INTRODUCTION
Ce livre est divisé en quatre chapitres.
Dans le premier, nous décrivons les différents modèles des fours électriques que nous avons employés dans nos recherches. Nous appliquons ensuite ces appareils à l'étude de la fusion et de la volatilisation d'un certain nombre de corps réfractaires.
Le deuxième chapitre comprend l'étude des trois variétés de carbone : Carbones amorphes, graphites et diamants.
Le chapitre 111 a pour sujet la préparation au four électrique de quelques corps simples. Nous y décrivons les études exécutées au moyen du four électrique sur le Chrome, le Manganèse, le Molybdène, le Tungstène, l'Uranium, le Vanadium, le Zirconium, le Titane, le Sili- ' cium et l'Aluminium.
Enfin le chapitre IV contient les recherches entreprises sur de nouvelles séries de composés binaires: les carbures, siliciures et borures. Nous y indiquons la découverte de corps nouveaux dont nous donnons la préparation, les propriétés et l'analyse. La préparation du ^carbure de calcium, en particulier, a été le sujet de nouvelles recherches que nous reproduisons avec quelques détails.
Des conclusions générales terminent cet exposé.
LE
CHAPITRE PREMIER Description de différents modèles de fours électriques.
GENERALITES
Les températures les plus élevées atteintes dans l'industrie sont comprises entre 1700" et 1800°. Dans nos fourneaux de laboratoire, nous n'obtenons le plus souvent, même avec le charbon de cornue, que i5oo° à 1600°. Dans ces conditions^ les expériences deviennent déjà difficiles à conduire, et les recherches scientifiques se trouvent limitées aux points de fusion de la terre réfractaire et de la porcelaine.
La découverte du chalumeau à oxyg-ène par Henri Sainte- Glaire-Deville et Debray a rendu de grands services à la chimie. Non seulement, au moyen de cet appareil, il a été facile de fondre et d'affiner le platine, d'obtenir des alliages nouveaux, mais on a pu aussi étendre et généraliser un certain nombre de questions de chimie minérale.
La température que l'on peut atteindre avec cet appareil
LE FOUn ELECTRIQUE
alimenté par le g-az d'éclairage et l'oxyg-ène est d'environ 2000". D'après M. Violle, le point de fusion du platine est de 1775". On sait que Deville et Debray n'ont pu trouver que la chaux vive pour résister à cette température élevée.
Ayant eu besoin, dans mes recherches relatives aux différentes variétés de carbone, de soumettre des métaux à une température supérieure à 2000", j'ai songé à utiliser la chaleur fournie par l'arc électrique.
Le problème à résoudre était théoriquement très simple ; il consistait à placer dans une cavité aussi petite que possible et à une certaine distance au-dessus de la substance à chauffer, un arc de grande intensité. Les difficultés se sont présentées lorsque nous avons voulu traduire cet énoncé en un modèle maniable et peu coûteux.
Les appareils que je décris dans ce chapitre sont les premiers dans lesquels on ait nettement séparé l'action calorifique du courant, de son action électroly tique.
Antérieurement à nos recherches, différentes tentatives avaient été faites pour utiliser la grande chaleur fournie par l'arc électrique. Nous devons rappeler en particulier l'étude de Despretz portant pour titre : Fusion et volatilisation des corps vèfractaires . Note sur quelques expériences faites avec le triple concours de lapile voltaXque, du soleilet du chalumeau(j). A la suite de ce premier travail, Despretz utilisa plus spécialement la chaleur produite par l'arc d'une pile puissante (2). Nous rappellerons, dans nos différents chapitres, les résultats obtenus par ce savant.
Dans l'étude de Despretz et dans quelques autres similaires,
(1) Compte» rendus de V Académie des Sciettces, t. XXVIII, p. 755 ; 1849.
(2) Notes sur la fusion et la volatilisation des corps. Comptes rendus, t. XXIX, p. 48, 645 et 712.
les matières que l'on voulait mettre en réaction étaient placées dans l'arc même. Dans ces conditions^ la vapeur de carbone et les impuretés des électrodes, qui le plus souvent sont loin d'être nég^ligeables, interviennent rapidement et compliquent beaucoup les conditions de l'expérience (i).
Nous ferons la même objection aux nombreux modèles de fours électriques industriels. Je ne rappellerai que pour mémoire les fours de Siemens et Huting-ton^ de Cowles, de Grabau et d'Acheson.
Dans les premiers de ces appareils, le creuset formait l'une des électrodes et le courant traversait la masse à fondre de façon qu'il était difficile d'établir la part qui revenait dans l'expérience à l'action électrique du courant et celle qui était due à l'élévation de température de l'arc.
De plus, Siemens et Huting-ton opéraient dans un creuset de charbon. Ce dernier corps étant une substance bonne conductrice, on perdait, par rayonnement, une grande quantité de chaleur. Ce fait explique pourquoi Siemens n'est arrivé à fondre qu'avec beaucoup de difficultés et en petite quantité, la fonte de tungstène (2). Ce savant dit bien, dans un de ses brevets anglais, que l'on peut utiliser une enveloppe en chaux vive, mais il ne paraît pas avoir fait beaucoup d'expériences sur ce sujet, sans quoi il eût été frappé de la différence des résultats.
Néanmoins, nous ne devons pas oublier que c'est à Siemens et Hutington que nous devons le premier emploi d'un four électrique pratique.
Le four de Cowles répond très bien aux besoins industriels
(1) L'action produite par les impuretés des électrodes est d'autant plus importante que l'on opère sur de petites quantités de matière et pendant un temps très court.
(2) Siemens et Hutington, Sur le fourneau électrique. Association brita/mique, Southamptotv 1883, et Atm. de eh. et de pliys., t. XXX, p. 405 ; 1883.
LE FOUn ELECTRIQUE
pour lesquels il a été créé, mais on peut lui faire les mêmes objections qu'au four de Siemens.
Dans le four d'Aclieson, une âme en graphite, placée au milieu des matières à combiner, sert de conducteur et divise le courant en formant, au début, un grand nombre d'arcs plus petits et d'intensité variable. A la place d'un arc unique, on obtient un court circuit dont la puissance calorifique ne s'établit d'une façon régulière que cinq heures après le début de l'expérience.
Ces différents appareils, employés dans l'industrie, étaient volumineux, peu applicables à la multiplicité des réactions de laboratoire. Ils ne pouvaient le plus souvent être employés avec des courants d'intensité variable.
J'ai voulu au contraire trouver un modèle de four électrique de laboratoire, qui pût se prêter à des études méthodiques et générales.
Dans les appareils que nous allons décrire, l'arc possède une grande régularité pendant toute la durée de l'expérience et son maniement est des plus faciles.
Mon four électrique n'est pas un appareil industriel, c'est un appareil de recherches. Il ne faudrait donc pas se baser sur les résultats qu'il peut fournir pour établir des prix de revient. L'industriel voudra toujours produire le cheval-an à un prix très peu élevé et obtenir un grand rendement. Pour moi, je n'avais pas à m'occuper de ces questions. J'ai voulu enfermer dans la plus petite cavité possible, l'arc électrique le plus intense, de façon à obtenir le maximum de température. Pour bien faire comprendre mon expérience, je prendrai la comparaison suivante : Pour remplir d'eau un réservoir qui fuit, il suffit d'amener l'eau en quantité beaucoup plus grande que celle qui doit être perdue par les fuites. D'autre part^ jjour
DESCniPTION DE DIFFERENTS MODÈLES DE FOURS ÉLECTRIQUES
réduire ces fuites au minimum, il faut former le four avec une matière aussi mauvaise conductrice que possible. Le choix de la chaux vive répond à ce desideratum.
Comme preuve, je citerail'expérience suivante: le dôme du four électrique est formé par une plaque de chaux vive de trois centimètres d'épaisseur, sous laquelle l'arc jaillit pendant dix minutes. On peut prendre alors avec la main ce couvercle de chaux, dont la température extérieure n'a pas varié et dont la surface interne est formée d'une couche de chaux en fusion sur plusieurs décimètres carrés. Cette dernière fournit la lumière Drummont avec un tel éclat que l'œil ne peut en supporter l'intensité.
Une épaisseur de trois centimètres de chaux arrête donc complètement cette énorme émission de chaleur.
Le four électrique, qui nous a servi dans nos premières études sur la reproduction du diamant, s'fest peu à peu modifié au fur et à mesure que la question a pris une plus g-rande étendue, et nous résumerons dans ce chapitre une série de modèles simples et pratiques que nous avons divisés de la façon suivante :
i*' Four électrique en chaux vive ;
2" Four électrique en carbonate de chaux pour creusets ;
3° Four électrique à tube ;
4° Four électrique continu ;
5** Four à plusieurs arcs.
Nos premières expériences, sur le mode de chauffage par l'arc électrique, ont été faites avec une machine à gaz de quatre chevaux. La petite dynamo que nous employions à cette époque était du système Gramme. Elle fournissait un courant de 35 à 4o ampères et de 55 volts.
Pour employer un courant plus puissant, nous avons poursuivi nos études au Conservatoire des Arts et Métiers, où le
directeur, M. le colonel Laussedat, a bien voulu mettre à notre disposition les ressources de ce bel établissement.
Dans ces conditions, nous avons pu utiliser, et cela pendant plusieurs années, une machine à vapeur de 4^ chevaux qui actionnait une dynamo du système Edison. Le courant obtenu pouvait atteindre 44o ampères et 80 volts.
Lorsque nous avons eu besoin de courants plus intenses, nous nous sommes adressé à l'industrie, et M. Fontaine, de la Société Gramme, a obligeamment consenti à nous prêter une de ses dynamos actionnée par une machine de 100 chevaux.
Plus tard, la Compagnie des chemins de fer de l'Est a bien voulu mettre à notre service un courant de 60 à 100 chevaux.
Enfin, comme nous voulions pousser plus loin nos recherches, M. Meyer, directeur de la Société Edison, nous a gracieusement offert de venir travailler à l'usine centrale d'éclairage de l'avenue Trudaine qui, tous les soirs, met en mouvement une force de 2,000 chevaux.
Dans de nombreuses expériences, nous en avons utilisé i5o et même 3oo et, pour le but scientifique que nous poursuivions, il nous a semblé inutile d'aller au delà.
C'est un devoir agréable pour moi, d'adresser mes sincères remerciements à tous ceux qui ont bien voulu mettre de pareils moyens de recherche à ma disposition, et qui, par cela même, sont devenus mes collaborateurs.
Four électrique en chaux vive.
Notre premier modèle de four électrique, présenté à l'Académie des Sciences en décembre 1892, était en chaux vive (i). Il se composait de deux briques de chaux bien dressées et appli-
(1) Henri Moissan. Sur un nouveau modèle de four électrique. Comptes rendus, t. CXV,p. 988.
quées l'une sur l'autre. La brique inférieure porte une rainure longitudinale qui reçoit les deux électrodes, et au milieu se trouve une petite cavité servant de creuset (fig-. i). Cette cavité peut être plus ou moins profonde et contient une couche de quelques centimètres de la substance sur laquelle doit porter l'action calorifique de l'arc. On peut aussi y installer un petit creuset de charbon renfermant la matière qui doit être calcinée. La brique supérieure est légèrement creusée dans la partie qui se trouve au-dessus de l'arc. Comme la puissance calorifique du courant ne tarde pas à fondre la surface de la chaux et à lui donner par cela même un beau poli, on obtient, dans ces condi-
FiG. 1. — Schéma du four électrique.
tions^ un dôme qui réfléchit toute la chaleur sur la petite cavité qui contient le creuset.
Les électrodes sont rendues facilement mobiles, au moyen de de deux supports que l'on déplace, ou mieux, de deux glissières qui se meuvent sur un madrier (fig. 2).
Ce qui différencie ce four électrique de ceux employés jusqu'ici, c'est que la matière à chauffer ne se trouve pas en contact avec l'arc électrique, c'est-à-dire avec la vapeur de carbone.
Cet appareil est un four électrique à réverbère, avec électrodes mobiles. Ce dernier point a aussi son importance, caria mobilité des. électrodes donne une très grande facilité pour établir l'arc.
LE FOUU ELECTRIQUE
pour l'étendre ou le raccourcir à volonté ; en un mot, elle simplifie beaucoup la conduite des expériences.
Disposition du four. — Dans nos premières recherches, ainsi que nous l'avons fait remarquer précédemment, nous avons employé une petite machine Gramme, actionnée par une machine à gaz de 4 chevaux. Le plus souvent, le courant qui traversait le four indiquait 35 à l\o ampères et 55 volts. Dans ces conditions, la brique inférieure en chaux vive avait pour dimensions I G*"*" à 1 8*"" de long sur i ô*^"" de large et sur S*"™ d'épaisseur. La brique supérieure^ qui formait le couvercle, présentait la même surface avec une épaisseur de 5'""' à 6*^".
Fia. 2. — Four électrique pour courants de 70 volts et 400 ampères.
Cette grandeur d'appareil est encore suffisante, pour un courant de loo à i25 ampères et de 5o à 6o volts.
Lorsque l'on utilise des courants à plus haute tension, il est utile d'augmenter de 2*"'" ou S*"™ les trois dimensions du four. Avec des fours de 22*''" à 2 5*''" de long, on peut très bien employer l'arc d'un courant de 45o ampères et 75 volts (fig. 2).
La chaux, employée dans ces recherches^ était une chaux lég^èrement hydrauHque^ appartenant au bassin parisien et dite (( du banc vert ». Elle se taille et se tourne avec facilité. C'est d'ailleurs celle que Deville et Debray ont préconisée pour leurs petites fusions de platine.
Electrodes. — Les électrodes étaient formées par des cylindres de charbon aussi exempts que possible de matières minérales; nous avons rencontré quelques difficultés au début de ces recherches pour les obtenir de l'industrie dans de bonnes conditions de pureté.
Ces électrodes doivent être faites avec du charbon de cornue réduit err poudre et choisi dans le dôme de la cornue. Cette poussière de charbon est traitée aux acides pour la débarrasser autant que possible du fer qu'elle contient : elle est ensuite lavée et calcinée et finalement ag-glomérée au moyen de goudron. Les cylindres sont formés par une pression qui doit être très élevée et très régulière ; enfin, ils sont séchés avec précaution et calcinés à une température très élevée (i).
On doit rechercher si, pour en faciliter la fabrication, on n'a pas ajouté au charbon soit de l'acide borique, soit des silicates; nous refusions tout charbon qui contenait ces matières et qui renfermait plus de i pour loo de cendres.
Pour les petits fours en chaux vive, nous employions des électrodes de 20""" de longueur, et de 12™"° de diamètre. Avec les tensions de 120 ampères et de 5o volts, nous prenions des cylindres de 4o'"" de longueur et de lô™"* à 18""" de diamètre. Lorsque l'on marche avec une machine de 4o à l\ô chevaux on
(1) Au début de ces expériences, j'ai employé des électrodes en charbon de cornue^ faites au tour. Sous l'action de l'arc, l'extrémité de ces électrodes s'élargit en forme d'éventail, au moment où le carbone se transforme en graphite. Ce fait avait été déjà signalé par Despretz. Comptes rendv^ de V Académie des Sciences^ t. XXIX, p. 716.
emploie des électrodes de 4o*"" de longueur et de 27""" de diamètre.
Les extrémités des électrodes, entre lesquelles l'arc devait jaillir, étaient taillées en cônes bien pointus. Cette précaution est importante, surtout pour les petites tensions. Vientnjn à l'oublier? il est parfois très difficile de rallumer l'arc lorsqu'il s'est éteint au début de l'expérience. Avec les tensions de 35o ampères et 60 volts, nous n'employions qu'une seule électrode terminée en pointe; la section de l'autre restait plane. D'ailleurs toute difficulté disparaît aussitôt que le four est chaud et qu'il est rempli de vapeurs bonnes conductrices qui permettent de rallumer l'arc avec la plus grande facilité.
Les câbles, qui amènent le courant, sont réunis au charbon au moyen de mâchoires de cuivre, serrées par des écrous. Ce dispositif est déjà employé depuis longtemps dans l'industrie pour les courants à tension élevée.
Creusets. — Pendant la première période de nos recherches, nous avons employé des creusets en charbon de cornue qui étaient faits au tour et en un seul morceau. Ces creusets ont la forme d'un cylindre ; ils portent deux encoches placées aux extrémités d'un même diamètre assez grandes pour laisser passer avec facilité les électrodes.
Avec des machines de 4 à 8 chevaux nous avons employé des creusets de 3*"" de diamètre extérieur et de 2""" de diamètre intérieur. Leur hauteur était de 4*''"et l'encoche avait l'^jS de profondeur.
Ces creusets, en charbon de cornue, ont l'inconvénient de se gonfler beaucoup lorsqu'ils se transforment en graphite sous l'action calorifique de l'arc. A notre demande, plusieurs industriels nous ont fabriqué des creusets en aggloméré faits au moule, par compression et d'une seule pièce, qui ont conservé
leur forme sous l'action des températures les plus élevées. Après l'expérience, on les trouve formés par un feutrag-e assez fin de lamelles de g-raphite possédant une rigidité suffisante.
Il est utile de maintenir un espace annulaire vide autour du creuset, de façon que les rayons calorifiques réfléchis par le dôme puissent l'envelopper complètement.
Il ne faut pas oublier non plus que la chaux est facilement réduite à ces hautes températures par le carbone pour fournir un carbure de calcium (i). Lorsque l'on veut chauffer un creuset dans ce four en chaux, il faut donc avoir soin de tasser une couche de magnésie au fond de la cavité du four. L'oxyde de magnésium est en effet le seul oxyde irréductible par le charbon que nous ayons rencontré. Lorsque l'expérience dure assez longtemps, la magnésie peut fondre, se combiner à la chaux déjà liquide, qui existe dans le four, -se volatiliser même, mais elle ne fournit pas de carbure.
Conduite de l'expérience. — Prenons comme exemple l'expérience qui démontre la volatilisation de la chaux vive.
Nous n'avons pas besoin ici de creuset, puisque nous opérons sur la matière même du four. On commence par découper dans la brique inférieure une petite cavité de 2'^"' à 3'^™ de profondeur. Les électrodes sont ensuite placées dans les rainures et fixées par une pince aux montants que supportent les glissières (voir fig. 2), enfin rapprochées à 2*"" ou 3*='" l'une de l'autre, de façon que la première se trouve exactement au-dessus du centre de la cavité. On fait passer le courant de la dynamo dans lè circuit et, en approchant lentement la seconde électrode de la première, on établit le contact et l'arc jaillit.
On perçoit aussitôt une odeur très pénétrante d'acide cyan-
(1) H. MoissAN. Préparation d'un carbure de calcium cristallisé; propriétés de ce nouveau corps. Comptes rendus, t. CXVIII, p. 501.
hydrique. La petite quantité de vapeur d'eau, qui se trouve dans les électrodes, fournit, avec le carbone, de l'acétylène. Ce g-az, en présence de l'azote que renferme le four au début de l'expérience, réalise, sous l'action puissante de l'arc, la belle synthèse de l'acide cyanhydrique découverte par M. Berthelot.
La lumière émise par le four électrique, colorée par la flamme de cyanogène, a pris tout d'abord une belle teinte pourpre qui disparaît bientôt. Il faut avoir soin dès le début de ne pas trop écarter les électrodes; lorsque le four est encore froid, l'arc s'éteint avec facilité. Quelques instants plus tard, il n'en est plus de même ; on peut alors donner à l'arc une longueur un peu plus grande. Au début l'arc, même avec des courants intenses, n'atteint pas i*"*; tandis qu'à la fin de l'expérience, il possède en général une longueur de 2"'" à 2""' 1/2. Si le four est rempli d'une vapeur métallique bonne conductrice (aluminium par exemple), on doit éloigner les électrodes de 5'"* à 6*™. La grandeur de l'arc sera donc réglée d'après la marche du volt-mètre et de l'ampère-mètre, de façon à avoir toujours une résistance à peu près constante et à maintenir la dynamo dans son régime normal.
Avec un courant de 36o ampères et 70 volts, après trois à quatre minutes, les électrodes ne tardent pas à rougir ; puis des flammes éclatantes de iio*^" à 50*"" de longueur jaillissent avec force par les ouvertures qui donnent passage aux électrodes de chaque côté du four (fig. 3). Les flammes sont surmontées de torrents de fumées blanches ; elles sont produites par la volatilisation de la chaux et il est facile de les condenser en parlie sur un corps froid. Ces vapeurs se répandent dans l'atmosphère et restent plusieurs heures en suspension.
Avec un courant de lioo ampères et 80 volts l'expérience se réalise en cinq à six minutes ; sous l'action d'un courant de
800 ampères et de iio volts, on peut volatiliser en cinq minutes plus de cent grammes d'oxyde de calcium.
Au début de la chauffe, l'arc possède une certaine mobilité et le four ronfle beaucoup, mais en peu d'instants, les vapeurs métalliques augmentent la conductibilité; l'écoulement de l'électricité se fait avec rég^ularité et sans bruit. La chaleur et la lumière deviennent alors très intenses à l'intérieur du four. Lorsque l'expérience est terminée, on enlève la brique de 'chaux supérieure et l'on remarque de suite que la partie soumise à l'action
FiG. 3. — Four électrique en marche.
calorifique de l'arc est absolument fondue. Avec une machine de 5o à 100 chevaux, il se forme souvent sur le couvercle de véritables stalactites de chaux fondue qui ont coulé lentement du dôme, puis qui se sont solidifiées à la fin de l'expérience ; elles ont ensuite l'apparence de la cire.
La conductibilité de la chaux vive est tellement faible, que l'on peut conserver sur la main, ainsi que nous le faisions remarquer plus haut, cette brique de chaux retournée, dont la partie
externe a été portée à une si haute température qu'elle est fondue et qu'elle continue à émettre, par rayonnement, une énorme quantité de chaleur et de lumière. La mauvaise conductibilité de la chaux vive a été entièrement favorable à nos expériences ; elle empêche la déperdition de cette chaleur que nous cherchons à emmagasiner dans le plus petit espace possible. Aussi, comme la magnésie est bien meilleure conductrice de la chaleur que la chaux, lorsque nous avons essayé de fabriquer un four électrique entièrement en magnésie, les résultats ont été moins satisfaisants. Un four de même forme construit en charbon, bien que les électrodes aient été isolées au moyen de tubes de magnésie, a donné, à cause de sa conductibilité, une perte énorme de calorique.
Après l'expérience, le charbon positif ne présente que peu d'usure, tandis que le négatif est rongé plus ou moins profondément. Les extrémités des électrodes, sur une longueur de S"" à lo"", sont entièrement transformées en graphite.
Lorsque l'on emploie des courants à haute tension, il est très utile de prendre certaines précautions et d'isoler avec soin les conducteurs.
Quand le four est en pleine marche, sous l'action d'une machine de loo chevaux, les vapeurs qui l'emplissent étant bonnes conductrices du courant, il arrive parfois qu'il se produit un courant dérivé ; on éprouve quelques secousses au moment où les mains sont mises en contact avec les supports ou les électrodes.
D'ailleurs, même avec des courants de 3o ampères et 5o volts, tels que ceux employés au début de cette étude, il est indispensable de ne pas exposer le visage à une action prolongée de la lumière électrique et de toujours garantir les yeux avec des lunettes à verres très foncés. Les coups de soleils électriques
ont été fréquents au début de ces recherches et l'irritation produite par l'arc, sur les yeux, peut amener des cong-estions très douloureuses. Ce sont surtout les petites tensions qui produisent ce dernier accident parce que, la chaleur étant plus faible, on veut regarder ce qui se produit pendant la marche du four.
Dans toutes nos recherches, nous n'avons employé que des courants continus.
Enfin, il est un dernier point sur lequel on ne saurait trop appeler l'attention des savants ou des industriels qui voudront répéter ces expériences.
Lorsque l'on emploie un four en pierre calcaire, il se forme une grande quantité d'acide carbonique. Ce composé, au contact des électrodes portées au rouge et de la vapeur de carbone, produit, d'une façon continue, un dégagement d'oxyde de carbone. Les cylindres de charbon qui constituent les électrodes en fournissent aussi une petite quantité. Ce gaz n'est brûlé qu'incomplètement et si l'on ne prend pas de grandes précautions pour ventiler le local dans lequel se font ces expériences, les opérateurs ne tardent pas à présenter les symptômes de l'empoisonnement par l'oxyde de carbone. On éprouve d'abord des céphalées intenses, des nausées et une lassitude générale. Il est indispensable, dans ces conditions, de se soustraire pendant plusieurs semaines à ce dégagement toxiquede d'oxyde carbone que l'on n'évite jamais complètement.
Ce premier modèle de four électrique en chaux nous a servi à étudier la cristallisation des oxydes métalliques, à préparer le graphite foisonnant, à établir la facile volatilisation du platine et la solubilité du carbone dans le silicium, dans le platme et dans un grand nombre de métaux.
La diffîcuhé de trouver (surtout en hiver) des blocs de chaux
un peu grands, non gercés et bien homogènes, nous a fait substituer assez rapidement le carbonate de chaux ou pierre à bâtir à la chaux vive. Cependant, j'emploie encore aujourd'hui ce modèle de four quand je tiens à éviter les dégagements abondants d'acide carbonique. Dans l'affinage de certains métaux, du chrome par exemple, nous utilisons encore ce four électrique.
Four électrique en carbonate de chaux pour creusets.
On peut remplacer, comme l'ont indiqué Deville et Debray à propos de leurs grandes fusions de platine, la chaux vive par un bloc de pierre de Gourson ou de tout autre calcaire naturel contenant peu de silicium (i).
Ce carbonate de chaux, que l'on choisit à grain fin, possède deux avantages : d'abord de présenter une plus grande solidité, et ensuite de se rencontrer facilement en fragments aussi volumineux qu'on peut le désirer.
Disposition du four. — On donne à la pierre la forme d'un parallélépipède régulier dont la grandeur variera avec l'intensité du courant.
Avec une machine de l\ chevaux, le four sera formé par deux briques dont l'inférieure aura lo""* de hauteur, iS"" de longueur et i5"" de largeur. Le couvercle présentera la même surface et une épaisseur de 8 à i o"".
Pour une machine de l\^ chevaux, les dimensions seront les suivantes : hauteur de la brique inférieure iS""", largeur 20"°, longueur So""; couvercle, hauteur 1 1''™.
Avec une machine de 100 chevaux, hauteur de la brique
(1) Procès-verbaux de la Commiêsion internationale du mètre. Exposé de la situation des travaux au 1" octobre 1873, p. 9.
inférieure 20"", longueur 35™, largeur 3o""; couvercle, hauteur i5"". Un semblable four, lorsqu'il est bien conduit, peut aisément servir pendant sept ou huit expériences consécutives.
Si l'on emploie une force motrice supérieure, la forme du four peut varier suivant l'expérience à réaliser, et, comme la chaux à ces hautes tensions devient volatile, il est bon de former la partie inférieure du four par un assemblage de plaques alternées de magnésie et de charbon. Nous décrirons plus loin ce dernier modèle.
Il est très important de dessécher avec soin les blocs de pierre qui servent de four. Pour cela, on les maintient, pendant douze ou vingt-quatre heures, à la partie supérieure d'un générateur à vapeur ou dans les cendres d'un foyer de machine ou de calorifère.
Lorsque le bloc de pierre est bien sec, il est rare qu'il se fendille sous l'action de la chaleur produite par l'arc électrique. Pour prévenir cet accident, nous avons l'habitude d'entourer le four et le couvercle d'une bande métallique, en ayant bien soin de la placer assez loin des électrodes, pour ne pas produire de court circuit. On peut aussi disposer le parallélipipède inférieur dans une boite de tôle de dimension voulue. Avant la dessiccation, on a percé, au milieu du bloc, un cylindre toujours plus grand que le creuset qu'il doit recevoir. Deux rainures permettent de faire glisser les électrodes et leur largeur dépend du diamètre de ces dernières.
Le creuset sera toujours placé sur un lit de magnésie, de façon à éviter la formation du carbure de calcium qui, en peu d'instants, le mettrait hors d'usage. Il est utile aussi de laisser jcm Qy 2"" de jeu entre le creuset et la paroi cylindrique du four, pour que la chaleur puisse rayonner librement tout autour.
Lorsque l'on veut condenser les vapeurs de corps difficilement
18 LE FOUn ÉLECTRIQUE
volatilisables à haute température, nous avons employé un tube métallique refroidi intérieurement par un courant d'eau. On sait que ce dispositif a fourni d'intéressants résultats à Deville dans ses belles recherches sur la dissociation.
Nous nous sommes servi, dans ces expériences, d'un tube de cuivre courbé en U de i5'"™ de diamètre, et traversé par un courant d'eau ayant une pression d'environ i atmosphère. La partie courbée du tube en U était introduite dans le four électrique à 2'""' au-dessous de l'arc et au-dessus du creuset qui renfermait la subtance à volatiliser ; de plus, une feuille de carton d'amiante, placée auprès de l'ouverture qui livrait passage au tube froid, permettait de condenser les vapeurs métalliques qui sortaient du four en abondance. La température de l'eau (jui traverse le tube de cuivre ne s'élève que de 2 ou 3 degrés.
Electrodes. — Les diamètres des électrodes varient naturellement avec la force du courant, ainsi que nous l'avons indiqué à propos du four en chaux vive. Lorsque l'on dépasse 100 chevaux, on emploie des cylindres de charbon qui ont 5o'"'" de longueur et 4'"'" de diamètre. Pour une force de 200 à 3oo chevaux, nous avons utilisé des électrodes de 5™ de diamètre.
Dans ces derniers cas, la réunion des câbles souples, qui amènent le courant aux électrodes de charbon, présente une petite difficulté. On doit éviter, avec soin, tout contact qui ne serait pas parfait, car il se forme de suite un arc assez intense pour fondre la mâchoire et l'extrémité du câble. Pour éviter ces accidents, nous nous sommes servi de mâchoires de cuivre représentées dans la figure l\. Le contact est assuré au moyen d'une toile métallique qui serre fortement l'extrémité de l'électrode, en faisant plusieurs tours et qui est écrasée parla mâchoire.
Creusets. — Nous avons indiqué précédemment les j)récaulions à prendre pour la fabrication des creusets.
Pour une machine de 45 chevaux, les creusets ont G*"'" de diamètre et 3"" d'échancrure. Lorsqu'il s'agfit de tensions élevées atteignant 8oo ampères et no volts, le diamètre intérieur des creusets est de 7'^'":, 5, le diamètre extérieur de g*^™ et la hauteur extérieure de lo*""* sans échancrures. Dans ces creusets, on peut préparer en cinq ou six minutes, de 3oo à 4oo gr. d'uranium ou de tung-stène fondu.
Nous avons employé aussi des creusets en mag-nésie de même
Fia. 4. — Four électrique avec supports pour courants de 110 volts et 1000 ampères.
dimension ; cette magnésie était préparée dans des conditions spéciales, ainsi que nous allons l'indiquer.
Emploi de plaques alternées de charbon et de magnésie. — Lorsque l'on emploie des courants ayant des tensions de 1200 à 2000 ampères et loo volts, les fours en chaux, si leur cavité n'est pas très grande, sont rapidement mis hors d'usage. En enfermant l'arc intense, produit par ce courant, dans un four en pierre calcaire dont la cavité intérieure mesurait lo'^"" de diamètre, nous avons obtenu les résultats suivants : fusion de la chaux
20 LE FOUn ÉLECTRIQUE
qui coule comme de l'eau, volatilisation de celle dernière qui, en quelques inslants, donne des torrents de fumée, sifflement de vapeurs par les ouvertures qui donnent passage aux électrodes, crépitations continues produites par de petits fragments de carbonate de chaux qui tombent dans la masse et sont immédiatement dissociés, projection de chaux fondue, enfin soulèvement du couvercle sous l'action des gaz et des vapeurs surchauffées. Dans ces conditions, l'expérience n'est plus très maniable. Si l'on augmente la cavité du four, l'arc peut alors donner de meilleurs résultats.
Lorsque l'on veut utiliser ces tensions élevées, il est bon de creuser au milieu de la pierre une cavité assez grande qui présente aussi la forme d'un parallélipipède et qui contient des plaques alternées de o'",oi d'épaisseur, d'abord de magnésie et ensuite de charbon. Ces plaques, au nombre de quatre, sont disposées de telle sorte que la magnésie soit toujours au contact de la chaux vive et que la pla([uette de charbon soità l'intérieur du four. L'oxyde de magnésium, étant irréductible par le charbon, ne pourra disparaître que par volatilisation, tandis que, à ces hautes températures, la chaux fondrait au contact du charbon, et produirait avec facilité un carbure de calcium liquide. Le dessus de la cavité du four peut se former de même par un ensemble de plaques de magnésie et de charbon ; mais le plus souvent, on se contentait d'un couvercle en pierre portant une cavité de forme ellipsoïdale de S'""' à 4*^^™ de profondeur.
Un four, disposé dans ces conditions, peut marcher avec facilité pendant j)lusieurs heures et permet alors de réaliser des expériences de longue durée.
Préparation de la magnésie. — La magnésie, employée dans ces expériences, a été préparée d'après les indications de
M . Schlœsing ( i ) . Il faut, en effet, débarrasser cet oxyde des petites impuretés qu'il pourrait contenir et qui abaissent considérablement son point de fusion. Pour obtenir ce résultat, l'hydrocarbonate de magnésie est calciné pendant plusieurs heures au four Perrot. Réduite ensuite en poudre fine, la magnésie obtenue est mise à digérer avec une solution étendue de carbonate d'ammoniaque, puis lavée à grande eau et calcinée à la plus haute température que puisse fournir un bon fourneau à vent. Par addition d'eau, on forme avec cette magnésie une pâte épaisse, qui, par compression dans des moules en bois, fournit des plaquettes que l'on abandonne à une dessiccation lente. Ces plaques sont enfin cuites au moufle (2).
Ainsi que M. Schlœsing l'a établi, cette magnésie ne présente plus de retrait à la température d'un fourneau à vent, et ne subit aucune action de la part des agents atmosphériques. Il va de soi que, aux températures du four électrique, elle donnera un nouveau retrait. Mais dans ces nouvelles conditions, tout en restant très légère, elle prend un aspect cristallin et sa solidité augmente.
M. Ditte a déjà démontré (3) que, sous l'action de la chaleur, la magnésie se polymérisait facilement et que sa densité pouvait s'élever de 3,198 à 3,669. ^^ magnésie des plaques du four électrique atteint une densité de 3,589 ®^ ^^^^^ quia été fondue de 3,654. Nous avons démontré précédemment que la chaux, fondue ou cristallisée au four électrique, a la même densité que la chaux préparée à 8oo^ L'irréductibilité de la magnésie lient peut-être à ce pouvoir de polymérisation qu'elle possède.
(1) Schlœsing. Industrie de la magnésie. Compter rendus, t. CI, p. 131.
(2) Cette magnésie, additionnée d'une petite quantité d'eau et comprimée t^^8 fortement à la pressé hydraulique,fournit une masse très dure rayant le marbre et la fluorine.
(3) Ditte. De l'influence qu'exerce la calcination de quelques oxydes métalliques sur la chaleur dégagée pendant leur combinaison. Comptes rendu»,i. LXXIII, p. 111 et 270.
Le modèle de four électrique, en pierre calcaire, nous a permis de conduire nos expériences avec beaucoup plus de rapidité. C'est g-râce à cet appareil que j'ai pu réaliser la production du diamant noir et du diamant transparent et cristallisé, la préparation par kilogrammes et l'affinage du chrome, de l'uranium, du tungstène, du molybdène, du zirconium et du vanadium.
C'est lui qui m'a permis d'amener la silice et la zircone à l'état gazeux, de distiller ces composés, d'établir la volatilisation, par la chaleur de l'arc, du cuivre, de l'aluminium, de l'or, du fer, de l'uranium, du silicium et du carbone. C'est encore dans ce modèle de four que j'ai pu préparer, avec facilité, le siliciure de carbone, le borure de carbone, le borure de silicium, les carbures de calcium, de baryum et de strontium cristallisés, le carbure d'aluminium, les différents borures et siliciures cristallisés, etc., etc.
Four électrique à tube.
La disposition du four à creusets que nous venons de décrire permet de chauffer des masses assez grandes à une température élevée, mais on ne peut éviter, avec ce modèle de four, l'action des gaz qui em})lissenl l'appareil. Pendant toute ladurée de l'expérience, l'acide carbonique qui se produit par suite de la décomposition du carbonate de chaux est en grande partie transformé en oxyde de carbone. L'eau qui se rencontre toujours dans la pierre, malgré une dessiccation aussi parfaite que possible, fournit d'une façon constante un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone.
Voulant éviter l'action de ces gaz dans certaines réactions, nous avons donné à notre four électrique la forme suivante :
Un bloc de pierre à grain fin (aussi complètement exempt de
silice que possible) est coupé sous forme d'un parallélipipède possédant i5"" de hauteur, 3o"" de longueur et 25"" de largeur. Les parois de la cavité intérieure sont garnies de plaques alternées de magnésie et de charbon, ainsi que nous l'avons indiqué précédemment, et la fermeture se produit au moyen d'un bloc de la même pierre. Enfin un tube de charbon traverse le four et les plaquettes latérales perpendiculairement aux électrodes. Son diamètre intérieur peut varier de 5""" à 4o""", et il est dis-
FlG. 5. — Four à tube horizontal.
posé de façon à se trouver à i""" au-dessous de l'arc et à i"" audessus du fond.
L'appareil^ disposé dans ces conditions (fig. 5), peut être chauffé pendant plusieurs heures avec des courants qui ont varié de 3oo ampères et 70 volts à 1000 ampères et 60 volts. La partie du tube de charl)on, exposée à cette haute température, se transforme entièrement en graphite. Mais, si le tube est en carbone pur, s'il ne touche pas la chaux (i), et s'il a été pre-
(1) Les électrodes et le tube sont eéparés de la chaux par une petite couche de magnésie.
paré avec soin et sous une forte pression, le graphite forme un véritable feutrag^e et le diamètre du tube ne chang-e pas sensiblement.
Dans différentes expériences, nous avons placé le tube audessus de l'arc, mais, dans ces nouvelles conditions, la température est moins élevée.
Si l'on veut éviter l'action directe du carbone sur les corps mis en expérience,, on peut donner au tube de charbon un revêtement intérieur ou extérieur en mag^nésie. L'expérience alors est limitée, il est vrai, par la vaporisation de cet oxyde ; mais, avant d'en arriver à ce degré de chaleur, on comprend qu'il existe un grand nombre d'études intéressantes à réaliser.
Aucune autre matière (jue le charbon n'a pu être employée pour la fabrication du tube horizontal. Tous les autres corps que nous rencontrons dans la nature, ou que nous pouvons préparer dans le laboratoire, fondent et se volatilisent avant le carbone.
Ces tubes de charbon ont le grave inconvénient de présenter une porosité notable ; nous avons cherché à l'éviter le plus possible, en employant des tubes doubles ou des tubes recouverts de magnésie. Tous les essais tentés pour fondre à leur surface une couverte de siliciure de carbone, de borure de carbone, ou d'autres carbures, ont été infructueux : nous poursuivons cependant cette étude, car il serait très utile, pour les recherches délicates qui restent à entreprendre aux températures élevées, de préparer des tubes d'une étanchéité parfaite.
Ces tubes de charbon étaient fermés à leurs extrémités par des bouchons en magnésie moulée ou en pierre ponce taillée. Ces bouchons portaient, suivant leur axe, des ouvertures cylindriq^ues qui donnaient passage à des tubes de verre. Ces différentes pièces glissaient les unes dans les autres, à frottement
doux et l'on obtenait une fermeture complète, au moyen d'un lut formé de magnésie et de silicate alcalin.
Lorsque les substances à chauffer devaient être placées dans des nacelles, on se servait des tubes de charbon ayant 4"™ de diamètre et 5o°"' de longueur.
Nous avons pu, dans ces conditions, fondre et volatiliser différents composés dans un courant d'azote ou d'hydrogène avec la plus grande facilité. Toutefois les courants gazeux, employés dans ces expériences, devaient être très rapides et les gaz séchés avec le plus grand soin.
Ce modèle de four nous a servi aussi a aborder l'étude de quelques réactions gazeuses aux hautes températures fournies par l'arc électrique. Nous espérons publier ultérieurement les résultats des recherches délicates que nous poursuivons sur ce sujet.
C'est au moyen de ce four électrique à tube, que nous avons pu préparer le siliciure de carbone cristallisé, pur et incolore, par l'union directe de la vapeur de carbone et de la vapeur de silicium. Cet appareil nous a servi dans les études sur les borures de fer, de cobalt et de nickel cristallisés ; dans la préparation du zirconium, du carbure d'aluminium pur, du carbure de titane,, des carbures des métaux de la cérite, et dans l'étude de différents azotures. On pourra l'employer avec facilité chaque fois qu'il s'agira de préparer un composé dans une atmosphère gazeuse déterminée.
Four électrique continu.
L'appareil que je viens de décrire possède un tube de charbon horizontal ; si l'on inchne ce tube de 3o% le four se transforme aussitôt en un appareil de production des métaux réfractaires, appareil continu au milieu duquel on peut amener, par glisse-
ment, le mélange d'oxyde à réduire et de charbon, tandis que le métal liquide s'écoule avec facilité sur ce plan incliné. Dans ce four électrique continu, comme d'ailleurs dans le four électrique à tube, je sépare complètement les phénomènes électrolytiques des phénomènes calorifiques.
Avec un courant de 600 ampères et 60 volts, il est facile d'obtenir, en une heure, un culot de chrome métallique fondu d'environ 2^'^. Le métal est reçu dans une cavité creusée dans la pierre calcaire et brasquée intérieurement de sesquioxyde de chrome. Le métal reste liquide un certain temps, perd tous les gaz qu'il contenait en solution et subit un commencement d'affinage. On obtient ainsi une masse qui, après solidification, est formée d'un métal blanc très dur, à grain fin, prenant un beau brillant par le polissage.
Four à plusieurs sir es.
Dans les recherches que l'on peut entreprendre au moyen du four électrique, il y a deux cas bien nets qui peuvent se présenter :
1° S'agit-il d'atteindre une température très élevée? On enfermera un arc puissant dans la plus petite cavité possible. C'est le cas du four en chaux ou du four à creuset que nous venons de décrire précédemment. Dans ces conditions, la chaleur porte rapidement son action sur les parois du four ; la chaux ou la magnésie fondent et se volatilisent avec rapidité. Avec des courants de 1200 ampères et 1 10 volts, l'appareil est mis hors d'usage en dix ou quinze minutes.
2° Au contraire, veut-on produire une notable quantité d'un métal qui se forme à haute température ; nous devons alors donner au four électrique une cavité plus grande et utiliser sa chaleur au fur et à mesure qu'elle se produit, en lui fournissant,
d'une façon continue, un travail à effectuer. Dans ce deuxième cas, on devra employer le four à tube incliné ou le four à sole.
Il est le plus souvent possible de former une sole assez réfractaire pour supporter le métal liquide à obtenir, et dans ce cas, pour rég-ulariser la chaleur sur une surface plus grande^ nous diviserons notre courant en plusieurs arcs.
En employant une sole légèrement inclinée, on peut amener, à la partie supérieure, le mélange aggloméré d'oxyde et de charbon. Sous l'action d'un ou de deux arcs le métal se produit, coule sur la sole, s'accumule à la partie inférieure où un autre arc le maintient liquide pendant que l'affinage se produit. On peut faire écouler le métal liquide par un trou de coulée que l'on débouche à la fin de l'opération. Dans un essai fait en petit, nous avons pu couler ainsi, en une fois, lo'''^ de chrome en fusion. Dans une autre expérience nous* avons fondu 12''^ de molybdène.
La chaleur intense, produite par l'arc électrique, peut donc être appliquée à un four continu et donner dans ce cas une production régulière d'un métal dont le point de fusion peut être bien supérieur à 2000°.
En terminant la description des différents modèles de fours électriques que nous avons employés dans nos recherches, nous rappellerons qu'il reste un point important à élucider.
Nous ignorons quelle est la température de ces appareils; elle dépend de la température que peut atteindre l'arc électrique qui, d'après M. Violle, serait de 35oo''. On sait que sur ce sujet les physiciens sont peu d'accord. Pour nous, après des centaines d'expériences réalisées dans des conditions bien différentes, il nous a semblé que dans un four fermé, à petite cavité, la température s'élevait avec l'intensité du courant. Il est vraisemblable que la vaporisation du
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carbone peut limiter dans une certaine mesure la température de l'arc, lorsque l'on emploie des tensions qui ne sont pas très élevées ; il en est de même des phénomènes de dépolymérisation du carbone qui viennent aussi compliquer les conditions thermiques de l'expérience. Mais il nous a toujours paru, dans les nombreuses recherches faites sur ce sujet, recherches entreprises à des tensions très différentes, que plus nous avions des machines puissantes, et plus la température augmentait.
Avec 4oo ampères et 70 volts, il nous a été impossible de réduire l'oxyde de vanadium par le charbon, le creuset étant placé à i""' de l'arc. Avec un courant de 1000 ampères et 70 volts, cette réduction se fait à plusieurs centimètres de l'arc et l'on obtient environ 100 gr. de métal en quelques minutes.
La réduction de l'acide titanique par le charbon nous a fourni un nouvel exemple de l'augmentation de la température en fonction de l'intensité du courant. Avec un arc de 5o ampères et 5o volts, on n'obtient que le protoxyde bleu de titane, quelle que soit la durée de l'expérience ; un arc de 35o ampères et 5o volts nous donne l'azoture fondu et rien que l'azoture; enfin avec 1000 ampères et 70 volts, cet azoture est complètement dissocié et l'on arrive au titane liquide plus ou moins carburé.
Conclusions. — Plusieurs savants ont déjà utilisé l'arc électrique pour obtenir des températures élevées; mais les chercheurs qui m'ont précédé jusqu'ici sur ce point n'ont pas séparé l'action électrique du courant de son action calorifi(jue. C'est cette séparation que j'ai voulu réaliser en ne prenant à l'arc électrique (jue les phénomènes calorifiques puissants qu'il peut fournir, et en laissant de côté l'action purement électrolytique.
Les fours électriques que je viens de décrire sont des appa-
reils simples et pratiques permettant d'étendre considérablement la chimie des hautes températures.
Les services qu'ils pourront rendre dans le laboratoire et dans l'industrie seront très grands.
Ces appareils nous permettent d'atteindre avec facilité des températures voisines au minimum de SSoo"; c'est donc tout un ensemble d'études à poursuivre, et les premiers résultats entrevus montrent l'importance et l'étendue des recherches qui peuvent être tentées dans cette voie nouvelle.
Nous avons appliqué tout d'abord notre four électrique à l'étude de la cristallisation des oxydes métalliques, puis à la volatilisation de quelques corps simples.
Pour étudier l'action d'une haute température sur les oxydes métalliques, on s'est servi du four électrique en chaux vive décrit précédemment. Les oxydes étaient préparés purs et anhydres. On tassait alors ces oxydes en poudre au milieu de la cavité placée au-dessous des électrodes et l'on faisait jaillir l'arc. Pour la première partie de ces recherches, c'est-à-dire dans celle où l'on n'a employé qu'un moteur de quatre chevaux, les électrodes de charbon avaient été soumises au préalable à l'action du chlore à haute températun;, puis refroidies dans un courant d'azote. Dans les expériences où l'on a utilisé une force motrice de 3o à 45 chevaux, on a employé comme électrodes des cylindres de charbon aussi purs que possible et préparés avec des précautions minutieuses. D'ailleurs, lorsque l'on emploie un courant intense, les réactions peuvent être exécutées sur des masses assez imj)ortantes pour que la petite quantité d'impuretés des électrodes ne puisse influencer beaucoup les résultats de l'expérience.
Oxyde de calcium. — Lorsque l'on soumet la chaux à l'action de l'arcproduit par une machine donnant 5o volts et 25 ampères, la masse ne tarde pas à se recouvrir de cristaux blancs et brillants qui sont formés d'oxyde de calcium pur. ^
Ces cristaux peuvent, du reste, être obtenus en petite quantité au moyen du chalumeau à oxygène et à hydrogène dans la
partie la plus chauffée, c'est-à-dire auprès de l'ajutage du chalumeau.
Si l'on substitue à la chaux pure, une chaux légèrement hydraulique, qui forme la matière même du four, on obtient encore une très belle cristallisation.
Ces derniers cristaux ont une densité de 8,29 ; ils sont facilement solubles dans l'eau et fournissent à l'analyse la composition suivante :
Chaux . . 97,30
Alumine 1,60
Silice 0,45
Fer Traces.
Bien que la chaux employée fût très riche en alumine et colorée en jaune par du fer, les cristaux obtenus étaient tout à fait incolores; ils sont analogues à ceux que MM. St. Meunier et Levallois ont trouvés dans un four à chaux continu, chauffé au moyen de gaz combustibles (i).
Si l'on opère avec un arc plus puissant, donnant 5o volts et 100 ampères, la cristallisation devient beaucoup plus abondante et plus rapide; mais l'on n'arrive à la fusion complète avec recristallisation confuse de la masse fondue, qu'avec un arc fournissant 35o ampères et 70 volts. Dans ces conditions, la cavité intérieure se creuse de plus en plus, les deux briques de chaux vive se soudent et l'expérience se limite par la fusion delà matière qui constitue le four. La chaux pure, bien exempte de silice, d'alumine, ou de magnésie, fond tout aussi bien et tout aussi rapidement.
Après quinze ou vingt minutes, lorsque l'on emploie un four de grandeur ordinaire, les parois extérieures sont portées au rouge vif, et l'on doit mettre fin à l'expérience.
(1) St. Meunier et Levallois. Comptes rendvs, 28 juin 1880,
Si l'on utilise des tensions de i lo volts et 1200 ampères^ la fusion, puis la volatilisation de la chaux se produisent avec une grande intensité en quelques instants. En cinq minutes, on a volatilisé plusieurs centaines de grammes de chaux vive. Si l'on arrête l'expérience, le haut du four est recouvert d'une couche fondue de chaux vive de deux ou trois centimètres d'épaisseur, à cassure cristalline. La partie fondue a pris une transparence un peu laiteuse et sa densité est de 3, 12 à la température de 18°.
Les résultats sont identiques lorsque l'on emploie un four en carbonate de chaux. L'arc ne tarde pas à se creuser une cavité ovoïde en chaux fondue, entourée d'une couche blanche de chaux vive, d'environ 2^"" d'épaisseur.
Si l'on ajoute une notable quantité d'alumine à la chaux, son point de fusion s'abaisse considérablement et sa liquidité augmente beaucoup.
La chaux fondue présente une résistance assez inattendue à l'hydratation.
Nous avons placé dans trois verres à pied renfermant de l'eau distillée :
1° De la chaux de marbre.
2° Une chaux grasse de bonne qualité.
3" Des fragments de chaux fondue. V'
La chaux de marbre se délite immédiatement et le liquide fournit de suite un précipité blanc avec l'oxalate d'ammoniaque.
La chaux grasse ne tarde pas à foisonner et entre très rapidement en solution dans l'eau. Douze heures plus tard, elle est complètement délitée.
Au contraire, la chaux fondue n'a pas changé d'aspect après vingt-quatre heures de contact avec l'eau, et le liquide ne renferme pas trace de chaux en solution. Il faut attendre encore vingt-
quatre heures pour qu'il se produise un foisonnement sensible, et dès lors, il y a production d'eau de chaux. Soixante-douze heures plus tard^ cette chaux fondue est complètement délitée.
L'eau bouillante donne une série de réactions identiques.
Nous pouvons conclure de ces expériences que l'oxyde de calcium, tant qu'il n'est pas hydraté, est insoluble dans l'eau, et que cette chaux fondue résiste à l'action de l'eau beaucoup plus longtemps que la chaux vive ordinaire.
L'air saturé de vapeur d'eau à la température du laboratoire, nous a donné les résultats suivants : la chaux de marbre a foisonné complètement en ving-t-quatre heures ; la chaux g-rasse en quarante-huit heures, et la chaux fondue n'a commencé à perdre son aspect de cire que quarante-huit heures après ; trois jours plus tard, elle renfermait encore quelques fragments non hydratés.
Ces expériences étaient faites sous une cloche maintenue dans un grand cristallisoir rempli d'eau, et les petits fragments de chaux étaient placés dans des cupules de verre, qui nageaient sur le liquide.
Nous avons observé la même graduation dans l'attaque de ces différents échantillons par les acides étendus.
Strontiane. — La strontiane cristallise d'abord comme la chaux, sous l'action d'un arc de 5o volts et 76 ampères. Avec des courants de 70 volts et 35o ampères, la strontiane pure fond en un liquide transparent qui, par refroidissement, se prend en une masse confuse de cristaux. L'oxyde de strontium fond plus facilement que la chaux.
Baryte. — La baryte, comme on le sait, fond à une température plus basse que la chaux. Avec un arc de 5o volts et 2,5 ampères, elle devient absolument liquide ; elle se volatilise avec
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facilité sous l'action d'un arc à tension plus élevée. En se refroidissant, la baryte liquide fournit un amas de cristaux enchevêtrés qui possèdent une très belle cassure cristalline.
Magnésie. — La mag-nésie cristallise à une température plus élevée que la chaux ; elle fournit des cristaux brillants qui mesurent parfois plusieurs millimètres de côté.
L'expérience réussit très bien en maintenant un arc de 5o volts et de 120 ampères au-dessus d'une masse de mag-nésie pure placée au milieu du four électrique. Quand on opère avec une tension de 36o ampères et 70 volts, la magnésie donne une masse fondue, laiteuse et translucide.
M. Ditte a démontré en 1871, que la magnésie se polymérisait par suite d'élévations successives de température et que l'ensemble de ses propriétés chimiques et thermiques variait ainsi d'une façon continue. En parliculier, la densité de cet oxyde s'élève rapidement avec la température. M. Ditte a donné les chiffres suivants :
DENBirB A O"
Rouge sombre 3,2482
Rouge blanc 3,5699
Dans nos expériences, faites au four électrique, nous avons toujours remarqué que la magnésie, purifiée par le procédé de M. Schlœsing, était irréductible par le charbon. La connaissance de cette propriété était très importante pour nous, puisqu'elle nous a permis de construire l'intérieur de nos fours, avec des plaquettes alternées de magnésie et de charbon, et d'utiliser cette même magnésie pour la formation de nos creusets.
En présence de la facile réduction par le charbon, à la température de l'arc, des oxydes alcalino-terreux, de l'alumine et de l'oxyde d'uranium, cette stabilité de la magnésie nous a
semblé assez curieuse pour nous amener à reprendre la densité de cet oxyde fondu au four électrique.
Ces déterminations ont été faites dans la benzine et dans l'alcool absolu, en suivant les précautions très bien indiquées, d'ailleurs, dans le mémoire de M. Ditte (i). Chacun des chiffres que nous donnons ci-dessous représente la moyenne de quatre expériences.
Le premier échantillon avait été chauffé pendant dix heures au four à vent, alimenté par du charbon de cornue. Le deuxième échantillon provenait de plaques de mag-nésie, en partie cristalline, qui avaient subi pendant deux heures l'action de l'arc électrique. Le troisième provenait d'une masse de magnésie de 5o^% fondue en un seul morceau, dans un creuset du four électrique.
Nous avons obtenu les chiffres suivants :
DENSIT* A 20"
