TEMPÉRATURES

Jaune paille + 220*

Jaune d'or + U0*

Bran + 255»

Pourpre -f 265#

Bleu clair + 285e

Bleu indigo » -j- 295°

Bleu très-foncé -f 31 5«

Vert-d'eau + 332»

On a cru pendant longtemps que la singulière propriété qu'a l'acier de durcir par la trempe, était due à des causes toutes mécaniques : la densité plus faible de l'acier trempé appuyait cette opinion ; mais M. Rarsten a fait voir que d'autres causes peuvent y contribuer : dans l'acier trempé , par exemple, le carbone est distribué d'une manière uniforme; tandis qu'il en est autrement pour l'acier non trempé ou recuit. Dans les deux cas le carbone est à l'état de carbure de fer.

L'acier fond à la température qui ramollit le fer. Ainsi les points de fusion de la fonte de l'acier et du fer ont une relation avec les quantités de carbone contenues dans les trois matières. Moins il y a de carbone, plus le point de fusion est élevé : c'est pourquoi la fonte est plus fusible que l'acier, et celui-ci plus que le fer.

L'acier chauffé avec du fer perd du carbone ; il en prend , au contraire, si on le chauffe après l'avoir entouré de charbon en poudre. Plus il sera carburé, plus il durcira par la trempe ; cependant, au delà de certaines limites, il acquiert beaucoup des propriétés de la fonte.

Les propriétés chimiques de l'acier sont généralement les mêmes que celles du fer. On ne saurait distinguer ces deux matières que par la trempe, et par la tache noire que les acides laissent sur

l'acier ; tache qui est plus intense que celle qu'ils laissent sur le fer.

Expliquons cette différence, et disons tout le parti que l'on en a tiré. Nous terminerons par là l'examen de l'acier.

Quand on dépose sur de l'acier une goutte d'acide sulfurique, par exemple, le métal de la surface baignée se dissout, et le charbon, qui reste isolé, produit une tache noire : dans les mêmes circonstances, le fer donne lieu à une tache moins intense, parce qu'il contient fort peu de carbone. D'un autre côté, la tache de l'acier ne sera homogène que dans le cas où le carbone se trouvera également distribué dans la masse. C'est d'après cette considération que l'on fabrique Yacier damassé, qui, sous le nom de damas, nous venait autrefois de l'Orient.

Le damas n'est que de l'acier où le carbone n'est pas distribué d'une manière uniforme. Plongé dans un acide, il met à nu le carbone de sa surface , et prend l'aspect caractéristique qui le distingue.

On le prépare en fondant 3 kilog. de fer avec -^ de graphite, £ de battitures , et ■£ de dolomie qui doit servir de fondant. Quand le creuset commence à s'affaisser l'opération est terminée. Le culot, séparé des scories, est forgé, trempé, poli, et, enfin, soumis à l'action d'une substance susceptible de mordre au fer sans toucher au carbone. ' L'acide sulfurique, le vinaigre, la bière, le jus de citron et le sulfate de fer alumineux , sont les meilleurs mordants.

L'Europe fabrique du damas d'excellente qualité , grâce aux recherches de M. Anozoff, ingénieur russe, recherches qui sont consignées dans Y annuaire du journal des mines de Russie, et dont vous trouverez un résumé dans le Dictionnaire des arts et manufactures.

On peut encore obtenir de beaux damassés avec de l'acier qui contiendrait de petites quantités de certains métaux, tels que tungstène, molybdène, chrome, platine, titane, etc., etc. On remarquera que ces métaux sont très-peu attaquables par les acides.

Résumons les traits principaux de la fabrication du fer.

Les minerais ( fer oxydé) sont toujours associés à de la gangue. Lorsque celle-ci est de nature argileuse, ils peuvent être traités par la méthode catalane. On obtient ainsi des mélanges de fer doux, de fer aciéreux, et d'acier, où dominera l'un ou l'autre des produits, suivant la conduite de l'opération : la gangue devient fusible parce qu'elle se convertit en un silicate double d'alumine et de fer.

Lorsqu'on traite les minerais dans les hauts-fourneaux, on y ajoute des matières minérales capables de former, avec la gangue,

560 CHIMIB ÉLÉMENTAIRE.

une scorie composée de silicate d'alumine et de chaux. Gomme une scorie de cette sorte n'est fusible qu'à une haute température, le fer réduit dans de pareilles conditions, se combine avec le carbone et devient fonte.

Dans les deux procédés, la réduction du minerai est déterminée en grande partie par l'oxyde de carbone, et très-peu par l'action directe du charbon. La fonte peut être blanche ou grise : elle est grise lorsqu'une partie de son carbone est sous forme de graphite; dans cet état, elle sert à la confection des objets moulés : lorsqu'elle est blanche, elle est réservée à l'affinage.

La conversion de la fonte en fer est fondée sur l'action décarburante des silicates de fer : une partie de la base de ces silicates réagit sur le carbone de la fonte et le transforme en oxyde de carbone ; dès lors la fonte, en perdant du carbone , passe à l'état de fer.

Si l'affinage n'est fait qu'à demi, au lieu de fer on a de l'acier, et si l'on ajoute au fer une certaine quantité de carbone on a encore de l'acier.

L'acier préparé par un demi-affinage, ou dans le traitement à ta catalane, est appelé acier naturel; celui que l'on obtient par la carburation du fer, est appelé acier de cémentation. Plus la cémentation sera prolongée , plus grande sera la carburation ; si bien que l'on pourra rendre le fer aussi fusible que la fonte en lui faisant absorber du carbone.

L'acier se distingue du fer parce qu'il a la propriété de durcir par la trempe : il n'est homogène qu'après avoir subi la fusion.

Le fer, fortement chauffé avec du graphite et un flux, produit un acier qui, sous l'action des acides, devient moiré : il porte alors le nom d'acier damassé.

La proportion du carbone dans l'acier étant intermédiaire entre celle qui existe dans la fonte et celle qui existe dans le fer, il en résulte que la fonte ne se convertira en fer qu'après avoir passé par l'état d'acier ; et réciproquement, le fer deviendra de l'acier avant d'acquérir la fusibilité de la fonte. Ainsi, la fusibilité de ces trois matières dépend de la quantité de carbone qu'elles contiennent. La fonte fond avant l'acier , celui-ci avant le fer, parce que la première est plus carburée que le second, qui, à son tour, l'est davantage que le dernier.

Arrivons au fer chimiquement pur. C'est dans cet état que nous allons le considérer désormais, et que nous le supposerons faire partie des combinaisons dont nous allons nous occuper.

Le fer le plus pur, mais préparé par les moyens que nous connaissons, contient toujours de petites quantités de matières étran-

gères. Le fer absolument pur ne peut être obtenu que par Faction réductive du gaz hydrogène sur un oxyde ou un chlorure de fer , préparés artificiellement ; ou bien encore en fondant un excellent fer du commerce avec de l'oxyde de fer et du verre pilé : cette dernière substance sert de fondant, l'autre oxyde le carbone, le phosphore et le silicium , qui se trouvent dans le métal ordinaire. Les produits fixes de l'oxydation passent dans le fondant, qui abrite le fer de l'action de l'air.

Le fer cristallise dans le système cubique : sa couleur est le blanc d'argent; sa densité est 7,84. On a remarqué qu'elle diminue si l'on fait passer le métal à la filière ou au laminoir. Ce fait, quoique étrange , n'est pas cependant unique. U en est de même, par exemple, de la porcelaine; plus elle est cuite, moins elle est dense.

Le fer ne fond qu'à la température la plus élevée que l'on puisse atteindre dans un bon fourneau à vent. A + 950° du thermomètre à air il se ramollit assez pour pouvoir être soudé sur lui-même. Il possède à un haut degré la vertu magnétique qu'il perd à la chaleur blanche. Son équivalent est 350, son symbole est Fe.

L'air n'a d'action sur le fer qu'à une température élevée : la surface "du métal prend diverses colorations à mesure que la chaleur augmente; à -f 234° elle devient jaune d'or; à + 250° violetpourpre, à + 300° bleue , à + 400° toute coloration disparait pour reparaître plus tard , et disparaître encore ; enfin, elle redevient bleue quelques instants avant la chaleur rouge , température de l'oxydation.

Le fer se combine avec la plus grande partie des corps simples : avec les métaux pour former des alliages; avec les métalloïdes pour former des composés, qui prennent leur nom suivant les règles que nous avons expliquées en parlant de la nomenclature.

L'eau n'agit pas sur le fer, mais , avec le concours de l'air , l'action est très-prompte; il en résulte ce que l'on appelle la rouille. Si les éléments de l'air n'étaient pas solubles dans l'eau, ou bien si l'air n'était exclusivement formé que d'oxygène et d'azote , le fer ne se rouillerait pas. L'acide carbonique est la cause qui détermine le commencement de l'oxydation. 11 se forme d'abord un carbonate de protoxyde, qui, plus tard, passe à l'état de sesquioxyde : dès qu'un point de la surface du fer est oxydé, ce point , ainsi que je vous l'ai dit ailleurs , devient un foyer d'où l'oxydation ultérieure se propage rapidement en vertu d'une action électrique; car le fer et son oxyde constituent, par leur contact, un couple voltaïque qui détermine la décomposition de l'eau. Dès lors, non-seulement l'acide carbonique de l'air, mais

5ë2 CHIMIE KlÉMBNJrAIRE.

encore l'oxygène de l'eau décomposée , contribuent à oxyder le fer. Ainsi l'acide carbonique, sous l'influence de l'humidité, est la cause initiale de l'oxydation , et l'électricité en est la cause continuatrice.

L'intervention de l'électricité dans la formation de la rouille explique la présence de l'ammoniaque dans la rouille elle-même. En effet, si l'eau, en se décomposant, fixe son oxygène sur le métal, son hydrogène se combine avec l'azote dissous dans l'eau et forme de l'ammoniaque.

Le fer peut être préservé de l'oxydation au moyen des alcalis, du borax, des huiles siccatives, ou en le recouvrant d'une couche d'étain ( fer-blanc) ou de zinc (fer galvanisé) .

Depuis quelque temps on a imaginé de rendre inoxydable la fonte et le fer. en les recouvrant d'une espèce d'émail, ou d'un verni de nature vitreuse ; et comme on est parvenu à obtenir des ustensiles qui peuvent aller au feu sans que l'enduit qui les recouvre se fendille, on conçoit combien est grand le parti qu'on peut tirer de cette invention. La tôle dont sont faits les tuyaux de poêle, se détériore avec une grande facilité : les vases en fonte ou en fer communiquent aux aliments un goût désagréable, et leur conservation exige des soins ; au surplus tout objet en fer qui éprouve l'action de l'air et de la chaleur doit nécessairement s'user. Il n'en sera plus de même lorsqu'on aura popularisé l'usage d'enduire d'une couche vitreuse la plus grande partie des ustensiles qui servent aux usages domestiques.

Le fer incandescent décompose l'eau et s'empare de son oxygène : il réduit la plus grande partie des oxydes appartenant aux 4 dernières sections, et décompose, môme à, froid, les hydracides dont il remplace l'hydrogène.

Certains acides sont aussi décomposés par le fer, qui s'oxyde aux dépens de leur oxygène. L'acide azotique, qui est du nombre, présente dans quelques cas un phénomène assez singulier : si l'on plonge une lame de fer dans de l'acide azotique ordinaire , une réaction très-vive se manifeste aussitôt; en transportant cette même lame dans de l'acide azotique fumant, toute réaction cesse ; et quand même on plongerait de nouveau la lame dans le même acide ordinaire, qu'elle décomposait naguère avec tant d'énergie, la réaction n'aurait plus lieu qu'après un certain laps de temps. Le fer est donc devenu passif par cela seul qu'il a été plongé dans de l'acide azotique concentré.

M. Schœnbein attribue la cause de ce phénomène à l'acide azoteux qui accompagne toujours l'acide azotique fumant. Quoi qu'il en soit, dans ces circonstances, le fer peut perdre temporairement,

toute son activité chimique. Remarquez bien que le fer devient encore passif quand on le met en contact avec d'autres liquides , tels que l'acide acétique cristallisable, l'alcool anhydre , l'ammoniaque, les solutions alcalines, et le sulfure de potassium. Il paraît que tous ces faits dépendent de la même cause. Mis en contact avec ces substances , le fer se constitue dans un état électrique particulier, et perd par cela même sa faculté ordinaire d'agir , ce qui le prouve c'est qu'on peut la lui rendre, en le faisant fonctionner, comme pôle négatif, dans un circuit voltaïque.

La nature de ce phénomène une fois connue, on parvient à expliquer d'autres faits, qui, pendant longtemps, ont été considérés comme des anomalies. Pourquoi le fer ne décompose-t-il pas une dissolution alcoolique d'azotate de cuivre ? Parce que l'alcool rend passif le cuivre. Pourquoi le fer ne précipite-t-ii pas le cuivre dissous dans l'ammoniaque? Parce que cette dissolution agit sur le fer à la manière de l'alcool.

te fer se combine en trois proportions avec l'oxygène ; deux de ces combinaisons sont basiques, et la troisième acide.

Vous en voyez ici : les formules.

Fe 0 == Protoxyde de fer.

Fe* 05 « Sesquioxyde de fer.

Fe 0* = Acide ferrique.

Los deux oxydes , en se combinant entre eux , forment des oxydes salins dont le plus connu est l'oxyde magnétique

(FeO,Fe*Os).

La matière qui donne la couleur rouge ou jaune aux argiles, et aux ocres, est le sesquioxyde de fer : l'hématite, le fer oligiste, sont encore de ce même sesquioxyde. Dans la nature, on le trouve souvent à l'état d'hydrate : telle est la rouille dont se recouvre le fer plongé dans l'eau ( 2 Fe* O8 + 3 aq).

Le moyen le plus expéditif pour préparer le sesquioxyde de fer, consisté à verser un excès d'ammoniaque dans une dissolution d'un sel ayant pour base cet oxyde. Il se forme un dépôt jaune-rouge qu'on lave avec soin et qu'on calcine ensuite pour chasser les dernières portions d'ammoniaque que l'eau n'aurait pas enlevées. On peut aussi le préparer en calcinant un sel de fer, dont l'acide serait décomposable par la chaleur. Préparé de la sorte, il porte le nom de colcothar.

Le sesquioxyde de fer est isomorphe avec l'alumine, et la remplace en toute proportion dans les combinaisons. Fortement cal-

564 CHIMIE ÉLBMBNTAIBE.

ciné, il perd un peu de son oxygène et passe à l'état d'oxyde magnétique. Lorsqu'il a été préparé par voie humide, il est facilement réduit par l'hydrogène : il suffit de l'exposer à un courant de ce gaz et de le chauffer légèrement : le fer métallique qui en résulte est divisé de telle sorte, qu'il s'enflamme spontanément lorsqu'on le projette dans l'air [fer pyrophorique de Magnus ).

Le charbon et l'oxyde de carbone réduisent aussi le sesquioxyde de fer : nous en avons la preuve dans le traitement des minerais.

Les acides les plus faibles peuvent le dissoudre, mais seulement lorsqu'il n'a pas été calciné, autrement il n'est attaqué que par des acides énergiques et bouillants.

. Cet oxyde est employé comme couleur vitrifiable ; on s'en sert pour le polissage de l'or, de l'argent, des glaces, et pour l'affinage des rasoirs.

J'ai peu de choses à vous dire sur le protoxyde de fer (FeO), Il a une tendance si marquée à passer à Fétat de sesquioxyde , qu'à l'instant même où on le met en liberté, en décomposant par les alcalis un sel dont il est la base , il change immédiatement de couleur et passe du blanc au vert, au gris, au bleu et enfin au jaune. Même quand on le prépare par voie sèche, il contient toujours un peu de sesquioxyde; il forme alors tantôt l'oxyde magnétique, tantôt Y oxyde des battitures '.

D'après une ancienne observation de M. Sarzeaud (observation dont l'exactitude a été bien des fois constatée), lorsque le protoxyde de fer hydraté passe à l'état de sesquioxyde, il se forme toujours de l'ammoniaque. Il est possible qu'il se passe pour le protoxyde ce qui se passe pour le fer métallique lui-même. Leur oxydation se rattacherait, du moins en grande partie, à la décomposition de l'eau.

Le protoxyde de fer est une base assez énergique, aussi les sels dont il fait partie ont-ils une réaction beaucoup moins acide que la réaction des sels à base de sesquioxyde. Indépendamment de cette différence, l'action des alcalis sur une dissolution saline contenant les deux oxydes, le prouve d'une manière évidente. Si l'on verse par gouttes de l'ammoniaque faible dans une dissolution étendue et chaude de protosulfate et de sesquisulfate de fer, le sesquioxyde se séparera le premier ; et tant qu'il en restera une trace dans le liquide, l'ammoniaque ne déplacera pas le protoxyde.

1. On appelle ainsi les écailles noires qui se détachent du fer incandescent, lorsqu'il est frappé avec un marteau. Cet oxyde appartient à la classe des oxydes salins , mais sa composition paraît varier suivant les circonstances de sa formation. Ainsi d'après M. Berthier, il aurait la formule Fe* O3, 4 Fe 0. D'après M. Mosander la formule serait Fe2 O3, 6 Fe O.

Ces deux oxydes sont très-répandus dans la nature. Il est difficile d'analyser une substance minérale ou organique, sans qu'on y découvre du fer oxydé. Les terres arables qui ne sont pas en contact avec l'air, renferment du fer à l'état de protoxyde ; celles qui sont exposées à l'action de l'air renferment du fer à l'état de sesquioxyde : aussi en exposant à l'air les premières, changent-elles de couleur , parce que leur fer déjà oxydé , absorbe encore de l'oxygène.

On connaît une substance naturelle ferrugineuse appelée oxyde magnétique. Quand elle est cristallisée, elle a la forme de l'octaèdre régulier. Par sa composition, elle se place entre le protoxyde et le sesquioxyde. En effet , pour un équivalent de fer, elle en renferme un et un tiers d'oxygène. Mais évidemment c'est un oxyde salin formé par la réunion d'une molécule de chaque oxyde

(FeO + Fe20» = Fe*04).

Nous pouvons le produire à volonté , soit en faisant arriver de la vapeur d'eau sur du fil de fer incandescent, soit en décomposant par la potasse une dissolution d'équivalents égaux des deux sels, l'un à base de protoxyde, l'autre à base de sesquioxyde.

Préparé par ce dernier procédé, il est sous forme d'une poudre noire attirable à l'aimant, et qui peut fondre à une haute température sans se décomposer. Cela se conçoit , car le sesquioxyde de fer, fortement chauffé, passe à l'état d'oxyde magnétique. Traité par les acides puissants, il s'y dissout, et lorsqu'il est mis en liberté par les alcalis, on le retrouve avec toutes ses propriétés primitives.

En sa qualité d'oxyde salin , il ne peut former de sels particuliers. Dissous par les acides et évaporé , il produira toujours un mélange de deux sels.

Il est utile de connaître cet oxyde intermédiaire, parce qu'il est très-répandu. C'est peut-être à sa présence qu'est due celle du protoxyde signalée dans la plus grande partie des matières naturelles. En outre, il est le meilleur des minerais *. Enfin, l'aimant naturel en est formé presque entièrement.

La troisième combinaison du fer avec l'oxygène n'est connue que par les travaux de M. Fremy. Elle se compose d'une molécule de fer et de 3 d'oxygène. On ne la connaît qu'en combinaison avec les bases : dès qu'on veut l'isoler elle se décompose en sesquioxyde de fer et en oxygène.

1. Le fer de Suède doit sa supériorité à ce qu'il est tiré d'un minerai magnétique. i. 32

L'existence de V acide ferrique constitue un rapprochement de plus entre le fer et le manganèse. Ces deux métaux se ressemblent notablement par leurs propriétés chimiques. Aussi s'accompagnentils partout ; et il est rare qu'on ne trouve un peu de manganèse là où l'on trouve du fer. On se demandait pourquoi de ces deux métaux le manganèse seul pouvait s'acidifier. M. Fremy a fait disparaître cette discordance en découvrant l'acide ferrique.

On obtient le ferrate de potasse en projetant dans un creuset chauffé au rouge un mélange d'azotate de potasse et de limaille de fer ; ou bien encore, en faisant arriver un courant de chlore dans une dissolution alcaline tenant en suspension du sesquioxyde de fer hydraté.

La dissolution de ferrate de potasse est d'un beau rouge ; on en sépare le sel en y ajoutant beaucoup de potasse , substance dans laquelle le ferrate est insoluble.

Avant de passer à l'étude d'autres combinaisons ferriques, il importe que nous connaissions les réactions caractéristiques des deux oxydes lorsqu'ils sont à l'état de sel et dissous dans l'eau.

Il est impossible de confondre les sels à base de fer avec tous ceux que nous connaissons jusqu'à présent. L'hydrosulfate d'ammoniaque précipite tous les sels de fer en noir. Cette réaction suffit pour les distinguer des sels de manganèse , d'alumine , de magnésie, de chaux, etc., etc.

Les moyens que l'on emploie pour ne pas confondre les sels de fer à base de protoxyde avec les sels de fer à base de sesquioxyde, sont fort nombreux. Je me bornerai à vous indiquer dans le tableau suivant , les plus sûrs et les plus usités :