CHAPITRE V

ne la liquéfaction du Protoxyde d'azote et de l'emploi du Protoxyde d'azote liquéfié.

L'importance qu'a prise le protoxyde d'azote dans ces dernières années en Amérique et en Angleterre, est devenue telle qu'il existe dans ces pays plusieurs usines qui livrent le gaz à l'état liquide, c'est-à-dîre sous une forme aussi portative que l'éther et le chloroforme. Nous allons consacrer un chapitre à l'étude du protoxyde d'azote sous cet état,

La découverte de la propriété que possèdent certains' gaz, de passer à l'état de liquide sous l'influence du froid ou de la pression , est toute moderne. Avant l'illustre physicien Faraday, on ignorait que la plupart des gaz placés dans des conditions convenables peuvent être liquéfiés et même solidifiés.

Lavoisier, supposant la terre portée dans les froides

régions des espaces célestes, admettait que l'air, faute

d'un degré de chaleur suffisant, ne pourrait rester à

l'état gazeux , et il en résulterait, ajoutait l'illustre

chimiste, de nouveaux liquides dont nous n'avons

aucune idée.

Faraday fut le premier qui réussit, il y a trente ans environ, à faire passer les corps de l'état gazeux à l'état liquide sous l'influence du froid ou de la pression.

Les appareils dont il se servait d'abord étaient fort simples. Il renfermait dans un tube de verre de faible capacité, recourbé en siphon, les matières susceptibles de dégager par leur réaction un grand volume de gaz. En se dégageant dans un espace limité, le gaz se liquéfiait par sa propre pression, et se condensait dans une des branches du tube, qu'on avait eu préalablement soin d'entourer d'un mélange réfrigérant.

Ce procédé est facile, mais aussi fort dangereux, car ces gaz, soumis à des pressions dépassant quelquefois ôO atmosphères, devaient faire éclater les tubes dans lesquels ils s'étaient produits, ce qui arrivait fréquemment.

Faraday eut bientôt recours à des procédés plus scientifiques et entreprit sur ce sujet une série d'expériences dont les résultats sont consignés dans un mémoire qu'il publia sous ce titre: On the liquéfaction and solidification of bodies generally existing as gaSj dsiusles Philo Sophie al Transactions ofther^oyal Society of London^ année 1845. Ce mémoire étant très peu connu en France, nous allons donner une traduction de ses parties les plus essentielles.

Les expériences précédemment faites sur la liquéfaction des gaz et les résultats qui de temps en temps ont été ajoutés à cette branche de nos connaissances, spécialement par M. Thilorier(l), m'avaient, dit Faraday, laissé le désir constant de répéter mes recherches. Ce désir, ainsi que les considérations qu'on pouvait tirer de la simplicité et de l'unité apparente de la cons-

ul) Les expériences auxquelles Faraday fait allusion sont celles de Thilorier sur la liquéfaction de l'acide carbonique. Le résultat en est consigné dans le tome 60 des Annales de physique et de chimie.

titution moléculaire des corps quand ils sont réduits en vapeur ou gaz d'après les expériences de M. Gagnard de Latour, et Tespoir de voir Tazote, l'oxygène, l'hydrogène à l'état solide ou liquide et ce dernier peut-être à l'état métallique, m'ont engagé à persévérer dans mes expériences sur ce sujet, et, bien que mon succès n'ait pas été aussi grand que je l'espérais, je crois cependant que quelques-uns des résultats obtenus , ainsi que la manière de les obtenir, pourront intéresser la Société royale, surtout si l'on remarque que mes expériences peuvent être plus étendues que je n'ai pu le faire.

Mon but, ainsi que celui des autres expérimentateurs, fut de soumettre le gaz à une pression considérable en même temps qu'à une température fort basse. Pour obtenir la pression , j'employais deux pompes à air fixées sur une table. La première pompe avec un piston d'un pouce de diamètre, et la seconde d'un demi-pouce de diamètre. Elles étaient unies par un conduit disposé de manière à forcer le gaz de la première de passer à travers les soupapes de la seconde. Cette seconde pouvait recevoir le gaz déjà condensé à 10, 15 ou 20 atmosphères et le chassait à une pression supérieure dans le récipient destiné à le recevoir en dernier lieu.

Les gaz sur lesquels on voulait expérimenter étaient préparés et conservés dans des gazomètres ou des cloches, puis chassés par pression dans des tubes condensateurs. Quand les gaz étaient recueillis sur l'eau ou qu'ils pouvaient en contenir, ils passaient, en se rendant du gazomètre à la pompe, à travers un tube de verre entouré d'un mélange de glace et de sel à 0 Fahrenheit.

Les tubes condensateurs étaient de verre vert à bouteille de 1/6 à 1/7 de pouce de diamètre extérieur, et de 1/42 et 1/30 de pouce d'épaisseur. Ils étaient disposés de deux manières : les uns horizontalement et munis d'une courbure qui leur permettait de plonger dans le liquide réfrigérant; les autres, en forme de siphon renversé, pouvaient être refroidis dans leur partie inférieure, quand cela était nécessaire. Dans la partie horizontale du tube courbé et dans la plus longue .branche du siphon, on pouvait introduire des manomètres quand cela était nécessaire.

Les tubes étaient réunis aux pompes par des douilles et pièces d'assemblage semblables à celles des pompes à gaz ordinaires, mais faites avec plus de soin. Les douilles portaient des ouvertures assez grandes pour que les extrémités des tubes de verre y entrassent librement et étaient munies à l'intérieur d'un pas de vis qui facilitait Fadhérence du mastic. On rendait les bouts des tubes de verre rugueux au moyen d'une lime, et pour fixer une douille, les pièces étaient chauffées de façon à fondre le mastic avant d'ajuster leurs extrémités : ces jointures, supportant des pressions variant de 30 à 50 atmosphères, ne manquèrent qu'une fois sur 100 expériences environ.

Toutes les jointures étaient rendues étanches au

moyen de feuilles de plomb.

J'ai souvent mis ces tubes à une pression de 50 atmosphères, sans accident ni rupture. Avec l'assistance de M. Adam, j'ai essayé leur résistance à la presse hydraulique et obtenu les résultats suivants: un tube de 0,24 de diamètre extérieur et de 0,0175 de pouce d'épaisseur, éclatait à une pression de 64 atmosphères, en représentant par 15 Ib. par pouce carré

la pression d'une atmosphère. Un tube dont je m'étais servi, de 0,225 de pouce de diamètre extérieur et de 0,03 de pouce d'épaisseur, supporta une pression de 118 atmosplières sans se briser et sans rupture du capuchon ou du mastic.

Un tube comme ceux que j'employais pour dégager les gaz sous pression, ayant 0,6 de pouce de diamètre extérieur et 0,035 d'épaisseur, éclata sous une pression de 25 atmosphères.

Ces données peuvent servir à choisir des tubes assez forts pour résister aux pressions auxquelles on veut les soumettre. L'instrument employé pour mesurer le degré de pression auquel le gaz était soumis dans le condensateur consistait en un petit tube de verre fermé à son extrémité inférieure par une colonne de mercure se mouvant dans son intérieur. Par l'expression 10 ou 20 atmosphères j'entends une force capable de réduire une masse d'air au 10^ ou au 20® du volume qu'elle occupait à la pression de 30 pouces de mercure. Pour soumettre ces tubes au plus grand froid possible, j'employais le mélange de Thilorier, composé d'acide carbonique solide et d'éther. Un vase de terre de 4 pouces cubes de volume était placé dans un autre vase un peu plus large; on enveloppait de quelques doubles de flanelle et on plaçait le mélange réfrigérant dans le vase intérieur. Un tel bain peut durer de 20 à 30 minutes, sans que l'acide carbonique perde l'état solide, et les tubes de verre peuvent y être plongés sans se rompre.

Mais comme je fondais mes espérances de succès plutôt sur l'abaissement de la température que sur l'élévation de la pression, je tâchai d'obtenir un froid encore plus considérable. Il y a, en effet, des résultats

obtenus par le froid et sur lesquels la pression est sans effet.

..... Pour obtenir' le degré de température nécessaire, le bain d'aeide carbonique et d'éther fut mis sous le récipient de la machine pneumatique et on fit le vide rapidement. La température s'abaissa tellement que la vapeur de Tacide carbonique, abandonnée par le bain, au lieu d'avoir une pression de 1 atmosphère, n'avait que 1/24 d'atmosphère de pression, ou 1,2 pouce de mercure, car le baromètre de la machine se maintenait à 28,2 pouces, le baromètre ordinaire étant à 39,4. A cette basse température, l'acide carbonique, mélangé à l'éther, n'était pas plus volatil que Feau à 86°, ou que l'alcool à la température ordinaire.

Pour obtenir une idée de cette température, je fis un thermomètre à alcool dont la graduation fut portée au-dessous de 32« Fahr., par degrés égaux en capacité à ceux se trouvant entre 32° et 112^. Placé dans le bain, il accusa une température de 106\ Introduit sous la machine, il s'abaissa à 166° ou à 60^ au-dessous de la température du même bain à lapression atmosphérique.

Après quelques explications sur la manière de combiner le froid à la pression, sur la manière de conserver les gaz liquéfiés dans les tubes, en les fermant à la lampe au-dessous du point où se trouve le gaz liquéfié et sur la conservation de l'acide carbonique solide dans un vase de verre entouré de 3 enveloppes de verres concentriques séparées l'une de l'autre par des morceaux de laine sèche, disposition qui permet de conserver ce corps un jour entier. Faraday étudie les propriétés des gaz qu'il a condensés, c'est-à-dire le gaz oléfiant, Tacide iodhydrique, l'acide bromhydrique, l'acide fluosilicique, l'hydrogène phosphore, l'acide

fluoborique, l'acide sulfureux, l'hydrogène sulfuré, l'acide carbonique, Foxyde du chlore, le protoxyde d'azote, l'ammoniaque, le cyanogène, l'hydrogène arsénié. Relativement au protoxyde d'azote, il s'exprime de la façon suivante:

Protoxyde d'azote. J'obtiens cette substance solide au moyen du bain d'acide carbonique et du vide, sous forme d'un corps cristallin incolore. La température nécessaire a été d'environ 150'' (Fahr.) au-dessous de 0. La pression de la vapeur du corps solidifié était inférieure à celle de l'atmosphère.

Je pensai que le protoxyde liquéfié ne pouvait se congeler par l'évaporation sous une seule atmosphère, comme le fait l'acide carbonique; ce qui fut trouvé vrai, car en ouvrant à l'air un tube contenant beaucoup de ce corps liquide, il se mit à bouillir, se refroidit, mais resta liquide. Le froid produit par l'évaporation était considérable, et je pus m'en assurer en plaçant le tube qui contenait le liquide dans un bain d'acide carbonique où il se mit à bouillir avec rapidité. La température du bain, quelque basse qu'elle fût, était donc encore si supérieure à celle du liquide qui y était plongé, qu'il se comportait à son égard comme un corps chaud.

Je gardai quelques semaines ce corps dans un tube fermé par des robinets, et pendant ce temps la pression indiquée par le manomètre resta fixe.

11 est donc probable qu'on pourra employer ce corps dans certaines occasions pour produire des froids beaucoup plus considérables que ceux que peut produire l'acide carbonique. On ne peut douter que, placée dans le vide, cette substance produise une température plus basse que toutes celles que l'on

connaît, et peut être autant au-dessous du bain d'acide carbonique dans le vide qu'elle Test de la température de ce dernier relativement à celle du même bain exposé à Pair.

Le protoxyde d'azote comme le gaz oléflant donna à différentes reprises des résultats incertains relativement à la pression de sa vapeur, résultat dont on ne peut tenir compte qu'en admettant la présence de deux corps différents solubles l'un dans l'autre, mais de force élastique différente.

Soupçonnant la présence d'azote dans son protoxyde par suite de l'existence de chlorhydrate d'ammoniaque dans le nitrate qu'il employait, Faraday employa du nitrate d'ammoniaque pur, et les pressions de la vapeur du protoxyde d'azote liquide à différentes températures qu'il obtint sont indiquées dans le tableau suivant:

Température Pression

«n degrés Fahr. en atmosphères,

Température en degrés Fahr.

Pression •n atmosphères.

Il est évident, dit Faraday, que ces nombres ne donnent pas l'idée d'une substance simple et pure, car les pressions correspondant aux plus basses températures sont trop élevées. Je crois à la présence de deux corps, et que le plus volatil est, ainsi que je rai dit, condensable dans celui qui Test moins (1).

Faraday réussit ainsi à forcer tous les gaz connus à se liquéfier, à Fexception de six: l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, l'hydrogène protocarboné, le bioxyde d'azote et l'oxyde de carbone liquéfiés comme on le sait dans ces derniers temps. Tout en faisant connaître les propriétés nouvelles des gaz liquéfiés il fit connaître comment se comportaient certains corps en présence de froids extrêmes. Tandis que les physiciens savaient produire des températures supérieures à 2,000 degrés au-dessus de 0, ils ne pouvaient produire des froids inférieurs à 50° au-dessous Faraday le premier donna le moyen de descendre à 100" audessous de 0, et fit voir qu'à cette température la plupart des corps gazeux à la température ordinaire deviennent liquides ou solides. Quelles propriétés nouvelles acquerraient les corps si Ton parvenait à les soumettre à une température de plusieurs centaines de degrés au-dessous de 0, c'est ce que nous ignorons. Un fragment de fer chauffé à 2,000° audessus de 0 prend une teinte éblouissante; à 2,000° au-dessous , que deviendrait-il ? La science le dira

(1) Cette réflexion, passée inaperçue, mériterait un sérieux examen; certains corps, considérés comme simples par les chimistes, sont soupçonnés être des corps composés par les physiciens, En serait-il ainsi pour les éléments du protoxyde d'azote? Ce gaz, au lieu d'être une combinaison, serait-il un mélange de différents gaz actuellement inconnus ? A. P.

peut-être un jour; mais à Faraday l'honneur d'avoir montré qu'on pouvait produire des froids artificiels auprès desquels les températures des pôles peuvent être considérées comme très élevées.

-Vers l'époque où parut le Mémoire dont nous venons de traduire une partie ^ un constructeur viennois , M. Natterer, imaginait un appareil pour condenser le protoxyde d'azote par la pression. Cet appareil se composait d'une pompe aspirante et foulante, manœuvrée avec un volant, puisant dans un gazomètre le gaz à condenser et le refoulant dans un récipient de bronze, entouré d'un mélange réfrigérant. Lorsqu'une certaine quantité de gaz était liquéfiée, on fermait le récipient et on 1g séparait du reste de l'appareil. Avec cet appareil, il faut donner 4,000 coups de piston pour obtenir un quart de litre de gaz liquéfié.

Dans ces dernières années, MM. Deleuil et Bianchi ont modifié, dans ses détails, l'appareil de Natterer et aujourd'lmi il est devenu très pratique.

Le protoxyde d'azote liquide reprend rapidement l'état gazeux quand il est exposé à l'air libre.

Si on plonge un thermomètre dans un vase contenant du protoxyde d'azote liquide, l'instrument s'abaisse rapidement à 90" centigrades au-dessous de 0.

Si on jette du mercure dans un vase contenant du protoxyde d'azote liquide, ce métal se solidifie aussitôt et prend la consistance et la ténacité de l'argent en barre. Si au lieu de mercure on plonge dans le liquide un fil de métal, celui-ci produit un bruit analogue au sifflement que fait entendre un fer rouge au contact de l'eau.

La plus petite quantité de protoxyde d'azote liquéfié mise en contact avec la peau la désorganise comme

le ferait un fer rouge, en produisant une vive douleur.

Le protoxyde d'azote liquide conserve en partie les propriétés du protoxyde d'azote gazeux. Comme lui, il entretient la combustion des corps. En jetant un charbon allumé dans un vase contenant du protoxyde d'azote liquide, ce charbon brûle avec un vif éclat. Si dans le même vase on jette quelques grammes de mercure, sous l'influence du froid le métal se solidifie instantanément. En sorte que dans le même vase se trouvent en présence une température supérieure aux feux de forge les plus violents et un froid bien plus considérable que les froids des pôles les plus intenses. Cette expérience est certainement une des plus curieuses de la physique moderne.

Le protoxyde d'azote peut être comme nous l'avons vu liquéfié de deux façons; par la pression et par le froid. A la température de 15 degrés au-dessus de 0, une pression de 50 atmosphères, c'est-à-dire une pression égale au poids d'une colonne d'eau 6 à 7 fois plus haute que le Panthéon, est nécessaire pour le liquéfier. A une température de 110^ au-dessous de 0, il se liquéfie sous la pression de l'atmosphère.

Pour obtenir une température suffisamment basse pour liquéfier le protoxyde d'azote sans pression, il suffît de placer ce corps dans un tube entouré d'un mélange d'acide carbonique solide et d'éther qu'on place dans le vide. Le froid produit est si intense que non-seulement le protoxyde d'azote se liquéfie, mais encore qu'il se solidifie. Dans cet état, il se présente sous forme d'un beau corps cristallin incolore.

La fabrication du protoxyde d'azote liquide qui était fort difficile il y a quelques années est devenue tout à fait industrielle aujourd'hui. Voici quelques détails

sur la préparation du protoxyde d'azote en bouteille que nous devons à Tobligeance de M. Duflos chimiste distingué qui a fait une spécialité de cette fabrication.

Les bouteilles employées à la conservation du protoxyde liquéfié sont en fer doux, leurs parvois ont une épaisseur de 0.011 à 0.012 millimètres. Leur diamètre extérieur est de 0.088 millim. La longueur de la bouteille y compris la vis est environ de 0.38 centim. La contenance: 13 décilitres, la fermeture est constituée par un bouchon de bronze vissé et soudé sur la bouteille et muni d'une vis d'acier faisant soupape.

Le poids de la bouteille vide est de 5 kil., pleine de gaz pèse 8 à 900 grammes de plus. Elle renferme naturellement de 4 à 500 litres de gaz quantité suffisante pour 40 à 50 opérations.

La compression du protoxyde d'azote s'obtient au moyen d'une pompe à 3 pistons agissant l'un après l'autre, la pompe est mise en mouvement par une machine de 3 chevaux. Cette opération est délicate et demande une très grande habitude. Ce n'est que par un travail incessant et des essais multiples que le pharmacien qui fabrique le gaz comprimé à Paris, M. Duflos, est arrivé à avoir des soupapes fonctionnant à sec, généralement on est obligé de passer de l'eau dans la pompe pour la faire fonctionner. Cette eau était chassée très difficilement, et il résultait plusieurs inconvénients. D'abord la pompe n'étant pas sèche, très souvent un refroidissement intense se produisait dans le tube réfrigérant, un glaçon se formait et interceptait le passage du gaz. L'embouteillage devenait alors impossible, si ce refroidissement ne se produisait pas, l'eau était chassée dans la bouteille et l'inconvénient n'était pas moindre. D'abord il y avait erreur

sur la quantité de gaz contenu dans la bouteille, puis lorsqu'on se servait de cette bouteille, le protoxyde d'azote, pour se remettre à Tétat gazeux absorbant une forte quantité de chaleur qu'il prend à tout ce qui Tentoure, il se produisait un refroidissement considérable et souvent il se formait à Torifice intérieur du bouchon un glaçon qui arrêtait complètement la sortie du gaz. Si on ouvrait davantage le robinet, le glaçon cédait, le gaz s'échappait avec une très grande rapidité et faisait éclater les ballons de caoutchouc destinés à le recevoir. Il est donc indispensable que le gaz soit sec et soit comprimé par une pompe bien sèche.

La liquéfaction se fait suivant l'opérateur entre 65 et 70 atmosphères, mais lorsque le gaz est refroidi, la pression descend à 50 environ, nous ajouterons cependant que ces premiers chiffres, peu conformes aux indications fournies par l'application de la loi de Mariotte, nous semblent devoir être sérieusement contrôlés.

Afin de pouvoir opérer facilement en ville nous avons fait construire des bouteilles de capacité restreinte et ne contenant que la quantité de gaz nécessaire pour quelques opérations, elle est contenue avec le sac de caoutchouc et les ustensiles nécessaires dans un petit sac du volume d'une trousse à amputation. Rien n'est plus simple et plus pratique que ce mode d'emploi du protoxyde d'azote et nous avons la persuasion que son emploi, vu la facilité de se procurer le protoxyde liquéfié dans le commerce se généralisera rapidement. Le protoxyde d'azote à l'état liquide constitue le procédé d'emploi de ce gaz le plus simple et le plus pratique auquel puissent recourir les dentistes.