du flacon non insolé, mis en contact à son tour avec de l'hydrogène, restera indifférent. L'aptitude du chlore insolé à se combiner à l'hydrogène persiste assez longtemps ; ce n'est que peu à peu qu'il la perd pour reprendre son état normal. Quelle sorte d'action la lumière exerce-trelle dans ce cas? nous l'ignorons. Ce qu'il y a de bien avéré, c'est que cette influence mystérieuse agit particulièrement sur le chlore, car l'hydrogène n'est aucunement modifié par l'insolation. Ainsi , lorsque nous voyons ces deux gaz se combiner peu à peu sous l'influence de la lumière diffuse, ou bien, tout à coup, sous celle de la lumière directe, nous savons que c'est en vertu d'un état spécial de l'un d'entre eux, état qui se rattache à l'influence de la lumière elle-même. L'on pourrait donc dire que le chlore insolé n'est pas précisément le même corps que celui qu! n'a jamais vu le jour. Du reste, ces influences étranges sont plus fréquentes qu'on ne le pense, et jouent un rôle considérable dans un grand nombre de phénomènes naturels. Par exemple, M. Lowel n'a-t-il pas observé que la même baguette en verre qui , plongée dans une dissolution saturée de sulfate de soude, la fait cristalliser instantanément , perd cette faculté après avoir été chauffée de + 40° à + 400°! Ce qu'il y a de remarquable, c'est que cette baguette reste passive pendant plusieurs jours, de même que le chlore reste actif quelque temps après avoir subi l'influence directe du soleil.

11 est presque inutile de vous dire que le chlore et l'hydrogène , dans toutes les circonstances, se combinent immédiatement sous l'action de la chaleur. En effet , je remplis de chlore une éprouvette, dont la moitié déjà est occupée par de l'hydrogène ; j'en approche l'ouverture de la flamme d'une bougie, et soudain une explosion se fait entendre; les fumées qui l'accompagnent accusent dans ce cas la formation du gaz chlorhydrique , résultat de la combinaison des deux gaz.

Si l'on veut s'édifier sur la grande affinité du chlore pour l'hydrogène , il ne faut pas s'arrêter seulement à l'action réciproque des deux corps chacun à l'état libre ; il faut voir comment le chlore se comporte en présence des substances hydrogénées. Voyons d'abord l'eau. Une dissolution aqueuse de chlore renfermée dans un récipient en verre finit par perdre sa couleur jaune : une fois décolorée elle ne renferme plus de chlore , mais bien de l'acide chlorhydrique, de l'oxygène libre, et aussi, suivant MM. Millon et

Berreswil, une combinaison oxygénée de chlore (acide perchlorique=C107). Quoi qu'il en soit, les principaux produits sont l'acide chlorhydrique et l'oxygène, et le phénomène le plus sensible est la disparition du chlore. Ce fait n'exige pas d'explication. Le chlore, sous, l'influence de la lumière, enlève à l'eau son hydrogène, et l'oxygène devient libre. Si donc vous voulez conserver une dissolution de chlore il faudra, ou que vous la gardiez dans l'obscurité, ou dans un récipient imperméable à la lumière; ou bien encore dans un récipient transparent, et qui pourra rester exposé à la lumière , mais à condition qu'il soit rouge , jaune ou vert ; en effet, les rayons lumineux , ainsi colorés , n'excitent pas les facultés chimiques du chlore comme le font les rayons bleus ou violets.

La manière dont le chlore agit sur l'eau mérite votre attention , Messieurs, car par elle on explique pourquoi ce gaz est qualifié de corps oxydant. Sans la connaissance exacte du phénomène dont je vous parle, on aurait de la peine à comprendre comment le chlore , qui est un corps simple , pourrait fixer quelque part de l'oxygène. Cependant rien n'est plus aisé à prouver. Si je verse du chlorure de barium dans une dissolution récente d'acide sulfureux, je ne la trouble pas sensiblement^ mais si, avant de me servir du réactif, j'ajoute à la dissolution quelques gouttes de chlore, le trouble se produit , ce qui prouve la présence de l'acide sulfurique. Un peu de chlore dissous dans l'eau a donc suffi pour suroxyder l'acide sulfureux. Ce phénomène n'a eu lieu que par suite de l'action que le chlore a exercée sur l'eau ; attirée par deux forces en sens contraire, l'eau s'est décomposée; l'un de ses éléments (l'hydrogène) s'est combiné au chlore, et l'autre (l'oxygène) à l'acide sulfureux. On ne peut donc pas dire avec exactitude que le chlore est un oxydant : il est un déshydrogénant par excellence , et l'oxydation qui en résulte est un effet indirect de son action sur l'eau.

Ce qui va se passer lorsqu'on met de l'hydrogène sulfuré en contact avec du chlore prouvera la faculté déshydrogénante de ce dernier gaz encore mieux que ce que nous venons de voir. Dans cette éprouvette se trouve de l'hydrogène sulfuré ; à mesure que j'y introduis du chlore le volume du mélange diminue, tandis que les parois intérieures se recouvrent de soufre. Cette expérience, outre qu'elle rend évidente l'affinité du chlore pour l'hydrogène, nous donne la raison de l'application du chlore à la désinfection des matières putrides et à l'assainissement des habitations. L'hydrogène sulfuré est un des produits de la putréfaction; il sort en abondance des fosses d'aisances et infecte les appartements de son i. 9

446 Clll »IIK ÉLÉMENTAIRE.

odeur d'œufs pourris; noircit' l'argenterie et les tableaux ; 911 peut même dire qu'il s'en trouve constamment dans l'air, à plus forte raison partout où il y a de grandes réunions d'hommes ; le chlore le décomposant instantanément, se trouve naturellement indiqué pour désinfecter et assainir : le gaz sulfhydrique étant décomposé ses facultés malfaisantes disparaissent. Le chlore désinfecte donc et assainit parce qu'il est déshydrogénant. Nous allons voir que la même cause lui donne ses propriétés décolorantes. Voici une teinture végétale bleue : je la mêle à de l'eau de chlore ; vous voyez qu'elle perd sa belle couleur et devient faiblement rougeâtre : or, les matières végétales se composent essentiellement de 3 ou 4 principes : Foxygène, l'hydrogène, le carbone et l'azote; si l'un d'eux est enlevé, la matière végétale est détruite ou singulièrement modifiée ; comme presque toutes les matières colorantes sont de nature végétale, le chlore peut les décomposer en leur enlevant un de leurs principes. Mais il s'agit de prouver que le principe enlevé par le chlore est très-probablement de l'hydrogène : mettons d'abord hors de cause l'azote ; car ce corps a des affinités trop paresseuses pour admettre que lorsqu'il fait partie constituante d'un composé , il soit attaqué par le chlore de préférence aux autres éléments. Quant au carbone, une expérience très-simple va vous prouver combien est grande son indifférence pour le chlore. Cette éprouvetto contient un gaz composé d'hydrogène et de carbone ( hydrogène bicarboné) ; je le mêle avec du chlore, et j'enflamme le mélange : vous voyez des fumées très-blanches, et en même temps une couche de charbon très-divisé qui se dépose sur les parois intérieures de l'éprouvette. Ces fumées étant formées par de l'acide chlorhydrique, il faut conclure que le chlore, sans toucher au carbone, enlève à celui-ci tout l'hydrogène avec lequel il est combiné. Donc entre le carbone et l'hydrogène le chlore n'hésite pas. Ce que vous savez, relativement à l'action du chlore sur l'eau, suffirait pour dissiper toute espèce d'incertitude sur la manière dont ce gaz se comportera lorsqu'il a à choisir entre l'hydrogène et l'oxygène.

En somme, le chlore n'hésite jamais entre le carbone, l'oxygène et l'hydrogène ; et sa faculté décolorante dépend de sa grande affinité pour ce dernier gaz. 11 diffère en cela du gaz sulfureux , qui souvent décolore, parce qu'il se combine simplement avec la matière colorante sans la décomposer. M. Kuhlmann a signalé un fait qui met en relief ce contraste : une rose blanchit d'abord par son contact avec le gaz sulfureux ; reprend sa couleur naturelle si on la plonge dans une atmosphère de chlore ; puis un instant après, se décolore à jamais.

L'explication de ce fait la voici : la matière colorante de la rose n était que masquée par l'acide sulfureux ; une fois l'acide chassé par le chlore, elle a repris son aspect ordinaire; ensuite elle a cédé à ce gaz une partie de son hydrogène, et a perdu ainsi son individualité primitive.

De tous ces faits, on doit conclure que le chlore blanchit et décolore, en vertu de sa faculté déshydrogénante ; et que c'est encore par la même action qu'il désinfecte et assainit. Les miasmes et les exhalaisons putrides étant de nature organique, et renfermant de l'hydrogène, le chlore les dénature en les déshydrogénant. Gravez donc cette notion dans votre esprit, Messieurs : elle est d'autant plus importante qu'elle intéresse de grandes industries, telles que le blanchiment, par exemple, et se rattache à des applications qui se font à chaque instant sous vos yeux. Le chlore désinfecte et blanchit parce qu'il dénature les matières qui infectent et colorent ; il les dénature en leur enlevant une partie de leur hydrogène.

Cependant le chlore n'est aujourd'hui appliqué d'une manière directe ni au blanchiment , ni à l'assainissement ; on se sert , en général , d'une combinaison d'un acide du chlore avec une base ; mais cette combinaison est tellement instable, que l'air suffit pour la détruire et pour rendre le chlore libre. On peut dire que c'est de ce gaz que l'on condense pour des motifs d'économie ; en effet, le chlore gazeux occupe trop de volume pour être transporté. Si on le dissout dans l'eau, ce que l'on gagne en diminution de volume se transforme en augmentation de poids. Ces considérations expliquent pourquoi Ton a renoncé à l'emploi direct du chlore. Aujourd'hui , on l'engage dans une combinaison où il se condense de telle sorte qu'un litre de cette combinaison peut en fournir environ ?00 de gaz. Nous ajournerons l'étude de. ce composé et de ses congénères au temps où nous parlerons des métaux. Afin qu'elle nous soit plus aisée, faisons-nous, dès aujourd'hui , une idée sommaire des combinaisons principales que le chlore contracte avec l'oxygène.

La grande affinité que le chlore a pour l'hydrogène nous fait pressentir qu'il doit en avoir une faible pour l'oxygène, et que par conséquent tous les composés auxquels il donnera lieu en se combinant avec ce corps seront instables et éphémères. L'expérience ne dément pas cette prévision. En effet, de toutes les combinaisons oxygénées du chlore qui sont inscrites au tableau, il n'y a que la dernière qui soit assez stable, les autres se décomposent facilement.