TECHNIQUE DE CES RECHERCHES

En prenant le problème de la séparation d'un mélange des différentes variétés de carbone avec tous les corps que la chimie minérale peut nous fournir, la question, à première vue, semble presque insoluble. Il est cependant assez facile de séparer quelques dixièmes de milligramme de diamant, d'un kilogramme de matière étrangère. Nous en a vous donné un exemple à propos de l'étude de la terre bleue du Gap.

Le diamant et le graphite sont en effet assez inattaquables par la plupart des réactifs, pour que des traitements réitérés à l'acide fluorhydrique concentré, puis à l'acide suifurique bouillant, puissent enlever la plupart des substances minérales. Tous les silicates disparaissent facilement. L'alumine fondue ou cristallisée et le fluorure d'aluminium cristallisé finissent par se ronger, se déchiqueter et se dissoudre. Quand il s'agit de composés tels que l'acide titanique, on peut avoir intérêt à traiter par l'acide

nitrique puis par l'ammoniaque. La séparation du résidu solide se fera toujours par décantation.

Lorsque les matières autres que le diamant et le g-raphite sont détruites, ou lorsqu'elles n'existent plus qu'à l'état de traces, on transforme le graphite en oxyde graphitique, et par cette méthode de séparation, que l'on doit à M. Berthelot, le diamant restera comme dernier résidu.

M. Berthelot avait indiqué de faire avec le mélange de différents carbones, le chlorate de potassium et l'acide azotique, une pâte épaisse et de maintenir le tout à la température de 60** pendant cinq ou six heures. Ce traitement, répété 6 à 8 fois, permettait la transformation complète du graphite en oxyde graphitique. On faisait ensuite déflagrer ce dernier composé en le portant au rouge sombre. L'acide pyrographitique ainsi obtenu était détruit à son tour par l'acide azotique et le chlorate de potassium.

Gomme notre intention dans ce travail n'était pas d'étudier et de comparer les différents oxydes graphitiques, nous avons modifié la méthode analytique de M. Berthelot de la façon suivante : On commence par détruire, au moyen de l'acide nitrique ou de l'eau régale, tout ce qui est carbone amorphe ; on lave ensuite, toujours par décantation; on sèche, et le mélange, sans être pulvérisé, est introduit au moyen d'un pinceau de blaireau dans un petit matras en verre.

On l'additionne alors, s'il ne s'agit que d'une petite quantité de graphite, de 2" environ de chlorate de potassium. On mélange le tout dans le matras et l'on ajoute 8 à 10'^'' d'acide nitrique monohydraté du commerce. On maintient le ballon au bain-marie à la température de 60** à 80° pendant une journée. On lave ensuite à l'eau bouillante, on sèche à l'étuve et l'on ajoute dans le matras les mêmes proportions de chlorate et d'acide. Cette

deuxième attaque se produit pendant la nuit et toujours à la température de 60°. On continue ces opérations jusqu'à ce que tout le g-raphite soit transformé en oxyde graphitique.

En détruisant tout le carbone amorphe avec soin avant l'oxydation, nous n'avons jamais eu d'explosion. En employant un grand excès d'acide nitrique, nous avons l'avantage, quand il n'y a que peu de graphite, de le mettre en solution ou en suspension, sous forme gélatineuse,, dans le liquide. Le g-raphite, dans ce cas, disparaît donc par une simple décantation.

Si, au contraire, la quantité de g-raphite est abondante, on le transforme en oxyde graphitique, que l'on peut détruire, soit par déflagration, soit par un traitement prolongé à l'acide sulfurique bouillant.

La vitesse d'oxydation d'un g-raphite' déterminé est variable suivant la concentration de l'acide nitrique.

Dans nos premières recherches, nous avons utilisé l'acide azotique monohydraté ordinaire et nous faisions plusieurs attaques sucessives.

Plus tard nous avons employé de l'acide azotique concentré obtenu par la décomposition du nitrate de potassium bien sec en présence d'un grand excès d'acide sulfurique exactement monohydraté. Dans ces conditions, ainsi que nous l'avons indiqué dans notre étude des g-raphites, l'attaque est beaucoup plus rapide. Dans ces manipulations assez longues, nous évitons autant que possible de changer de vase. Lorsque la destruction du graphite a été exécutée dans le petit matras dont nous avons parlé plus haut, pour enlever les traces de diamant qu'il renferme, on le remplit complètement d'eau, on le bouche avec le pouce et on le retourne dans une capsule contenant de l'eau. En vertu de leur densité, les poussières lourdes se réunissent rapidement au fond de la capsule.

FOOB ÉLECTRIQUE. ^^

146 LE FOUR ÉLECÏIUQUE

Pour examiner ces poussières au microscope, on se sert d'un tube effilé qui forme pipette, on ferme l'extrémité supérieure avec le doigt et l'on place là pointe auprès des parcelles réunies au fond de la capsule. En enlevant le doigt, la pression atmosphérique projette ces poussières dans le tube avec le liquide de la capsule et l'on peut ensuite les déposer sur une lame de verre pour les examiner au microscope. A la façon dont elles tombent dans le liquide, on peut déjà reconnaître si leur densité est plus ou moins grande. Après l'examen microscopique, la lame de verre et la lamelle qui la recouvrait sont lavées au-dessus de la capsule avec le jet d'une pissette à eau distillée.

Cet examen microscopique montre tout d'abord que, malgré toutes les précautions, ces résidus [renferment toujours une petite quantité de fragments de verre. Ces derniers peuvent provenir des vases ou des liquides. Lorsque le laboratoire contient une soufflerie, les poussières de verres se rencontrent d'une façon permanente dans l'atmosphère et se retrouvent ensuite au fond des verres à pied et des capsules.

On trouve aussi dans ces résidus de petits grains de silice à cassure brillante ou à surface arrondie ; il ftiut même avoir soin, pour les éviter, de faire recristalliser, dans des vases fermés, le chlorate de potassium qui doit servir à la destruction des graphites. Pour la même raison on ne doit jamais agiter les flacons contenant les acides ni utiliser le liquide qui se trouve au fond.

Cette présence constante du verre et de la silice dans le résidu exige finalement un traitement par l'acide fluorhydrique bouillant. Pour cela, le faible résidu qui reste dans la capsule est projeté, avec une pissette à jet, dans une capsule de platine. L'excès de liquide est décanté, et, sur les parcelles encore mouillées, on verse de l'acide fluorhydrique à 5o pour i oo de concentration. Cet acide a été préparé à l'étal de pureté dans le

HEPRODUCTION DU DIAMANT 147

laboratoire par la décomposition du fluorhydrate de fluorure de potassium dans un alambic en platine. Le liquide acide est porté à une température peu inférieure à son point d'ébullition pendant deux ou trois heures. On laisse refroidir, puis on lave par décantation à l'eau distillée.

Parfois le résidu a aug-menté, et l'on voit au microscope des cristaux de forme régulière qui sont formés de fluorures insolubles dans un excès d'acide.

Il faut alors reprendre par l'acide sulfurique bouillant qui, en quelques heures, détruit ces composés. Après refroidissement, on étend d'eau l'acide et l'on fait un nouveau traitement par l'acide fluorhydrique.

Après lavage à l'eau, le volume du résidu a notablement diminué.

Ces divers traitements doivent s'exécuter, en ayant bien soin de ne jamais amener le léger résidu dans un état de dessiccation complète. Ce n'est qu'à la fin des opérations que l'on sèche la capsule de platine à l'étuve. On reprend ensuite ce résidu par l'iodure de méthylène, d'une densité de 3,4, dans lequel le diamant tombe avec facilité.

Il faut laisser ces parcelles en contact,pendant plusieurs heures, avec l'iodure de méthylène et les agiter entre temps. Cette dernière expérience se fait dans un petit tube à essai fermé par un bouchon de liège.

Nous nous sommes servi aussi, pour séparer les divers échantillons de carbone, du bromoforme d'une densité de 2,9.

Lorsque les fragments de carbone et de diamant ont été traités par le chlorate, il arrive souvent qu'ils ne sont plus mouillés par l'eau et la plupart des liquides.

Aussitôt que la surface de ces poussières est parfaitement nettoyée, par un phénomène de capillarité facile à comprendre,

ils nagent sur l'eau et ne peuvent être que difficilement précipités au fond d'un verre à pied rempli de ce liquide. Il est utile de pulvériser alors à la surface du liquide une petite quantité d'alcool concentré. Nous avons souvent perdu de petits diamants par suite de ces phénomènes de capillarité.

B. — Solubilité du carbone dans quelques corps simples à la pression ordinaire.

Dans un chapitre précédent, nous avons établi que si l'on préparait du carbone à basse température, c'est-à-dire de -|- 20 à -}- 200°, ce carbone était toujours amorphe.

A la suite de ces premières études, nous avons cherché à séparer le carbone d'un dissolvant par une simple variation de température.

Le meilleur dissolvant du carbone est le fer en fusion. C'est sur lui que nos premières expériences ont porté.

Mais, à côté de ce corps simple, de nombreux métaux possèdent la même propriété. Si peu de choses étaient connues jusqu'ici sur ce sujet, cela lient à ce que les recherches avaient été faites entre des limites de température trop restreintes. J/emploi du four électrique nous a permis d'étendre le nombre de nos observations.

Enfin, nous avons fait varier la nature du dissolvant, espérant saisir quelques différences dans les propriétés du carbone ainsi préparé.

Argent. — Nos premiers essais ont porté sur l'argent à la température de 1000°. L'argent pur, fondu dans une brasque de charbon de sucre, ne dissout pas sensiblement de carbone. Le culot, traité par l'acide nitrique, nous a laissé un résidu très faible et qui a été étudié avec soin au microscope. Lorsque l'on

employait un creuset de Doulton ou lorsque notre creuset de charbon de cornue renfermait des silicates, nous avons souvent rencontré les cristaux empilés de silice, décrits par M. Marsden, et dont nous avons parlé au début de ce travail.

Lorsque le creuset de charbon a été traité par le chlore, ou si l'argent a été fondu sous une couche de chlorure de sodium, on rencontre, dans l'examen microscopique, de petits cristaux très brillants, lourds, réfring-ents, insolubles dans l'acide azotique et dans l'eau, pouvant rester plusieurs heures dans l'ammoniaque étendue sans s'y dissoudre sensiblement, n'ag-issant pas sur la lumière polarisée et appartenant au système cubique. Ce sont de petits cristaux de chlorure d'argent, solubles dans l'ammoniaque, à la longue, et immédiatement décomposables par l'acide sulfurique bouillant.

Si l'on chauffe l'argent en présence de charbon de sucre, à la température de la forge, il dissout alors une petite quantité de carbone, et, après attaque par l'acide azotique, le résidu examiné au microscope, renferme du carbone amorphe et du graphite. Si, dans le creuset ou dans labrasque, il se rencontre de la silice, on obtient déjà à cette température dé petits cristaux jaunes ou transparents assez épais de siliciure de carbone. Ce composé raye le rubis, résiste à tous les acides, même à l'acide fluorhydrique, et a été pris quelquefois pour du diamant; son aspect, l'action qu'il exerce sur la lumière polarisée, sa combustion incomplète dans l'oxygène à 700" et son attaque par les alcalis peuvent servir facilement à le caractériser.

Pour atteindre une température plus élevée, nous avons inventé notre premier four électrique en chaux vive qui, dans un autre ordre d'idées, nous a rendu tant de services (i).

(1) Description d'un nouveau four électrique. Comptes rendus, t. CXV, p. 1031, décembre \^^2,&i Annales de Chimie et de Ffiysiqve, 7^ s^rie, t. IV, p. 365.

Au moyen de cet appareil, nous pouvions porter un métal à une température voisine de 35oo°. Nous avons remarqué de suite que, à sa température d'ébullitio'n, l'argent dissolvait une petite quantité de carbone et ce métalloïde, par refroidissement, se sépare sous forme de graphite (i). Après dissolution du métal par l'acide nitrique, puis traitement du résidu, ainsi que nous Tavons indiqué précédemment, jamais nous n'avons obtenu aucun résidu visible au microscope. Tout le graphite, après transformation en oxyde graphitique, était détruit, et il ne nous restait aucune poussière tombant dans l'iodure de méthylène. Cette expérience a été répétée bien des fois, le résultat a toujout"s été le même.

Fer. — Lorsque l'on sature le fer de carbone, à une température comprise entre iioo^et 35oo", on obtient, parle refroidissement, des résultats dift'érents, selon la température à laquelle la masse a été portée et suivant la vitesse de refroidissement. Si l'on ne chauffe qu'à iioo° ou 1200°, il reste, après attaque par les acides, un mélange de charbon amorphe et de graphite en petits cristaux. A 35oo°, il se fait surtout du graphite en très beaux cristaux. Lorsque le graphite est préparé à haute température, il est tellement brillant qu'il réfléchit autant de lumière (jue le miroir du microscope et ((u'il peut, à première vue, sembler transparent.

Entre 1 100" et3ooo", la fonte de fer liquide se conduit comme une solution cpii dissout de plus en plus de carbone au fur et à mesure cpie la température s'élève. C'est ce qui explifpie la formation du graphite sur les fontes fortement chauffées aux hautsfourneaux (jui, en passant de 1700" à 1 100°, point de leur solidification, laissent sortir de leur masse une abondante cristallisation de graphite.

(1) A haute température, le siliciure il« carbone se produitavec facilité dansce métal. H. MOISSAX. Sur la préparation du silici'ire de carbone cristallisé . Comptes remlm, t. CXVII, p. 425.

Dans les nombreuses expériences, exécutées »ur la fonte en fusion, soit à la température de la forg-e, soit à la température du chalumeau oxhydrique, soit enfin au four électrique, je n'ai jamais obtenu que des graphites dont j'ai déjà donné les propriétés.

Aliiminiiun. — La solubilité du carbone dans l'aluminium peut se démontrer avec facilité à la température du four électrique et elle se produit dès la température de la forg-e.

On peut préparer ainsi un carbure d'aluminium transparent, en cristaux jaunes de formule G-^ Al^, qui se décompose lentement par l'eau en donnant du g"az méthane pur. En même temps que ce carbure se produit, l'excès d'aluminium, ou le carbure en fusion, abandonne de beaux cristaux de g-raphite et rien que du g-raphite.

Gluciniiim. — Le carbure de glucinium, préparé par M. Lebeau au four électrique, peut dissoudre avec facilité du carbone à très haute température. Après attaque par l'acide chlorhydrique étendu, il donne du graphite.

Chrome. — Nous avons eu l'occasion de préparer, au four électrique, une vingtaine de kilogrammes de ce métal dans des conditions variées. La fonte de chrome se combine avec facilité au carbone à haute température et fournit deux carbures définis et cristallisés de formule CCr^ et G'Cr^. Par une nouvelle élévation de température, ces composés dissolvent abondamment du carbone, qu'ils abandonnent ensuite sous forme d'un graphite bien cristallisé en petites lamelles très miroitantes.

Manganèse. — Le manganèse dissout rapidement le carbone à la température du four électrique. Gomme ce métal est très volatil, on peut même enlever, sous forme de vapeur, l'excès de manganèse et recueillir ainsi du graphite bien cristallisé. Après

152 LE FOUR ÉLECTniQUE

Iraiiement par les acides, puis par le mélange oxydant, ce graphite ne laisse aucun résidu.

Aickel. — Ce métal, au four électrique, se comporte comme le fer, en présence du carbone. Il paraît cependant en dissoudre une quantité moindre.

Cobalt. — Le cobalt dissout de m^'me du carbone qu'il abandonne sous forme de graphite.

Tungstène. — Le tungstène, préparé au four électrique, lorsque l'on opère avec un mélange d'oxyde et de charbon, dans lequel ce dernier n'est pas en excès, peut ne pas renfermer de carbone et se limer avec facilité. On obtient ainsi dès la première opération le métal non carburé. Cette expérience se fait dans un creuset de charbon, car le tungstène est assez difficilement fusible pour que toute la masse métallique, d'environ i***, reste sous forme d'une éponge ne touchant le creuset que par quelques points. Ce tungstène est d'une grande pureté, même à l'analyse spectrale.

Si l'on continue à chauffer cette éponge métallique, sous l'action d'un courant puissant, elle fond, se combine alors au carbone du creuset et produit un carbure GTg^ (jui va dissoudre assez de carbone pour l'abandonner par refroidissement sous forme de graphite.

Molybdène. — Le molybdène au four électrique dissout plus de carbone que le tungstène. Il est d'ailleurs un peu plus fusible et donne un carbure défini de formule CMo^. Lorsque la températurc s'abaisse, le charbon entré en solution se sépare à l'état de graphite.

Uranium. — L'uranirm, plus fusible que les deux métaux précédents, se rapproche 'u fer au point de vue de la solubilité du carbone. 11 produit en .^.e refroidissant une notable quantité de graphite. Il ne faut pasoui^lier que l'uranium est assez volatil.

et si la chauffe est trop long-ue, on perd une grande quantité du métal. L'uranium donne un carbure défini et cristallisé de formule G^' Ur2.

Zirconium. — Le zirconium dissout aussi du carbone qu'il abandonne sous forme de graphite qui reste emprisonné dans le métal. Gela tient à ce que son point de fusion est très élevé. Aussitôt que l'on arrête l'arc, la partie extérieure du métal se solidifie et le graphite ne peut venir nager à la surface. En attaquant le carbure de zirconium G Zr, par les acides, on voit que l'excès de carbone qu'il renferme ne se trouve qu'à l'état de graphite.

Vanadium. — Le vanadium se conduit comme le zirconium. Il est difficilement fusible, et le carbone qui entre en solution cristallise en lamelles graphitoïdes au milieu du carbure G Va.

Thorium. — Le carbure de thorium G^Th, de couleur jaune d'or et bien cristallisé, peut dissoudre assez de carbone pour abandonner en se solidifiant des cristaux de graphite. Il ne nous a fourni aucune autre variété de carbone.

Métaux alcalino'terreux. — Les carbures alcalino-terreux G~Ga, G'Ba et G^St, lorsqu'ils sont maintenus liquides dans le four électrique, dissolvent du charbon qu'ils abandonnent sous forme de graphite.

Il en est de même des carbures de cérium G^Ge, de lanthane G^La et d'yttrium G^Yt.

Titane. — Le titane carburé fondu au four électrique est un corps pâteux, qui grimpe avec facilité sur les parois du creuset. Il ne présente pas la liquidité très grande de la fonte de molybdène, de tungstène ou de fer. Ge corps simple fournit un carbure défini GTi. Ge dernier peut, par une élévation de température assez grande, dissoudre du carbone qu'il abandonne ensuite sous forme de graphite soit à la surface, soit à l'intérieur du titane.

Platine. — Au moment où le platine entre en ébullition au four électrique, il dissout du carbone, qu'il rejette, avant son point de solidification, à l'état de graphite. On peut obtenir ainsi des cristaux nets et bien formés. Ce graphite est foisonnant, ainsi que nous l'avons démontré précédemment.

L'iridium, le palladium et le rhodium donnent le même résultat.

Silicium. — Nous avons préparé du silicium cristallisé, aussi pur que possible par la méthode de Deville, et nous l'avons fondu en globules de la grosseur d'une noisette à la température de la forge. Pour que cette expérience réussisse bien, il faut éviter l'action de l'azote et entourer le creuset d'une brasque d'acide titanique et de charbon. On peut aussi ajouter au silicium un petit fragment de sodium, (jui abaisse alors le point de fusion du métalloïde, et produit plus facilement de gros globules fondus. Les cristaux de silicium à fondre étaient tassés au fond d'un petit creuset de charbon de cornue, et recouverts de charbon de sucre en poudre. Une fois cette première fusion obtenue, le globule était chauffé à nouveau au milieu d'une brasque de charbon de sucre, soit dans un four à vent, soit à la forge.

Après refroidissement, on casse ces globules, et l'on trouve, dans leur intérieur, du graphite et de petites géodes tapissées de cristaux brillants. Ces cristaux peuvent être mis en liberté, en dissolvant le culot de silicium dans un mélange d'acide nitrique monohydraté et d'acide fluorhydri(jue. Ils peuvent atteindre plusieurs millimètres de longueur, rayent le rubis avec facilité et ont une densité de 3, 12. On obtient ainsi le siliciure de carbone de formule CSi, préparé pour la première fois à l'état amorphe par M. Schiitzenberger.

En répétant cette expérience au four électrique, le rendement

en siliciiire de carbone est beaucoup plus grand, mais il n'est mélangé d'aucune autre variété de carbone.

Dans toutes les expériences qui précèdent, le corps simple fondu ayant dissout du carbone était attaqué par un acide ou par un mélang-e d'acides appropriés et le résidu traité par la méthode que nous avons décrite au chapitre portant comme titre : Technique de ces recherches.

Le g-raphite était transformé en oxyde graphitique, détruit ensuite et les traitements étaient poussés assez loin pour que tout le corindon, que l'on rencontre souvent dans ces culots, fût entièrement dissous.

Après la série complète de ces attaques, il ne nous restait absolument rien sous le champ du microscope. Jamais nous n'avons obtenu des fragments noirs ou transparents non attaqués, tombant dans l'iodure de méthylène, qui puissent être pris pour du diamant.

La conclusion à tirer de ces expériences est la suivante : A la pression ordinaire, si l'on élève suffisamment la température, un très grand nombre de corps simples ou de. carbures peuvent dissoudre du carbone et l'abandonner ensuite par un simple abaissement de température. Le carbone mis en liberté est toujours du graphite.

C. — Action d'une haute température sur le diamant et sur différentes variétés de carbone.

Après avoir constaté cette formation constante de graphite dans les métaux difficilement fusibles, il nous a semblé utile, avant d'aller plus loin, de rechercher quelle pouvait être l'action d'une température très élevée sur les différentes variétés de

Diamant. — Dans un Mémoire publié aux Annales de Chimie et de Physique (3^ série, t. XX), en 1847, Jacquelin a établi que le diamant se transforme en graphite, lorsqu'on le chauffe au milieu de l'arc électrique. Il est facile de rendre cette expérience visible pour tout un amphithéâtre en lui donnant la forme suivante : Au moyen d'un faisceau de lumière électrique assez intense, on projette sur un écran l'image de deux charbons cylindriques verticaux entre lesquels on peut faire jaillir un arc d'intensité moindre. L'un des charbons, très légèrement creusé, supporte un diamant brut ou taillé de loo""* à 200'"*', dont l'image est projetée dans ces conditions, avec une grande netteté. On approche ensuite ces charbons avec lenteur, de façon à faire jaillir l'arc sur le côté et à échauffer lentement le diamant pour (ju'il n'éclate pas tout d'abord. Aussitôt que la température est assez élevée, le diamant est porté à l'incandescence, et on le voit bientôt foisonner sans fondre et se couvrir de masses noires entièrement formées de graphite. Examiné après l'expérience, ce graphite se présente sous forme de lamelles hexagonales, séparées les unes des autres et facilement transformables en oxyde graphitique, sous l'action du mélange de chlorate de potassium et d'acide nitrique.

On peut disposer cette expérience d'une autre façon, en plaçant, au milieu du four électrique que j'ai décrit précédemment, le diamant'enfermé dans un petit creuset en charbon de cornue. J'ai réalisé cette expérience avec un arc de 70 volts et 3oo ampères ; le cristal commence par se briser en menus fragments suivant les plans du clivage. Enfin, si la température continue à s'élever, chaque petite masse foisonne abondamment et la transformation en graphite est complète. Les lamelles irrégulières ou hexagonales se désagrègent avec facilité, et fournis-

sent, par oxydation, un oxyde graphitique d'une belle couleur jaune.

A la température de l'arc, même si cet arc n'est pas très puissant (i), la forme stable du carbone est donc le graphite.

Dans de nombreuses expériences, j'ai eu l'occasion de chauffer des diamants bruts ou taillés, entourés d'une brasque de charbon, à une température voisine de 2000°, au moyen du chalumeau à oxygène. Dans ces conditions, le diamant s'est quelquefois recouvert d'une couche noire adhérente qui disparais-, sait lentement dans le mélange de chlorate de potassium et d'acide azotique, mais je n'ai jamais obtenu de graphite.

Je rappellerai aussi qu'en brûlant les diamants du Cap pour en obtenir les cendres et les soumettre à l'analyse, j'ai toujours vu, au moment de sa combustion, le diamant se recouvrir d'un enduit noir, fait qui avait été signalé autrefois par Lavoisier et vérifié depuis par M. Berthelot.

Chai^bon de sucre. — Le charbon de sucre, maintenu dans un creuset fermé et chauffé au four électrique, se transforme complètement en graphite et ne fournit pas d'autre variété de carbone. L'aspect extérieur du charbon est resté le même et nous n'avons pu, au microscope, reconnaître aucune cristallisation.

Charbon de bois. — Le charbon de bois, chauffé dans les mêmes conditions, se transforme de même en graphite sans trace de cristallisation. Au microscope, les fibres du bois ont toujours conservé leur forme. Nous avons donné le détail de ces expériences dans notre étude du graphite.

Charbon de cornue. — La transformation en graphite du

(1) Nous avons pu transformer avec facilité un diamant en graphite, dans un petit creuset de charbon formant l'extrémité de l'électrode positive d'un arc de 30 volts et de 40 ampères. Cet arc était produit par une machine dynamo actionnée par un moteur à gaz de quatre chevaux.

158 LE FOUn ÉLECTRIQUE

carbone des électrodes servant à l'arc électrique, a été indiquée pour la première fois par Fizeau et Foucault : Recherches sur r intensité de la lumière émise par le charbon dans l'expérience de Davy{\).

Dans ses expériences sur la reproduction du diamant, expériences dont nous avons parlé au débtit de ce Mémoire, Despretz a remarqué que ses électrodes et ses petits creusets laissaient une trace sur le papier et avaient pris l'aspect du g-raphite. M. Bcrtholot a démontré que les creusets de Despretz, quiétaient restés à la Sorbonne, étaient, en effet, transformés en graphite, par l'oxydation de cette variété de carbone, au moyen du chlorate de potassium et de l'acide azotique.

Dans nos nombreuses expériences, faites au four électrique, nous avons eu bien des fois l'occasion de vérifier ce phénomène.

Noir de fumée . — Le noir de fumée, séché avec soin et tassé dans un petit creuset de charbon, a été chauffé au four électrique, pendant dix minutes, avec un courant de i ooo ampères et de 70 volts. Après l'expérience, la densité de ce carbone est devenue ég-ale à 2,12. Il est inattaquable par l'acide azotique et fournit de l'oxyde graphitique par le mélange de chlorate de potassium et d'acide azotique. Après la déflagration de l'oxyde graphitique, et après traitement par le mélange oxydant, puis par l'acide fluorhydrique, il ne reste aucun résidu.

Ainsi, quelle que soit la variété de carbone que l'on étudie, par une élévation de température suffisante, cette variété est toujours amenée à la forme graphite. Ce graphite, ainsi ([ue nous l'avons démontré précédemment, peut être plus ou moins stable, amorphe ou cristallisé, mais il est toujours transformable en oxyde graphitique par le mélange d'acide azotique et de chloi;^te de potassium.

(1) Ann. deCkim. et de Phys.,^» série, t. Il, p. 371 ; 1844.

Ces recherches ont été faites à la température de l'arc électrique, c'est-à-dire à une température très élevée. Certains composés, en particulier les corps iodés, peuvent déterminer cette transformation du carbone en graphite à plus basse température, ainsi que M. Berlhelot l'a démontré. Mais ce sont là des réactions comparables à celles de l'iode sur le phosphore ordinaire, qui permettent à une polymérisation de se produire un peu plus tôt, sans modifier le sens général du phénomène.

De toutes ces expériences nous pouvons conclure que la variété g-raphite est la variété de carbone stable à haute température, à la pression ordinaire.

Etude de la vapeur de carbone. — Avant d'aller plus loin, il nous a semblé indispensable d'étudier ia vapeur du graphite fortement chauffé.

Jusqu'ici, la formation de la vapeur de carbone n'avait été constatée que dans l'arc électrique, soit grâce à l'analyse spectrale, soit par la belle synthèse de l'acétylène de M. Berthelot.

On peut démontrer l'existence de cette vaporisation, en dehors de l'arc, de la façon suivante : si l'on place un tube de charbon d'un diamètre intérieur de 2"°" environ, au milieu d'un four électrique en chaux vive, chauffé par un arc puissant, 2000 ampères et 80 volts, on voit l'intérieur du tube se remplir rapidement d'un feutrage noir très léger produit par la condensation de la vapeur de carbone.

On peut encore rendre cette vapeur de carbone visible en plaçant dans une nacelle, au milieu de ce tube de charbon fortement chauffé, du silicium cristallisé. On voit alors le silicium fondre, entrer en ébullition et, au fur et à mesure que sa vapeur s'élève, elle vient rencontrer la vapeur de carbone, qui descend du haut du tube sous l'action calorifique de l'arc. Il se produit

entre la nacelle et le tube un lacis de fines aiguilles de siliciure de carbone. Ce dernier composé, cristallisé et transparent, s'est formé par union directe des deux vapeurs.

A une très haute température, produite dans notre four électrique, on peut donc, en dehors de l'arc, vaporiser le carbone.

Nous avons pensé qu'il était intéressant d'étudier comment se produisait cette vapeur. En g-énéral, un corps passe de l'état solide à l'état liquide, puis, après une élévation de température suffisante, il prend l'état gazeux. Le carbone se conduit-il de même ou fait-il exception à la rè^le générale ? Les expériences suivantes vont résoudre la question.

Nous avons placé à l'intérieurde notre four électrique, chauffé au moyen d'un arc de 1200 anq)ères et 80 volts, un petit creuset de charbon bien pur, dans lecpiel le couvercle massif entrait profondément et à frottement doux. Ce petit creuset était disposé sur un disque de charbon soutenu par un lit de magnésie comprimée. La chauffe a duré dix minutes et la chaleur produite était assez intense pour volatiliser plusieurs centaines de grammes de chaux et de magnésie.

Après refroidissement,, le couvercle, qui était resté en place, n'adhérait nullement au creuset ; toute la masse était transformée en graphite, mais les deux surfaces n'étaient pas soudées.

Lorsque l'on place une nacelle de charbon dans un tube de même substance, et que l'on chauffe le tube, soit superficiellement, soit inférieurement, au moyen d'un arc puissant ou de plusieurs arcs, on n'arrive jamais à souder la nacelle au tube.

En faisant agir un arc de 1 000 ampères et de 80 à 90 volts dans notre four électrique à tube, il arrive souvent (|ue la partie supérieure du tube, qui est la plus exposée à l'action calorifique de l'arc, se troue, sans que les bords de l'ouverture pré-

sentent, après refroidissement, aucune trace de fusion (i).

Nous avons chauffé du charbon de sucre dans un creuset fermé, au moyen d'un arc de looo ampères et 70 volts. Le charbon de sucre a g-ardé sa forme ; il conserve encore les vacuoles par où se sont dégagés les hydrogènes carbonés au moment de sa préparation. Il est entièrement transformé en graphite, mais la masse pulvérulente, examinée au microscope avec un faible grossissement, ne présente aucune trace de soudure.

En chauffant, dans les mêmes conditions, du graphite, du charbon de bois ou du charbon de cornue purifié par le chlore, on ne retrouve, après l'expérience, que du g-raphite, mais chaque variété de carbone a conservé sa forme et l'on ne rencontre nulle trace de fusion ou de soudure.

Si l'on examine les électrodes formées de carbone aussi pur que possible, qui ont été employées dans ces expériences, on voit que les pointes sont arrondies, complètement transformées en graphite, mais qu'elles ne présentent pas trace de matière fondue. Avec un courant de 2200 ampères et de 70 volts, la transformation sur les électrodes de o,o5 de diamètre s'est opérée sur une longueur de iS"™.

Voici l'analyse du graphite pris à l'extrémité de l'électrode :

Carbone - 99,63

Hydrogène 0,03

Cendres 0,39

(1) Grâce à l'ubligeance de M. Meyer, directeur delà Société Edison, nous avons pu pendant les vacances de l'année 1894, poursuivre ces nouvelles expériences sur la volatilisation du carbone, au moyen d'une machine de 300 chevaux.

Dans ces conditions, nous avions, dans notre four électrique, un arc d'environ 2200 ampères et 70 à 80 volts. La force effective était donc, dans le four électrique, de 200 chevaux. On obtient ainsi un foyer intense et, dans la cavité du four, les parties les plus éloignées de l'arc se trouvent exactement à la température de volatilisation de la chaux vive. La cavité du four s'agrandit, en effet, de plus en plus au fur et à mesure de la durée de l'expérience.

FOOH ÉLECTRIQUE. 11

Avant l'expérience, la quantité de cendres de ce charbon était voisine de i pour loo. Toutes les matières minérales étant plus volatiles que le carbone, l'électrode s'est purifiée peu à peu par volatilisation.

On peut même former l'extrémité de l'électrode positive par un cylindre de charbon ajusté à frottement doux, et, après l'expérience, ce cylindre, qui s'est trouvé dans la partie la plus chaude de l'arc, est déformé mais ne s'est pas soudé à l'électrode.

Nous devons faire remarquer qu'il n'en est plus de même si le charbon employé contient des impurett^s : oxydes métalliques, silice ou acide borique.

Nous avons déjà indiqué rpie l'acide borique fournit, dans ce cas, un borure de carbone défini et cristallisé, de formule Bo^C. Ce borure de carbone cristallisé peut s'unir à un excès de charbon et produire des corps d'apparence fondue, à forme plus ou moins arrondie, des g-outtelettes d'une dureté parfois très grande, mais qui ne sont pas formées de carbone pur. Une très petite quantité d'imj)uretés métalliques peut de même donner des carbures fondus ou cristallisés ; j'en ai décrit plusieurs. Il est donc indispensable dans ces expériences de n'employer que du carbone aussi pur que possible.

D'après ces expériences, le carbone passe donc de l'état solide à l'état gazeux sans prendre l'état liquide.

Il reste à étudier la variété de carbone produite par la condensation de cette vapeur.

Nous avons recueiUi la vapeur de carbone par trois procédés différents :

i'' Par (listillation. — La vapeur de carbone, condensée dans un tube de charbon, ainsi que nous l'avons indiqué précédemment, nous adonné un dépôt noir entièrement formé de graphite.

nEPRODUCTION DU DIAMANT 163

2*' Par condensation sur un corps froid. — Lorsque nous avons placé un tube de cuivre, traversé par un courant d'eau froide (i), dans notre four électrique, nous avons recueilli, à sa surface, un dépôt noir qui a été traité à froid par l'acide chlorhydrique très étendu, pour le débarrasser de la chaux vive et du carbure de calcium. Ce dépôt contient de petites sphères de silice et d'autres impuretés, mais il est formé surtout d'une poudre impalpable, nageant sur l'eau, de couleur g-rise au microscope et qui présente tous les caractères du graphite amorphe (2).

3" Par condensation sur une paroi chaude. — Lorsque l'on fait jaillir l'arc électrique dans un four en chaux vive, pour éviter la présence de l'acide carbonique qui absorbe la vapeur de charbon pour se transformer en oxyde de carbone, on obtient, surtout au pôle négatif, des champignons de carbone qui proviennent de la vaporisation de ce métalloïde dans l'arc luimême.

Lorsque le four électrique en chaux vive marche quinze à vingt minutes, il arrive souvent que l'on recueille des champignons de carbone sur les deux pôles. Dans quelques expériences où un courant de gaz inerte froid, traversait le four, nous avons trouvé des filaments de carbone qui unissaient les deux pôles, ce dont on s'apercevait de 'suite par la rapide diminution du nombre des volts.

Ce carbone, dont la surface est plus ou moins arrondie, examiné au microscope, ne présente lui aussi aucune apparence de fusion. Sa densité est de 2,10. A l'analyse, il nous a donné

(1) H. MoissAN. Étude de quelques phénomènes nouveaux de fusion et de volatilisation produits au moyen de la chaleur de l'arc électrique. Comptes renâug, t. CXVI, p. 1429, 12 juin 1893.

(2) Si l'on recueillait la matière qui se trouve condensée sur la partie inférieure du tube de cuivre, c'est-à-dire sur celle qui se trouve du côté de l'arc électrique, on y rencontrerait de petits cristaux de graphite qui proviennent des gouttelettes liquides de carbure de calcium projetées de tous côtés dans les expériences de longue durée.

164 LE FOUR ÉLECTItlQUË

pour 100 : 99,61 à 99,90 de carbone, il ne renfermait qu'une trace insignifiante de cendres.

Son analyse quantitative nous a fourni :

Carbone 99,61 99,84 99,90

Hydrogène 0,018 0,03 0,031

Cendres 0,023 0,018 0,017

C'est donc du carbone pur produit par distillation.

Il présente tous les caractères du graphite et ne peut être brûlé, dans l'oxygène, qu'à une température assez élevée. Sa combustion ne peut s'effectuer que dans un tube de porcelaine.

M. Ueslandres a étudié le spectre fourni par ce carbone et il a trouvé (ju'il contient moins de raies (jue les spectres similaires publiés par MM. Liveing et Dewar, Hartley et Adeney, Eder et Valenta (i).

En résumé, toutes ces condensations de la vapeur de carbone nous ont toujours donné du graphite.

Lorscjue ces diverses expériences ont été terminées, nous avons pensé à les vérifier avec un petit appareil très simple, la lampe à incandescence. Tout le monde connaît aujourd'hui le dis])ositif de cet appareil. Un filament de charbon est réuni, grâce à un dépôt électrolytique de cuivre, aux extrémités de deux fils de platine. Ce filament est enfermé dans une ampoule de verre, dans lacjuelle on a fait le vide, avec la trompe à mercure. Après un temps d'éclairage (jui varie de 5oo heures à 900 heures, on voit un léger voile se produire sur le verre. Ce dépôt augmente et met bientôt la lampe hors d'usage. D'autres fois, sous l'action d'un courant trop intense, le filament se brûle en un point, et donne en même temps et tout d'un coup le

(1) Deslandbbs. Étude spectrale des charboas du four électrique. Compte» rendus, t. CXX, p. 1«5, 10 juin 1895.

même dépôt qui se répand uniformément sur l'intérieur de l'ampoule.

Une trace de silice ou de sel de calcium, déposée accidentellement sur le filament de carbone, peut fournir un siliciure de carbone ou un carbure de calcium fusible ou volatil, qui amène une diminution du diamètre du filament. En ce point, la résistance augmente et le courant développe une température plus élevée ; dès lors, le carbone se volatilise et le filament ne tarde pas à se rompre.

Si l'on recueille le dépôt noir qui se trouve à l'intérieur de l'ampoule, dans un vase rempli d'eau, et si on l'examine au microscope, on remarque : des cristaux très petits de siliciure de carbone de forrpe caractéristique, des cristaux empilés rappelant la silice obtenue par M. Marsden dans l'argent en fusion, et surtout de petites masses plus ou moins agglutinées de couleur noire. Ce dernier dépôt avec un fort grossissement, ne nous a pas présenté trace de cristallisation. Nous devons faire remarquer, en même temps, que, sur le liquide, nage une pellicule mince qui, au microscope, a une teinte marron. Le contenu d'une lampe a été traité par le mélange d'acide nitrique et de chlorate de potassium, et la matière noire ne s'est pas détruite aussitôt. On a maintenu ce mélange pendant douze heures à la température de 60% et après lavage et décantation, le léger dépôt obtenu, examiné au microscope, nous a présenté des cristaux très nets et de petites parcelles d'oxyde graphitique. On a enlevé alors la petite lamelle supérieure, on a fait évaporer le liquide et le résidu^ sur la plaque même de verre, a été porté au rouge sombre.

Un nouvel examen microscopique a fait voir, que tous les cristaux et parcelles jaunes ou verdâtres avaient déflagré et étaient remplacés par un dépôt floconneux noir, beaucoup plus

volumineux. Ce dépôt a disparu, à son tour, par combustion à l'air, au rouge sombre. Nous pouvons conclure de cette expérience que le voile formé sur les lamj)es à incandescence est surtout constitué par du graphite (i).

Si, d'autre part, on examine au microscope les extrémités du filament qui a été rompu dans une lampe à incandescence, on reconnaît que les pointes du filament ne présentent pas de parties fondues et que les extrémités sont hérissées de petits cristaux de graphite (2).

De toutes ces expériences, nous pouvons conclure que, dans le vide comme à la pression ordinaire, le carbone passe de l'élit solide à l'état gazeux sans prendre la forme liquide. A ce point de vue, il peut donc être comparé à l'arsenic.

Lors(|ue le carbone gazeux reprend l'état solide, il fournit toujours du graphite.

D. — Expériences sous pression.

Les expériences précédentes sur la vaporisation du carbone, les recherches sur l'action d'une haute température sur les différentes variétés de charbon, ainsi que la formation constante de graphite dans les métaux en fusion, nous ont amené à donner une nouvelle direction à nos recherches.

Les nombreuses études géologiques entreprises sur les différents terrains où se rencontre le carbone cristallisé semblent établir, d'une façon indiscutable, que le diamant n'est pas un minéral de filon (3).

(1) La petite pellicule qui surnageait sur le liquide était formée aussi de graphite qui, après déflagration, a laissé un oxyde pyrographitique facilement combustible.

(2) Le graphite qui forme le filament est plus difficilement transformable en oxyde graphitique que le dépôt recueilli à l'intérieur de la lampe.

(3) De nombreux ouvrages traitent de ces questions ; mais je tiens à rappeler à ce

Aucun cristal n'a été rencontré fixé sur une roche (jui, nettement, lui avait servi de support. Tantôt on trouve les diamants dans des sables d'alluvion, tantôt dans des conglomérats de peu de dureté, ou dans une brèche serpentineuse.

Bien plus, on n'a jamais rencontré dans les puits du Cap les deux morceaux du même fragment brisé, placés l'un à côté de l'autre. La masse que renferme ce puits a été projetée de bas en haut en coulées juxtaposées.

Le diamant préexistait dans cette brèche serpentineuse du Gap, car, dans le cas contraire, il faudrait admettre aussi que les .quatre-vingts espèces minérales,, trouvées dans cette roche désagrégée, se seraient produites dans les mêmes conditions. Peut-on croire que, la calcite, les zéolites, la topaze, le grenat, le zircon et le fer titane se soient formés dans la même substance et dans les mêmes conditions ?

Le diamant doit donc venir des couches profondes du globe, c'est là qu'il a dû se produire, et, dès lors, la pression a dû intervenir au moment de sa formation.

D'ailleurs, il nous semble que les preuves abondent pour établir l'importance de la pression dans cette production de diamant. La profondeur des puits qui, aujourd'hui dépasse, 5oo"', est un fait qui vient à l'appui de cette théorie.

M. Moule a démontré que l'on rencontre du granit dans les puits verticaux du Gap. Or, le granit est une roche qui, de l'avis de tous les géologues, a dû être formée sous pression. Elle viendrait donc, comme le diamant, de couches plus profondes.

Certains diamants portent des stries qui, d'après M. Daubrée, ne peuvent être attribuées qu'au frottement des diamants les uns

sujet l'important travail de M. BouTAN ayant pour titre : Le Diamant, et publié dans V Encyclopédie chimique de Frémy,

contre les autres, dans le transport qui a lieu des terrains profonds aux couches superficielles.

Il arrive parfois que les diamants retirés de la terre bleue du Gap se fendent ou éclatent, après un temps variable. Ne peuton pas considérer ce phénomène comme l'indice d'un état physique instable, dû à des pressions très fortes, qwi ont pu agir au moment de la formation du diamant ?

Jamais aucun diamant, parmi tous ceux que l'on a rencontrés, n'a présenté nettement un point d'attache sur une roche quelconque. Certains cristaux possèdent une forme d'une régularité parfaite. Il semble donc que ce diamant se soit produit au milieu d'une matière li(juide ou pjiteuse, et l'on se demande de suite (juel peut être le dissolvant (jui a été utilisé.

D'après les propriétés connues du carbone et d'après les expériences relatées dans cet ouvrage, ce sont surto'ut les métaux qui dissolvent le carbone avec facilité. Dans cette voie, le fer est hu des meilleurs. Si l'on se souvient maintenant que la terre bleue du Gap renferme, comme je l'ai établi, du graphite parfaitement cristallisé, que le graphite bien cristallisé se forme avec la plus grande facilité dans un métal en fusion et non pas j)ar volatilisation, on est amené à rechercher la cristallisation du carbone dans le fer fondu sous pression.

J'ajouterai que l'étude des cendres du diamant, dans lesquelles on rencontre toujours du fer, nous a conduit à la même conclusion. On peut objecter que ce métal se trouve disséminé dans toute la nature ; mais les quantités que l'on rencontre dans certains boorts et dans quelques diamants noirs, nous semblent trop importantes pour être dues à une dissémination comparable à celle du manganèse ou de l'acide borique.

A ce point de vue, il est assez curieux de faire remarquer que, parmi tous les minéraux qui se trouvent dans un mètre cube

nEPRODUCTION DU DIAMANT 169

déterre bleue, le plus abondant, et de beaucoup, est le fer titane, ainsi que M. Stanislas Meunier l'a démontré. •

Enfin, s'il était besoin d'une dernière preuve, elle nous serait fournie par ce fer de Canon Diablo qui, au milieu d'une masse métallique nous a présenté, entourés de carbone amorphe en lanières nettement comprimées, deux petits diamants transparents à surface rugueuse et chag-rinée. Ici, la nature semble être prise sur le fait. Ce carbone a dû cristalliser sous l'action d'une forte pression ; le fer était à l'état liquide, et grâce à un refroidissement brusque, dû à une cause quelconque, il y a eu contraction violente de la masse, et le carbone est passé d'une densité de 2 à celle de 3,5 ; il adonné du diamant.

Telles sont les idées, vraies ou fausses, qui m'ont amené à chang-er la direction de mes recherches sur le diamant et à faire intervenir la pression. Je ne sais si cette théorie résistera aux études de mes successeurs, mais c'est à elle que je dois les expériences que je vais décrire et qui m'ont amené à reproduire le diamant en cristaux microscopiques.

Détau. des expériences. — Pour réaliser cette expérience, j'utilise la pression produit^ par l'augmentation de volume que subit une masse de fonte au rtioment de son passage de l'état liquide à l'état solide. On sait, en effet, que la fonte solide a une densité plus faible que la fonte hquide. C'est un fait connu dans la pratique industrielle, que les saumons de fonte surnagent, sur le bain de la même fonte liquide.

De même que l'eau, la fonte augmente de volume au moment de sa solidification.

Nous avons donc commencé ces recherches en chauffant au chalumeau à oxygène une petite quantité de fer dans un creuset de charbon, puis nous avons plongé le tout dans l'eau froide.

Ces premières expériences n'ayant fourni qu'un résultat douteux, nous avons pensé qu'il était indispensable de saturer le fer de carbone à une température plus élevée. Pour arriver à ce résultat, nous avons employé le four électrique. A la température élevée, fournie par cet appareil, le fer dissout une grande quantité de carbone, qui est ensuite abandonné sous forme de graphite lorscjue la fonte revient à son point de solidification.

L'expérience était réalisée de la fa^'on suivante : 200*'* de fer doux de Suède, coupés en cylindres de i"" à 2'"™ de longueur et i"" environ de diamètre, étaient placés dans un creuset de charbon et recouverts complètement de charbon de sucre. Nous avons donné, dès le débu^de cet ouvrage, la disposition du four électrique, nous n'y reviendrons pas actuellement.

On chaufle pendant trois à six minutes avec un courant de 60 volts et 35o ampères. Le couvercle du four est enlevé et, en s'entourant la main d'un linge, on saisit le bord du creuset avec une pince de fer, puis on le plonge brusquement dans un vase rempli d'eau froide. Le creuset et le métal qu'il contient restent au roug-e pendant quelques minutes, en dégageant des bulles gazeuses (jui viennent crèvera la surface du liquide sans inflammation. La température diminue rapidement, le creuset se refroidit, toute lueur disparaît; rexpérienceestterminée(fig. 24.)

Ce n'est pas sans une certaine appréhension que nous avons exécuté, pour la première fois, cette expérience ; je m'étais demandé s'il ne se produirait pas d'explosion au moment où l'on placerait dans l'eau un creuset rempli de fer liquide, porté à la température de 3ooo". En réalité, grâce à la caléfaction, l'expérience est sans danger. Nous avons pu prt^parer 25o à 3oo culots de fer ainsi refroidis brusquement, et nous n'avons jamais eu d'accident. Avec d'autres métaux, et en particulier le bismuth, il n'en a pas toujours été ainsi.

Le culot métallique est ensuite attaqué par l'acide chlorhydrique bouillant jusqu'à ce que cet acide ne fournisse plus la réaction des sels de fer. Il reste alors trois espèces de charbon : du g-raphite en petite quantité quand le refroidissementa été brusque; un charbon de couleur marron en lanières très minces, contour-

FiG. 24.

nées, paraissant avoir subi l'action d'une forte pression (nous avons rencontré la même variété dans différents échantillons du fer de Canon Diablo) ; enfin, il s'est formé une très faible quantité d'un carbone assez dense qu'il s'agit maintenant d'isoler.

On traite à plusieurs reprises par l'eau régale, puis par des traitements alternatifs à l'acide sulfurique bouillant et à l'acide fluorhydrique. Le résidu est ensuite placé dans l'acide sulfurique que l'on porte à la température de 200*' et dans lequel on projette.

par petites quanlilés, du nitrate de potassium en poudre. Tout le carbone amorphe est détruit. La portion la plus dense, examinée au microscope, ne contient plus que très peu de g^raphite et renferme différentes variétés de carbone. On lui fait subir alors six ou huit attaques au chlorate de potassium et à l'acide azotique fumant, préparé par nous, c'est-à-dire aussi exempt d'eau que possible. Après un dernier traitement par l'acide fluorhydrique bouillant, puis après décantation, par l'acide sulfurique bouillant, j)our détruire les fluorures formés, on lave, puis on sèche le résidu et l'on séj)are par le bromoforme quelques parcelleg à densité élevée.

Après cette première séparation par le bromoforme, le faible résidu, recueilli au fond de ce liquide, est lavé à l'éther puis placé dans un petit tube rempli d'iodure de méthylène. Quelques petites parcelles transparentes se déposent, et des fragments noirs nagent sur le liquide. On recueille les 'uns et les autres, on les place séparément dans un verre à pied conique, de forme bien régulière, en présence d'un grand excès d'eau distillée.

Il est facile dès lors de les prendre avec une pipette (voir Technique de ces expériences) et de les déposer sur une lame de verre. On les recouvre d'une lamelle, et on les examine au microscope.

Les fragments opaques ont un aspect chagriné, une teinted'un noir gris, identique à celle des échantillons de carbon. Leur densité varie de 3 à 3,ô, puisque (juelques-uns tombent dans l'iodure de méthylène et d'autres dans le l)romoforme. Certains à surface moins rugueuse et d'un noir plus foncé présentent des arêtes courbes. D'autres possèdent des angles bien déterminés (fig. 2.5) et qui, à première vue, peuvent appartenir à un cube.

Pour recoryiaître si ces fragments rayent le corindon, on fixe, avec un peu de mastic Golaz, un rubis présentant une face bien

polie sur un morceau épais de glace. Avec une pointe fine en bois dur, mouillée, on touche les petits frag-ments noirs, puis l'on frotte fortement la surface du rubis. On a eu soin, au préalable, de reg-arder cette surface bien éclairée au microscope sous un faible grossissement. La pointe de bois doit être promenée

FiG 25. — Diamants noirs de synthèse. Gr. : 100 d.

sur le rubis dans le sens perpendiculaire aux stries du polissage. On regarde à nouveau au microscope, et si les parcelles, entraînées par la tige de bois, ont une dureté suffisante, on voit des raies plus ou moins .profondes marquées sur la face horizontale du rubis. Après chaque essai, la surface de ce rubis doit être polie à nouveau. Ce procédé nous a permis de reconnaître la dureté de poussières très ténues. En faisant légèrement miroiter la surface du rubis, on retrouve les plus petites stries.

La poussière noire, dont nous avons parlé plus haut, rayait le rubis avec facilité.

Il restait à la faire brûler dans l'oxygène. Nous avons fait

FiG. 26. — Nacelle de platine.

alors construire une petite nacelle de platine qui portait un couvercle creux sur lequel, par estampage, se trouvaient formées quatre petites cupules à surface brillante et bien polie (fig. 26).

Les petits fragments noirs étaient pris, dans le verre à pied rempli d'eau, au fond duquel ils se trouvaient, au moyen d'une pipette formée d'un tube effilé. Puis, en posant sur la cupule la pointe de la pipette, et en redressant cette dernière, les fragments tombaient grâce à leur densité, et restaient, avec quelques gouttes d'eau, à la surface du platine. La nacelle était portée à l'étuve pour évaporer l'eau. On plaçait ensuite la petite cupule qui renfermait les fragments noirs sous le champ du microscope, et l'on en dessinait l'image à la chambre claire.

Cette nacelle était disposée enfin dans un petit appareil de platine (fig. 27), formé d'un tube fermé par un ajutage à frotte-

Fig. 27.

ment doux, et traversé par un courant d'oxygène. L'appareil était chauffé, dans la partie médiane, qui contenait la nacelle, par un chalumeau à gaz dont la température était d'environ 1200". On chauffait de vingt à trente minutes, on laissait refroidir, et l'on porUil à nouveau sous le champ du microscope, en plaçant la nacelle dans le même sens que précédemment. On dessinait alors à la chambre claire le contenu de la cupule de platine, ce qui était facile, car le fond brillant formait miroir et, en comparant les deux dessins, on voyait quels étaient les fragments qui avaient disparu et si, à leur place, il restait quelque peu de cendres.

Le tube de platine dont nous venons de parler pouvait être remplacé j)ar un tube de porcelaine de Berlin, de o'",3o de longueur, fermé par des ajutages de verre fixés au mastic Golaz. On disposait, à la suite de l'appareil, un petit barboteur renfermant de l'eau de baryte qui se troublait aussitôt qu'il se produi-

sait de l'acide carbonique. Un barboteur identique se trouvait, bien entendu, avant le tube à combustion et était séparé de ce dernier par un tube à potasse fondue, de façon à indiquer si l'oxyg-ène préparé par nous ne renfermait pas une petite quantité d'acide carbonique.

Une trace de carbone peut être facilement reconnue par ce procédé, ainsi que je m'en suis assuré par des expériences préliminaires.

Les diamants noirs, de densité 3 à 3,5, retirés de notre culot de fer, brûlaient dans l'oxygène en donnant de l'acide carbonique, et laissaient un très léger résidu de cendre ocreuse, à la place qu'ils occupaient sur la petite cupule de platine.

Les fragments transparents ont un. aspect gras ; ils s'imbibent de lumière et possèdent un certain nombre de stries parallèles, et parfois des imprersions triangulaires. Ces derniers fragments sont, le plus souvent, entourés d'une gaine de charbon noir ; on ne les reconnaît qu'après les attaques au chlorate de potassium qu'il faut porter quelquefois jusqu'au nombre de dix.

FiG. 28. — Gr. : 100 d.

Quelques-uns de ces diamants sont à surface arrondie (fig. 28, B), d'autres paraissent brisés en menus morceaux (fig. 28, A). Un de ces fragments A était légèrement coloré en jaune, ainsi que le cube B delà figure 29.

D'autres se présentent soùs forme de cubes (figf. 29, B), ou possèdent une forme irrég"ulière (fig-, 29, A et G). Leur densité -à tous est voisine de 3,5 puisqu'ils tombent dans l'iodure de méthylène ; ils rayent le rubis très profondément, et ils brûlent dans l'oxygène sans laisser de cendres, ou en produisant une trace de cendre légèrement ocreuse avec production d'acide carbonique.

FlG.29. — Diamants transparents de synthèse. Gr. : ICK) d.

Quant au rendement de ces premières expériences, il a été tellement faible, que nous n'avons pu réunir les quelques milligranunes de cristaux transparents nécessaires pour peser l'acide carboni(pie produit par la combustion. Du reste, un certain nombre de ces culots ne nous ont rien donné, ce qui tient à ce que la pression a été insuffisante. Il arrive parfois que la croûte métallique, formée pendant le refroidissernent brusque, est brisée et que le métal de l'intérieur encore liquide est repoussé à la surface. D'autre part, les dégagements gazeux forment des géodes au milieu du métal et empêchent la pression d'être régulière. Dans ces cas, qui n'ont été (|ue trop nombreux, après les traitements au chlorate de potassium et à l'acide fluorhydrique, il ne restait absolument rien sur le champ du microscope.

Pour que la préparation réussisse mieux, nous avons cherché à entourer un culot de fonte d'une enveloppe de fer doux. Voici comment on réalise cette expérience :

Du charbon de sucre est fortement comprimé dans un cylindre de fer doux fermé par un bouchon à vis de même métal (fig-. 3o). Ce cylindre a o'",o4 de haut et o'",oi de diamètre intérieur. Son épaisseur est de 8'"'" à lo'"'". On fond au four électrique une

Fig. 30.

quantité de fer doux de So^"" à 200^'", opération qui n'exige que quelques minutes, puis dans le bain liquide on introduit rapidement le cylindre contenant le charbon. Le creuset est aussitôt sorti du four et tren^pé dans un seau d'eau. On détermine ainsi la formation rapide d'une couche de fer solide, et, lorsque cette croûte est au rouge sombre, on retire le tout de l'eau et on laisse le refroidissement se terminer à l'air.

Lorsque l'on brise un culot ainsi formé, on trouve à l'extérieur une couche de fonte, puis du métal moins carburé et, au centre, une partie riche en carbone dans laquelle se trouvent les petits diamants. La quantité de diamant noir produite paraît plus

FlQ. 31. — Diamants noirs du cylindre. Gr. : 80 d.

grande que dans le procédé précédent. Le rendement est un peu supérieur bien que toujours très faible. Un certain nombre de culots ne valent rien par suite de la rupture de la couche externe ou par suite de la production de géodes.

FOUB ÉLECTRIQUE. 12

LE FOUn ELECTniQUE

Les attaques se font par les procédés qui ont été décrits plus haut.

Nous avons obtenu ainsi les diamants noirs de la fig-ure 3 1 et des diamants transparents.

Un de ces diamants transparents {fig. 32) mesurait o"'"',38, soit environ quatre dixièmes de millimètre dans sa plus grande long-ueur. Son aspect était tout à fait caractéristique; il tombait dans l'iodure de méthylène et, brûlé dans la petite nacelle de platine, il a disparu dans l'oxyg-ène vers 900" en fournissant de l'acide carbonifjue. En retirant avec précaution la nacelle, du tube dans lequel avait été faite la combustion, on retrouva à la

FiG. 32. — Diamant transparent du cylindre.

Fio. 33. — Gr. : KO d.

place de ce petit frag^nienl, une trace de cendres, à peine visible au microsct)pe, ayant conservé la même forme et (pii avait une couleur d'un gris ocrcux.

Un diamant (fig. 33) d'une belle limpidité et bien cristallisé, provenant d'une autre préparation, a brûlé de même dans l'oxygène en ne laissant pas de cendres.

D'une façon générale, lorsque le fer employjî dans ces expériences est bien exempt de silicium et lorsque le creuset ne renferme pas d'alumine, les fragments noirs ou transparents ne fournissent point de cendres par leur combustion dans l'oxygène.

Eœpériences faites dans la limaille defev. — Il nous a sem-

nEPRODUCÏION DU DIAMANT 179

blé que la vitesse de refroidissement avait une influence capitale sur la formation de ce carbone cristallisé.

Lorsque nous refroidissons notre creuset dans l'eau, la caléfaction empêche tout contact entre la fonte portée au roug-e et le corps liquide.

Le refroidissement, au début, se produit donc surtout par rayonnement. Pour diminuer plus rapidement la température, nous avons essayé de refroidir la fonte liquide par conductibilité. Pour cela, 200^'' de fonte, saturés de carbone au four électrique, sont versés dans une cavité pratiquée au milieu d'une masse de limaille de fer et recouverts de suite d'un excès de cette même limaille. La fonte s'entoure de fer en fusion et le tout se refroidit rapidement, g-râce à la conductibilité de la limaille. Après attaque par les acides, après le traitement par le chlorate de potassium et l'acide azotique, enfin après l'action de l'acide fluorhydrique, puis de l'acide sulfurique bouillant, il reste de petits diamants de forme arrondie présentant rarement une apparence cristalline et renfermant presque toujours à l'intérieur de petits points noirs qu'on appelle crapauds en terme de joaillerie (i).

(1) On rencontre dans la nature, aussi'bien au Brésil qu'au Cap, des diamants transparents renfermant des inclusions de forme variable. Ces inclusions peuvent être de nature différente, mais les plus nombreuses sont noires et, lorsqu'elles sont abondantes, elles fournissent cette variété de carbone cristallisé, à aspect gras, que l'on désigne sous le nom de diamant noir.

Nous pouvons démontrer que ces inclusions noires sont duesâ une variété de carbone différente du diamant, de la façon suivante : un diamant noir de 2»'',2365, présentant quelques petites plages transparentes, a été enveloppé d'un morceau de toile, placé sur une enclume et brisé au marteau. 11 s'est clivé dès le premier choc, et nous a fourni un pointement octaédrique très net. Nous avons réduit le tout en poudre fine au mortier d'Abiche, et cette poussière, d'un gris noir, examinée au microscope, est formée de fragments, renfermant de nombreux crapauds.

On chauffe alors un centigramme environ de cette poudre dans un tube de verre de Bohême traversé par un courant d'oxygène, à une température inférieure de 200"' à la température de combustion du diamant. L'expérience dure une demi-heure. On constate d'une façon très nette, un léger dégagement d'acide carbonique, qui s'arrête bientôt et

Ces diamants à crapauds ont une densité de 3,5, rayent le rubis et brûlent avec facilité dans l'oxyg-ène en donnant de l'acide carbonique. Dans cette nouvelle expérience, la pression semble avoir été moins forte et la transformation du carbone en diamant moins complète; le rendement, du reste, est toujours assez faible. L'expérience du refroidissement par la limaille de fer a été répétée un assez grand nombre de fois (une quarantaine environ). Lorsque le culot a été régulièrement formé et qu'il ne

FiG. 81. — Diamants à crapauds. Gr. : 80 d.

renfermait pas de cavité, le résultat a toujours été le même. La forme des crapauds était variable, tantôt formée de petits points noirs répandus au hasard, tantôt produisant des plages de peu d'étendue (fig. 34).

Nous regardons cette formation des diamants à crapauds

qui est mis en évidence par de l'eau de baryte. Après refroidissement le diamant a perdu sa teinte grise ; il est devenu blanc et, au microscope, on ne retrouve plus de crapauds. La matière noir, que renfermait ce diamant, brûle donc dans l'oxygène en fournissant de l'acide carbonique et le diamant reprend sa transparence.

L'expérience ne réussit qu'avec du diamant noir réduit en poudre très fine.

tJn éclat de diamant noir chuauffé dans les mêmes conditions, ne se décolore pas. L'expérience réussirait peut-être en chauffant, avec précaution, ce diamant dans de l'oxygène comprimé.

comme très importante, puisqu'elle nous fournit des résultats comparables à ceux que nous rencontrons dans la nature. De plus, leur faciès tout spécial permet de suite de reconnaître ces fragments pour du diamant. 11 arrive en effet parfois, que l'on obtient de petits grains transparents, dont la densité est supérieure à celle de l'iodure de méthylène, qui ont résisté à toutes les attaques des acides et du chlorate de potassium et qui ne sont point formés de carbone. Ces parcelles ne présentent jamais d'ang-les déterminés, de stries ou d'impressions triangulaires ; elles sont arrondies et ne brûlent pas dans l'oxygène. On les retrouve après la combustion sur les cupules de platine ; leur forme n'a pas changé, parfois seulement leur surface est légèrement dépolie. Cette substance s'est produite particulièrement avec les fontes riches en silicium, ou bien lorsque nos électrodes renfermaient une notable proportion de silice et d'alumine ; nous y reviendrons à propos de l'analyse quantitative du diamant de synthèse.

Expériences faites dans le plomb fondu. — La formation des diamants à crapauds nous a amené à chercher un refroidissement plus rapide par conductibilité. Nous avons pensé alors à refroidir notre fonte liquide saturée de carbone, en la plongeant dans un bain d'étain en fusion. L'expérience n'a pas donné de bons résultats, parce que la fonte fortement chauffée s'unit avec facilité à l'étain ; il se formait au milieu du licjuide de longs filaments d'un alliage de fer et d'étain, et nous n'avions aucune masse agglomérée.

De plus, lorsque nous plongions notre creuset rempli de fonte à 3ooo° dans le bain d'étain liquide, maintenu aux environs de son point de fusion, la combinaison de fer et d'étain dégageait de la chaleur, et toute la masse ne tardait pas à être portée à une température trop élevée pour que notre expérience puisse réussir.

L'étain, ne donnant que de mauvais résultats, a été remplacé par le plomb liquide, maintenu autant que possible aux environs de son point de fusion, c'est-à-dire vers 325". Le creuset contenant la fonte était rapidement introduit au fond d'un bain de plomb de o™,io environ de profondeur. La fonte étant plus légère que le plomb fondu, il se détachait du creuset des masses qui tendaient à prendre la forme de sphères et qui s'élevaient plus ou moins rapidement au travers du plomb liquide. Lorscjue la fonte est saturée de carbone au four électrique, elle est tellement pâteuse, qu'il est possible de retourner le creuset qui la contient sans rien renverser. Aussitôt que la lenq)érature s'abaisse, le métal ne tarde pas à redevenir liquide, en même temps qu'il abandonne du graphite. Les plus petites sphères, celles (jui ne mesuraient que o'",oi ou o"*,02 de diamètre, étaient solides et suffisamment refroifhes en arrivant à la surface du bain. Les autres, lors(ju'clles parvenaient encore li([uides à la partie supérieure du ploml), produisaient à l'air la combustion de ce métal avec dégagement d'abondantes fumées de lilharge et parfois j)rojection d'oxyde ou de métal incandescent. Quelques minutes plus tard, on enlevait tous les globules métalliques qui nageaient sur le plomb fondu, on attarpiail le j)l()inb dont ils étaient recouverts j)ar l'acide azotique, puis on les soumettait au traitement indicjué précédemment pour nos autres culots métalliques.

Dans ces conditions le rendement, tout en étant toujours très faible, a été un peu meilleur. Mais ce qui nous a frappé tout d'abord, c'est la limpidité des diamants transparents ainsi obtenus ; nous n'avions plus de diamants à crapauds, et la surface de quelques-uns d'entre eux présentait des cristallisations très nettes. Nous y avons reconnu de [très nombreuses stries parallèles et de petites impressions de cubes semblables à celles

nEPUODLCTlON DU DIAMANT 183

que l'on rencontre parfois dans certains diamants naturels. Un de ces diamants transparents (fig-. 35), dont le diamètre atteignait o'"'",57, présentait la forme d'un triangle dont les ang-les étaient arrondis. Sa limpidité était parfaite; sur un point, à droite, il laissait voir une légère cavité et sa surface était recouverte d'impressions ayant l'aspect de petits cubes. Trois mois après sa formation, ce diamant, qui étaitserré entre deux lamelles de verre, s'est fendu sur deux points différents. Nous

Fig. 35. — Diamant par refroidissement dans le plomb.

avons pu suivre pendant quelque temps l'agrandissement de ces petites fentes, et, après trois semaines, le diamant a été trouvé sur sa préparation brisé en plusieurs morceaux.

Cet accident s'est produit aussi sur un autre échantillon, qui a été retrouvé de même, entre les deux lamelles de verre, pulvérisé en menus frag^ments^

Cette production de diamants, qui éclatent plusieurs mois après leur préparation, nous paraît assez importante. On sait que certains diamants, retirés des mines du Cap, présentent des phénomènes identiques. Il nous semble que ces accidents des fragments microscopiques que nous avons obtenus et des diamants du Cap, doivent être attribués à la forte pression que les uns et les autres ont subie, au moment de leur formation.

Les échantillons de diamants, préparés par cette méthode de refroidissement dans le plomb fondu, étaient très curieux à examiner au point de vue de leur forme. Le plus souvent la

surface de ces diamants était lisse et brillante (fig. 36), parfois elle était chagrinée, creusée par de petites capsules présentant un aspect spécial que l'on rencontre souvent dans les diamants naturels. Ces cristaux possédaient un relief très accusé. Ils avaient toujours l'éclat gras particulier au diamant. Enfin, quand un rayon lumineux pénétrait à l'intérieur, ils s'illuminaient et semblaient pour ainsi dire s'imbiber de lumière. Quelques-uns se présentaient en cubes ou en octaèdres à face arrondie. M. Bouchardat, professeur de Minéralogie à l'Ecole supérieure

Fio. 36. — Diamant par refroidiseeinent FiG. 87. — Diamant cristallisé en cube, dans le plomb. Gr. : 100 d. Gr. : 100 d.

de Pharmacie, a bien voulu examiner ces cristaux au point de vue de leur forme, et il en a rencontré un, entre autres, possédant nettement la forme d'un trapézoèdre à douze faces, c'est-à-dire se présentant comme une forme hémiédrique du système cubique.

Examinés en lumière polarisée convergente, tantôt ces cristaux (fîg. 35 et 36) ne présentent aucun phénomène de coloration (c'est le cas le plus général), tantôt ils prennent des teintes faibles (fîg. 37). Nous avons eu plusieurs fois l'occasion d'étudier des cristaux de diamants naturels qui nous ont présenté des phénomènes de coloration beaucoup plus intenses. 11 nous

semble que ces colorations bien connues peuvent s'expliquer facilement parla pression nécessaire à la production de ces cristaux.

Nous en décrirons quelques-uns. Celui qui est représenté (fig-. 87) et qui, dans sa plus g-rande long-ueur, mesure o""",4o est une pierre d'une transparence parfaite qui laisse voir au travers de sa masse les plus petits détails de la partie inférieure. C'est un assemblage de cristaux aussi épais que long-s et présentant des impressions carrées en très grand nombre. Il est formé de plages superposées à cristallisation troublée. Sur les côtés, on distingue de très nombreuses stries parallèles.

Le diamant représenté (fig. 38) a la forme d'une goutte

Fig. 38. — Diamant en forme de goutte. Gr. : 80 d.

qui aurait été solidifiée brusquement. Sa surface est chagrinée et son aspect est identique à certains diamants du Brésil. ,l 'ajouterai que cet aspect est tout à fait caractéristique.

Expériences faites en grenaillant le métal fondu. — Dans une nouvelle série d'expériences, nous avons cherché à diminuer le volume du fer en fusion et à le refroidir beaucoup plus rapidement.

L'expérience idéale à réaliser, consisterait à amener la fonte liquide sous forme d'une sphère, et à exercer ensuite sur elle une pression très grande. Un tel résultat peut être atteint sur un petit volume de matière, en laissant tomber d'une certaine hauteur la fonte liquide saturée de carbone au moyen du four électrique, et en la refroidissant brusquement dans un bain de mercure.

LE FOUn ELECTRIQUE

Nous avons disposé un four électrique en pierre de Courson, analogue à ceux que nous employons journellement, mais dont le fond portait une ouverture cylindrique de 0"" de diamètre. Les électrodes qui amenaient le courant avaient 5"'" de diamètre ; celle du pôle positif était creuse ; elle portait, suivant son axe, un canal cylindrique de i8'"™ de diamètre dans lequel pouvait se mouvoir avec facilité une tige de fer, que l'on avançait ou que l'on reculait à volonté.

Ce four (fig. 3()) était disposé sur deux tréteaux et en dessous

FiG. 39. — Four à grenaille.

se trouvait une marmite de fer, contenant du mercure sur une épaisseur de lo •"", surmonté d'une couche d'eau deux fois plus épaisse. On commençait par faire jaillir l'arc, et l'on employait un courant de 1000 ampères et6o volts. Lorsque le régime normal

REPRODUCTION DU DIAMANT lg7

du four était établi, et que la chaux commençait à distiller, ce qui demandait deux à trois à minutes au plus, on avançait lentement la tig-e de fer; le métal approchait de l'arc, fondait, se carburait avec rapidité, puis la fonte en fusion tombait sous forme de sphères très régulières. Ces sphères incandescentes traversaient la couche d'eau et, en vertu de leur vitesse acquise, tombaient jusqu'au fond du mercure, où elles étaient refroidies par conductibilité.

Une fois l'expérience en marche, elle se rég-lait avec la plus grande facilité, et il était possible, en quelques instants, de grenailler plusieurs kilogrammes de fonte de fer.

Lorsque l'on retirait cette masse de grenailles, qui nageait sur le mercure, on y rencontrait un assez grand nombre de sphères ou d'ellipsoïdes aplatis, de forme régulière et d'une homogénéité parfit ite. Ils mesuraient o'",oi au plus de diamètre, parfois 4'""^ à 5""" seulement. Ils étaient mis de côté pour être attaqués par les acides en suivant la méthode indiquée [)récédemment.

Les autres grenailles, de forme irrégulière, qui avaient roche ou qui renfermaient des géodes plus ou moins grandes, permettant de les écraser facilement sous le marteau, n'étaient point traitées par les acides. Nous nous étions assuré, dès les premières expériences, qu'elles ne renfermaient point de carbones de grande densité et que, soumises au traitement habituel, elles ne laissaient aucun résidu sous le microscope.

Toute cette fonte était suffisamment saturée de charbon, car elle renfermait du graphite, que l'on pouvait voir dans les géodes des grenailles de mauvaise qualité.

Les sphérules de forme régulière nous ont fourni du diamant noir et du diamant transparent. Ce dernier corps était en cristaux très petits, ce qui n'a pas lieu de nous surprendre. Mais

quelques-uns de ces cristaux présentaient une rég-ularité remarquable ; nous citerons, par exemple, un octaèdre (fig. 4o, A et B) mesurant o™'",oi 6 dans sa plus g-rande longueur qui tombait dans l'iodure de méthylène et qui, brûlé sur la nacelle de platine, a disparu en ne laissant pas de cendres. Ces petits cristaux rayaient le rubis et possédaient l'éclat et l'aspect du diamant.

Grâce à l'obligeance de M. Guichard, ingénieur de la Société

Fig. 40. — Diamants de la grenaille de fer. Gr. : 100 d.

Edison, nous avons pu réaliser la même expérience, sous une autre forme.

Le four électrique, dont nous venons de parler, a été disposé au-dessus d'un puits de 32™ au fond duquel se trouvait un seau de fer contenant l'eau et le mercure. Aussitôt que le four eut atteint sa température normale, nous avons fait avancer la barre de fer, dans l'axe de l'électrode positive, en ayant soin de produire la fusion d'une assez grande quantité de métal pour que la grenaille formée fût d'un diamètre un peu plus grand. On voyait alors des sphères de fonte en fusion atteignant de o™, 02 à o'",o3 de diamètre, qui tombaient verticalement, en donnant de loin en loin une rare étincelle et qui disparaissaient sans bruit dans l'eau placée au fond du puits.

Au point de vue de la production du diamant, cette préparation a été très mauvaise, car notre épaisseur de mercure était insuffisante pour une telle vitesse de chute, et le métal fondu s'éparpillait en frag-ments de forme quelconque.

Mais deux choses sont à retenir dans cette expérience :

Lorsque l'une de ces sphères venait à toucher le bord du baquet au centre duquel était placé le seau métallique, ou lorsqu'elle rencontrait le sol, elle produisait une flamme, se brisait en g-lobules étincelants, en faisant entendre un bruit analogue à celui d'un coup de fusil. Cette sphère de métal paraissait saturée de gaz et éclatait comme un bolide.

Le deuxième fait qui nous a frappé est le suivant :

Au moment où la boule de métal quitte le four électrique, elle est d'un éclat éblouissant, mais, dans sa" chute si rapide, elle n'a pas parcouru un espace de o",5o que déjà la vive lumière qu'elle projette a bien diminué. Une chambre pratiquée au fond du puits nous a permis de voir nettement les sphères, au moment où elles arrivaient au contact de l'eau, et, d'après leur couleur, nous pouvons dire que leur température avait déjà considérablement changé.

Expériences faites dans des blocs métalliques. — Cette dernière étude nous a conduit à remplacer le mercure par un bloc métallique. Un cylindre de fer de o™^i8 de longueur et de o'",i4 de largeur a été préparé au tour. On a foré ensuite, dans son axe, une ouverture cylindrique de S*^"" de diamètre et d'une profondeur de o™,i2, dans laquelle pouvait ghsser, à frottement doux, un cylindre de même métal.

Cet appareil a été disposé dans un baquet rempli d'eau froide. On a fondu ensuite, au four électrique, l\oo^' de fer qui s'est saturé de carbone. Ce liquide a été coulé dans le bloc métallique que l'on a fermé rapidement au moyen du cylindre de fer.

Dans ces expériences, le refroidissement cjsl très brusque. On enlève, au tour, tout le métal qui constitue le bloc, et la masse de fonte que l'on trouve à l'intérieur est soumise aux traitements décrits plus haut.

Cet essai nous a donné de meilleurs résultats ; le rendement, sans être très élevé, était supérieur à celui du métal grenaille. Le diamant était accompatç-né d'un graphite en cristaux trapus d'une densité de 2,35. Quelques parcelles de diamant étaient bien cristallisées et d'une transparence parfaite, tandis que d'autres renfermaient des crapauds.

Pour augmenter encore la vitesse de refroidissement, nous avons répété la même expérience dans un bloc de cuivre, de mêmes dimensions. Le rendement en j)oids n'est pas plus élevé, seulement les diamanls sont bien transparents, et le nombre des diamants à crapauds est plus restreint. Ils ne sont pas accompagnés de fragments denses, transparents et non combustibles.

Gni'ne de feu. — Le phénomène de la gaine de feu a été découvert par MM. Fizeau et Foucault (i) ; il fut étudié ensuite par M. Planté, j)uis par MM. Violle et Ghassagny (2), et enfin MM. Hoho et Lagrange ont cherché à l'appliquer dans l'industrie (3j.

Ce phénomène qui se produit lorsque l'on fait passer un courant trop intense dans un liquide conducteur, permet de porter le métal d'une électrode à son point de fusion.

Nous avons réalisé cette expérience avec un tube de fonte, renfermant en son axe un cylindre de charbon, et nous avons

(1) Fizeau et Foucault. Recherches sur l'intensité delà lumière émise par le charbon dans l'expérience de Davy.-4/tn. rfe Chim.etdc Phys., 3« série, t. II, p. 383; 1844.

(2) ViOLLE et Chassaonï. Société de Physique, 1889, et Comptcn rendus, février

(3) HOHOet LagbanQE. Compten rendue, 13 mars 1893.

nEPKODUCTION DU DIAMANT 191

recueilli des gouttes de métal liquide, au milieu de la solution de carbonate de soude qui servait d'électrolyte.

Les grenailles, ainsi obtenues, ont toujours été de forme irrégulière et incomplètement saturées de carbone : elles ne renfermaient pas de diamants.

Essai de solubilité du carbone dans le bismuth. — - On sait que le bismuth présente, à un haut degré, la propriété d'augmenter de volume, en passant de l'état liquide à l'état solide. Nous avons tenu à étudier la solubilité du carbone dans ce métal.

On a commencé par chauffer du bismuth, dans une nacelle de charbon, placée dans un tube de même substance au milieu du four électrique. Le courant employé était de 35o ampères et 60 volts. L'expéri^ace a été très courte k cause de la facile volatilisation de ce métal. Après refroidissement de la masse non volatilisée, le restant du bismuth ne contenait ni carbone amorphe, ni graphite.

On a chauffé ensuite du bismuth en présence de charbon de sucre, dans un creuset de charbon, avec un courant de ()o volts et de 35o ampères.

Lorsque la masse était au rouge, on l'a plongée dans l'eau, et il s'est produit de suite une violente explosion avec projection de l'eau et de tout le métal, ce dernier pulvérisé en très petits fragments.

La même expérience a été recommencée et a donné les mêmes résultats.

Refroidissement brusquede l'argent. — L'argent possède aussi, lorsqu'il est saturé de carbone, l'intéressante propriété d'augmenter de volume en passant de l'état liquide à l'état solide (i).

(1) Lorsque l'on refroidit brusquement dans l'eau un culot d'argent ne contenant pas de carbone, le culot se contracte par refroidissement ; les bases du cylindre sont con-

A la lempéralure de sa fusion, l'argent ne dissout que des traces de charbon, mais si l'on chaufTe de l'arg-ent, dans le four électrique, de façon à l'amener en pleine ébullition, en contact avec une brasque de charbon de sucre, il dissout alors une certaine quantité de carbone.

En le refroidissant rapidement, c'est-à-dire en plongeant dans l'eau froide le creuset qui le contient, il se forme un culot emprisonnant une partie de l'argent liquide et ce dernier, en passant de l'état liquide à l'état solide, sera soumis à une forte pression. Le carbone, qui se déposera dans le centre du culot, prendra une densité bien supérieure à celle du graphite. Après l'expérience le métal est attaqué par l'acide azotique bouillant, et il reste une poudre que l'on examine au microscope. Cette matière est complexe. Si les électrodes du four ou les creusets renferment des composés siliciés, elle contient des cristaux de silice empilés, décrits par M. Marsden. On y trouve aussi du corindon et du siliciure de carbone

Ce résidu est soumis au traitement que nous avons indiqué précédemment : action alternée de l'acide sulfuricjue bouillant et de l'acide fluorhydrique, attaque par le mélange oxydant, par l'acide fluorhydrique, puis par l'acide sulfurique.

A la suite de ce traitement et dans des recherches qui ont été répétées un grand nombre de fois, nous n'avons jamais obtenu que du diamant noir. Il nous est resté souvent, avec ce carbon,

caves. Au contraire, lorsque l'on expérimente sur une fonte d'argent, sur un métal saturé de carbone, on remarque qu'après le refroidissement les bases sont convexes. Dans ce dernier cas, la partie cylindrique a moulé très exactement les moindres détails du creuset. Il semble donc que le carbure d'argent seul, puisse augmenter de volume, en passant de l'état liquide à l'état solide. Ces résultats concordent avec les recherches de MM. W. Chandler RoBEBTS et T. WbIGHTSON (Proc. Phys. Soc, t. IV, p. 195), qui ont établi que la densité de l'argent à l'état liquide, aux environs de son point de fusion, est de 9,51, tandis que la densité de l'argent solide est de 10,57.

Nous avons trouvé un résultat identique pour le fer et pour l'aluminium liquides lorsqu'ils sont saturés de carbone.

quelques cristaux transparents dont certains avaient une apparence octaédrique (i), mais ils disparaissaient lentement par une série d'attaques successives et très énergiques à l'acide sulfurique concentré. On peut aussi produire leur disparition, sans toucher au diamant noir, par une fusion au bisulfate de potassium à basse température.

Le résidu est ensuite traité par l'iodure de méthylène.

Dans ces recherches, il est très important de multiplier les attaques au chlorate de potassium et à l'acide azotique, si l'on veut enlever l'argent qui imprègne le diamant noir.

Il se produit, dans ces conditions, un rendement plus grand en diamants noirs que dans les culots de fer. Ce diamant noir ou carbon se présente, soit sous l'aspect grenu, soit sous l'aspect de plaques pointillées (2), soit en masses à cassures conchoïdes, à aspect peu brillant et gras, d'une densité qui peut varier entre 2,5 et 3,5.

Cette expérience, qui ne conduit pas jusqu'au diamant transparent, est intéressante, en ce sens qu'elle nous montre l'existence d'une série de carbons, dont la densité croît depuis la densité du graphite jusqu'à la densité de 3 et au-dessus. En traitant le mélange par le bromoforme, nous avons pu obtenir un carbon rayant le rubis et brûlant dans l'oxygène à 1000°. Ce diamant noir se forme toujours au centre du culot ; nous avons pu nous en assurer de la façon suivante : si l'on prend un de ces culots d'argent refroidi brusquement, de forme bien régulière, et sans bulle, et qu'on le fasse scier en deux parties égales perpendiculairement à sa base, en attaquant par l'acide azotique la section ainsi produite, on obtient, en peu d'instants, la

(1) Les cristaux de siliciure de carbons, brisés et regardés sur la tranche, peuvent être pris pour des pointements octaédriques.

(2) Quelques échantillons de charbon remis par Marignac, de Genève,à M. DesCloizeaux, possèdent le même aspect.

194 LE FOUR ÉLECTRIQUB

majeure partie du diamant noir formé. Au contraire, si l'on prend un culot non scié et que l'on attaque sa surface par l'acide, le dépôt noir qui se forme est constitué en majeure partie par du graphite et ne renferme pas de carbon.

Nous ajouterons que les culots d'argent fin, que nous avons employés au début de ces recherches, contenaient parfois, sans que nous le sachions, une très petite quantité d'or ; nous avons retrouvé quelques grains de diamant noir imprégnés de ce métal, qui disparaît rapidement dans l'eau régale (i). Il est assez curieux de rapprocher cette remanjue de la découverte faite par M. Des Gloizeaux, de carbons renfermant de petites paillettes d'or.

E. — Combustion des diamants de synthèse.

Nous avons reconnu que les cristaux obtenus au moyen du fer et de l'argent, refroidis dans l'eau, possédaient la densité et la dureté du diamant transparent et noir ; de plus, ils brûlaient dans l'oxygène à une température de 700" en donnant de l'acide carboni(jue. Pour établir nettement que cette substance est du diamant, il ne reste donc plus qu'à faire une combustion en poids.

Cette partie de nos recherches a été la plus délicate. Le rendement dans ces expériences est très faible, et la séparation des cristaux microscopiques de diamant est longue et difficile.

Ce faible rendement tient à plusieurs causes. Lorsque la fonte est refroidie très brusquem^ent, le carbone qui se trouve en solution n'est pas mis en liberté. Or, comme il faut que notre refroidissement soit rapide pour former une croûte solide et résistante,

(1) L'or s'est réuni dans la partie centrale encore liquide. Ce fait semble indiquer qu'il n'existe pas d'alliage défini d'or et d'argent.

ftEPRODUCTIÔλ Dt DIAMANT 19Ô

à la surface du culot métallique, on s'explique que, pour des ling-ots de 200»'", la teneur en diamants soit si faible. La partie centrale qui peut encore être liquide n'a pas le temps d'abandonner, avant sa solidification, une grande quantité de carbone. Il faudrait, théoriquement, faire ag-ir une pression déterminée, sur une masse de fonte saturée de carbone à haute température qui se refroidirait lentement. De plus, au moment du passage de l'état liquide de la fonte à l'état solide, il se dégage des gaz qui empêchent la pression d'être uniforme. Enfin, après ces monbreuses attaques, les liquides sont décantés et, lorsque nos petits diamants sont bien nettoyés, plusieurs des fragments nagent sur l'eau et nous avons plusieurs fois perdu ainsi de beaux échantillons.

En opérant sur uiie trentaine de culots d'argent, nous avons pu, par les méthodes que nous avons indiquées, séparer o^^ooô de diamant noir, tombant au fond de l'iodure de méthylène et rayant énergiquement le rubis.

Pour faire la combustion de cette substance, nous avons disposé notre appareil de la façon suivante (fig. 40 •

Un tube de porcelaine de Berlin, vernissé à l'intérieur et à l'extérieur, d'une longueur de o™,6o, était disposé sur une bonne grille à analyse, dont la température maximum, mesurée à la pince thermo-électrique, était de io5o°. Chaque extrémité de ce tube de porcelaine était fermée par un ajutage de verre, fixé au moyen de mastic Golaz. L'un de ces ajutages était mis en communication, par un tube de plomb, avec un gazomètre en cuivre, entièrement rempli d'oxygène, préparé par le chlorate de potassium et le bioxyde de manganèse bien exempt de traces d'acide carbonique.

Ce gaz oxygène passait d'abord dans deux flacons à eau de baryte, qui restaient d'une limpidité parfaite. Il était ensuite des-

■^PJÇPPjff

séché au moyen de longs tubes contenant des fragments de potasse refondue au creuset d'argent. L'autre ajutage de verre était en communication avec un petit tube à ponce sulfurique, un tube à boules ou à serpentin renfermant une solution de potasse et, enfin, un petit tube en U rempli de fragments de

¥lQ. 41. — Appareil à combustion.

potasse fondue. A la suite de cet appareil, et pour empêcher la rentrée de l'humidité de l'air ambiant, se trouvait un tube à ponce sulfurique.

Nous avons commencé tout d'abord par faire des expériences à blanc, pour nous rendre compte de la limite d'erreur de cet appareil. Une nacelle de platine a été pesée au dixième de milligramme, puis, au moyen d'un long fil de platine, introduite au

milieu du tube de porcelaine. Le fil de platine a été choisi d'une long^ueur telle qu'il reste à o'^jOi de l'ouverture, de façon à être saisi avec facilité par des pinces. L'ajutage de verre est ensuite mastiqué sur le tube de porcelaine. On pèse les tubes au ~ de milligramme, et l'on fait passer lentement le courant d'oxygène. On chauffe la grille et l'expérience dure deux heures. Lorsqu'elle est terminée, le tube à boules et les deux tubes en U sont pesés et l'on doit retomber sur le chiffre primitif. La cause d'erreur d'une expérience à blanc peut varier de o^'',ooi à o^'",ooi5. Nous n'avons jamais trouvé davantage dans les six expériences comparatives qui ont été faites à différentes époques.

Combustion des diamants noirs de synthèse. — Pour réaliser cette combustion, nous avons préparé 6'""" de diamants noirs au moyen de culots (^'argent refroidis rapidement dans l'eau ; le carbone a été placé dans la nacelle de platine, puis chauffé pendant deux heures dans un courant d'oxygène.

Tare de la nacelle avant la combustion 3,3035

» après » 3,3095

» vide 3,3095

Avant, V expérience.

Tare du tube à acide sulfurique 6,2675

potasse solide .

Après Vexpérience.

Tare du tube à acide sulfurique 6,2670

» potasse solide ^

D'après ces chiffres :

Matière brûlée 0,006

Acide carbonique recueilli 0,023

f98 LE FOUR ÉLECTRIQUE

Les o8',oo6 de diainanl noir que nous avons brûlés n'ont laissé qu'une trace de cendres, dont le poids était beaucoup trop faible pour être déterminé. Ils ont fourni o''%02 3 d'acide carbonique et, théoriquement, ils auraient dû donner o8'",022.

Cette matière répond donc bien à la propriété fondamentale du carbone [de donner, pour i^', S'f'jôôô d'acide carbonique.

Combustion des diamants transparents. — Nous avons ensuite préparé des diamants transparents, au moyen des culots de fer l)rusquement refroidis dans l'eau et dans la limaille de fer. Il en a fallu 80, pour obtenir, par les traitements multiples dont il a été parlé au commencement de ce Travail, la faible quantité de o*',oi55, de petits fragments plus denses que l'iodure de méthylène.

Un dixième environ était formé de diamants noirs que nous n'avons pu séparer à cause de leur petitesse. Le reste consistait en diamants transparents, renfermant un assez grand nombre de diamants à crapauds, obtenus par le refroidissement brusque dans la limaille de fer.

Ainsi que nous l'avons fait remarquer précédemment, tous ces diamants tombent au fond de l'iodure de méthylène, rayent le rubis avec la plus grande énergie et certains sont très bien cristallisés.

La combustion en été faite avec tout le soin que méritait une matière recueillie avec tant de difficultés, et les poids de la nacelle et des tubes ont été pris au début, après une première expérience à blanc.

Tare de la nacelle avant la combustion 3,2928

» après » 3,3058

» vide 3,3083

Avant Vexpénence.

Tare du tube à acide sulfurique 6,2402

» boules ; „ ^„^„

» potasse solide )

Après l'expérience.

Tare du tube à acide sulfurique 6,2398

» potasse solide )

D'après ces chiffres :

Matière brûlée 0,0130

Acide carbonique recueilli 0,0496

Le poids de la maf'.ière combustible dans l'oxyg"ène a donc été de 0,01 3, et le poids de l'acide carbonique recueilli 0,0496. En prenant 1 2 pour poids atomique du carbone et 1 6 pour l'oxygène, on devrait, théoriquement, recueillir 0,0476 d'acide carbonique.

Le résidu de o^'",oo25 qui restait dans la nacelle était particulièrement intéressant à étudier. Au microscope, on voyait de suite qu'il était formé de grains arrondis, brillants, qui avaient résisté à l'action de l'oxygène porté à 1000°.

Ces petits grains brillants furent recueillis et traités à nouveau par l'acide sulfurique bouillant, puis par le fluorhydrate de fluorure de potassium en fusion. Dans ces conditions, après les attaques renouvelées, ils disparurent presque en totalité. Une autre portion de la même matière traitée par le bisulfate de potassium en fusion fut attaquée avec facilité. Cette matière transparente non cristalline, qui a une densité supérieure à 3,5, qui raye le rubis, n'est donc pas du carbone. Peut-être est-ce une variété particulière de silicium ou d'un composé silicié, prove-

nant d'une fonte riche en silicium, qui a été employée dans quelques-unes de nos expériences? La faible quantité des matière que j'avais à ma disposition ne m'a pas permis d'élucider cette question, mais nous avons toujours retrouvé les mêmes parcelles, lorsque nous nous servions d'électrodes riches en silice ou de fonte siliciées (i).

Après l'attaque du résidu de la combustion' par le fluorhydrate de fluorure de potassium en fusion, il est resté deux ou trois parcelles de siliciure de carbone facilement reconnaissable à son aspect et à sa forme cristalline.

Enfin, à côté de ce résidu, nous avons vu au microscope, après la combustion, des traces de cendres légères, blanchâtres ou légèrement ferrugineuses qui avaient l'aspect des cendres de diamant. En soufflant dessus légèrement, elles ont disparu et le poids de la nacelle n'a pas varié.

Nous n'avons retrouvé dans les parcelles incombustibles aucun échantillon de fragments transparents, à points noirs, de diamants à crapauds. Tous ces derniers étaient brûlés.

Cette expérience nous démontre que les o",oi3 de matière combustible nous ont donné la quantité de gaz acide carbonique qui correspond au poids atomique du carbone.

Gomme ces diamants nous avaient laissé une petite quantité de fragments incombustibles, nous avons tenu à répéter cette expérience.

De nouveaux diamants ont été préparés, en partie au moyen des cylindres remplis de charbon de sucre (p. 177), en partie au

(1) Dans quelques expériences, entreprises spécialement sur ce point, et qui avaient été faites au moyen du fer fondu, en présence d'alumine, nous avons rencontré quelques poussières transparentes, incombustibles, à surfaces toujours corrodées, amorphes, et qui nous ont donné la réaction de l'alumine, au microscope, par l'alun de cdîsium. Ces fragments disparaissent toujours sous l'action de traitements réitérés, tandis que lo diamant reste intact.

moyen des blocs métalliques de fer et de cuivre (i). Ils tombaient dans l'iodure de méthylène, rayaient le rubis avec facilité et ne contenaient pas de diamants noirs.

La combustion a été faite dans les conditions suivantes :

Tare de la nacelle avant la combustion 2,1268

» après » 2,1325

» vide 2,1325

Avant Vexpérience.

Tare du tube à acide sulfurique 4,8670

* boules... )

» potasse solide )

Après Vexpérience.

Tare du tube à acide sulfurique 4,8665

» potasse solide ^

D'après ces chiffres : '

Matière brûlée 0,0057 ■

Acide carbonique recueilli 0,0205

0,0067 ^^ diamants transparents ont fourni expérimentalement o,02o5 d'acide carbonique. La théorie exig-erait 0,0209. Dans cette expérience, les cendres n'étaient pas appréciables à la balance.

Ces trois combustions établissent donc que les fragments noirs et transparents d'une densité de 3,5, obtenus dans nos expériences, sont formés de carbone pur.

Conclusions. — En résumé, dans les conditions différentes oii

(1) Ces deux procédés fournissent les diamants les plus purs.

202 LE FOUn ÉLECTRIQUE

nous nous sommes placé, nous avons pu obtenir une variété de carbone dense, noir ou transparent. Certains échantillons présentaient une apparence cristalline très nette : ils possédaient une densité de 3,5 ; ils rayaient le rubis; ils résistaient à douze attaques du mélange oxydant de chlorate de potassium sec et d'acide azotique fumant, à l'action de l'acide fluorhydrique et de l'acide sulfurique bouillant ; enfin, ils brûlaient dans l'oxyg-ène à une température voisine de 900" en donnant, pour i^"" de matière, 3«'",666 d'acide carbonique. Ce sont là les propriétés que possède seul le diamant naturel.

Nous avons démontré précédemment, par l'expérience, que le carbone peut être comparé à l'arsenic ; que, dans le vide, comme à la pression ordinaire, il j)asse de l'état solide à l'état gazeux sans prendre la forme li(juide. Lorsque le carbone gazeux reprend l'état solide, il fournit toujours du graphite.

A la pression ordinaire, une variété quelconque de carbone amorphe, sous l'action d'une élévation de température suffisante, se polymérise et atteint un état stable, cristallin, dans lequel ses propriétés deviennent fixes. C'est le graphite. A la même température, sans passer par l'état liquide, le diamant est ramené, lui aussi, à la forme graphite.

Nous estimons cependant que le carbone peut être amené à l'état liquide, mais ce phénomène ne se produit que sous l'action de pressions très fortes. Dans le cas de grandes pressions, comme nos expériences précédentes l'ont établi, la densité du carbone augmente et l'on obtient le diamant. J'ai pu préparer, dans mes culots de fer refroidis dans le plomb, de petits diamants présentant l'appareuine d'une goutte allongée, telle qu'on en rencontre parfois dans la nature. On sait, en effet, que l'on trouve au Cap, comme au Brésil, des diamants qui ne possèdent aucune trace de cristallisation apparente, et qui ont des formes arrondies

comme celles que peut prendre un liquide maintenu au milieu d'une masse pâteuse.

S'il était besoin d'un nouvel exemple sur ce point, nous rappellerions la forme des diamants microscopiques que nous avons découverts dans la terre bleue du Gap (fîg". 20, A et G).

Le carbone sous pression peut donc prendre l'état liquide ; il devient transparent, sa densité augmente et il peut alors se solidifier, soit en cristallisant, soit en prenant une forme arrondie et amorphe. Une impureté, une trace d'un corps du système cubique, peut amener facilement une cristallisation régulière ou un enchevêtrement de cristaux tourmentés. Si la pression est un peu plus faible, le diamant est souillé de parcelles de carbone qui conservent leur couleur noire ; on prépare ainsi le diamant à crapauds. Enfin, si cette pression est moins forte encore, on n'obtient plus que du diamant noir plus ou moins mal cristallisé, du Carbon, dont la densité peut être plus faible que celle du diamant.

Toutes ces variétés différentes de diamant : octaèdres réguliers, cubes, fragments à cristallisation confuse, cristaux se brisant à la longue, gouttes, diamants à crapauds, carbon, ont été reproduites dans nos recherches; elles viennent justifier les idées théoriques que nous émettons sur la liquéfaction du carbone.