ACTION DE L’EAU SUR LË VERRE

Les premières expériences relatives à l’action de l’eau sur le verre remontent aux travaux de Scheele et de Lavoisier.

Ces illustres chimistes, contrairement à l’opinion alors généralement reçue, observèrent que l’eau ne se change pas en terre par l’évaporation, que le dépôt

d’apparence terreuse qu’elle laisse quelquefois dans les vases en terre dans lesquels on la fait bouillir ou distiller, est dû uniquement à une altération des parois de ces vases.

Voici ce qu’on lit dans la préface du Traité chimique de Vair et du feu, par Scheele, ouvrage traduit de l’allemand par le baron Dietrich, à la demande de Turgot qui cultivait la chimie avec passion et auquel aucune science n’était étrangère, dit l’auteur de cette traduction : « J’admets pour certain que l’eau pure en elle-même ne saurait être convertie, ni par l’air, ni par la nature, en une matière sèche, douée de toutes les propriétés d’une vraie terre. Je sais parfaitement que l’on peut obtenir une terre par des distillations réitérées et la trituration de l’eau ; il ne me suffisait pas d’avoir lu ce fait, il fallait par moi-même que je visse cette merveilleuse conversion. Je pris un quart d’once d’eau de neige distillée, je la versai dans un petit matras de verre, de la forme et de la grandeur d’un œuf, pourvu d’un col étroit, long d’environ une aune: j’y fis bouillir l’eau et bouchai de suite hermétiquement le matras, je le suspendis ensuite sur une lampe allumée et j’entretins l’ébullition sans interruption pendant douze jours et douze nuits. Au bout de deux jours, l’eau avait un œil blanchâtre, six jours étant révolus, elle était comme du lait, et, en douze jours, elle paraissait épaisse. Tout étant refroidi, je ne remuai point le matras, pour que la poudre blanche pût se déposer, ce qui n’eut lieu qu’au bout de deux jours. J’en décantai l’eau, dont les propriétés étaient de dégager l’alcali volatil du sel ammoniac avec lequel on la mêla; d’être coagulée par l’acide vitriolique, de précipiter les solutions métalliques, de verdir le sirop de violette, et de devenir gélatineuse à l’air libre ; la terre blanche, très déliée, se comportait comme de la terre vitrifiable mêlée avec un peu de chaux. Je cassai le matras, et je trouvai que sa surface intérieure était mate et sans brillant jusqu’à la hauteur où l’eau bouillante montait ; ce qui ne fut visible que lorsque le verre fut sec. Pourrais-je donc encore douter que l’eau par une longue ébullition ne décomposât le verre? N’ai-je pas ici une véritable liqueur des cailloux : il s’en faut donc bien que la terre que j’ai obtenue dût son origine à l’eau. Je n’eus pas plus de succès en broyant un peu d’eau distillée pendant deux heures dans un mortier de verre; elle y prit une couleur laiteuse. Lorsque la matière blanche fut déposée, je la décantai; cette eau avait les qualités de l’eau pure, n’indiquant rien d’alcalin. La terre blanche n’était autre chose que du verre pulvérisé. »

Vers la même époque, Lavoisier arrivait aux mêmes conséquences. Il renfermait de l’eau dans un alambic en verre nommé pélican , disposé de manière à reporter dans le corps du vase le produit de la distillation qui, par ce moyen, se répétait continuellement.

Après une distillation de cent et un jours, le poids total du vase et de l’eau est demeuré le même ; mais l’eau ayant été séparée de son sédiment, l’appareil s’est trouvé sensiblement diminué de poids, et l’eau augmentée de la même quantité ; enfin l’eau séparée de son sédiment et distillée de nouveau a formé un nouveau dépôt, semblable au premier, qui formait, avec lui, un poids un peu supérieur à ce que le pélican avait perdu ; d’où résultent, dit Lavoisier, deux vérités également importantes : la première, que la nature de l’eau n’est pas altérée par la distillation ; et la seconde, que le verre est dissoluble dans l’eau.

HENRIVAUX. — LE VERRE.

Pendant l’espace de cent et un jours l’alambic de verre n’avait perdu que 1 7 grains, soit 0er,900.

Il résulte de ce qui précède que l’eau altère le verre ; mais ce fait parfaitement établi par Scheele et Lavoisier, avait en quelque sorte été oublié pendant un grand nombre d’années, et les chimistes ne lui avaient pas accordé l’attention qu’il méritait. En 1811, M. Chevreul, dans ses recherches sur la matière colorante du campêche, fit remarquer que l’eau évaporée dans une cornue de verre laisse un résidu qui manifeste son existence sur l’hématine en agissant sur elle comme un alcali; il constata que ce résidu, saturé par l’acide sulfurique et évaporé à siccité, laissait une poudre blanche qui avait les propriétés de la silice et fournissait une dissolution contenant un sulfate à base d’alcali fixe. Plus tard, M. Chevreul fit voir dans les verres à base de plomb une altération de même ordre.

Tandis que l’eau froide ou bouillante n’altère qu’avec une excessive lenteur les vases en verre dans lesquels on la maintient en ébullition, et qu'elle agit avec infiniment moins d’énergie encore à froid sur ces mêmes surfaces vitreuses, elle décompose avec une facilité extraordinaire le verre en poudre.

Ainsi une fiole d’un demi-litre de capacité environ perd à peine! décigramme de son poids après qu’on y a fait bouillir de l’eau pendant cinq jours entiers, mais si on coupe le col de cette même fiole et qu’on le pulvérise, si l’on fait bouillir la poudre dans le même vase et pendant le même temps, elle subira une décomposition qui représentera jusqu’au tiers de son poids.

D’un autre côté, le même vase qui aurait contenu de l’eau pendant des années sans éprouver dans son poids une perte susceptible d’être accusée par la balance, subira, si on le pulvérise, par le simple contact de l’eau froide pendant quelques minutes une décomposition représentant 2 à 3 pour 100 de son poids.

Toutes les sortes de verres qu’on trouve dans le commerce : verre à glaces, à vitres, à bouteilles, cristal, flint-glass et autres verres d’optique, réduits en poudre fine et abandonnés au contact de l’air, se décomposent lentement, absorbent peu à peu l’acide carbonique, et font, au bout de peu de temps, une vive effervescence avec les acides; cette action est quelquefois telle qu’on croirait opérer sur de la craie. La même effervescence se produit sur les acides par l’action d’un mélange d’eau et de verre en poudre qu’on a abandonné à l’air pendant quelques jours. L’eau acide contient une grande quantité de soude et de chaux. ,

Le verre en poudre fine, bouilli avec de l’eau dans laquelle on fait passer un courant d’acide carbonique, absorbe ce gaz en quelques instants et fait une vive effervescence avec les acides.

Le verre en poudre, maintenu pendant plusieurs heures en ébullition avec du sulfate de chaux, produit une quantité notable de sulfate de soude.

Cette réaction explique pourquoi les murs et le sol des ateliers dans lesquels on doucit les glaces, se recouvrent toujours d’efflorescences consistant en sulfate de soude. Le plâtre qui sert au scellage des glaces fournit l’acide sulfurique, et le verre, la soude qui composent ce sel.

Tous les verres, réduits en poudre fine, ramènent instantanément au bleu le

papier et la dissolution rouge de tournesol ; ils verdissent immédiatement le sirop de violettes; cette réaction est la conséquence de leur altération instantanée par l’eau.

Le cristal en poudre fine, agité pendant quelques instants avec de l’eau froide mêlée avec une très petite quantité d’acide, donne avec l’hydrogène sulfuré un dépôt noir de sulfure de plomb.

D’après M. Pelouze, du verre blanc porpbyrisé, formé de :

Silice . 72

Soude . . . 12,5

Chaux . . . 15,5

perd 10 pour 100 de son poids après une ébullition de quelques minutes dans l’eau.

Un verre composé de :

Silice . . . 77,3

Soude . 16,3

Chaux . 6,4

a perdu 34 pour 100 de son poids . M. Pelouze a obtenu ainsi une dissolution de silicate de soude et un mélange insoluble de silice et de verre non décomposé. Cette altération rapide résulte des points de contact multipliés entre le verre et l’eau.

M. Daubrée a chauffé sous pression, à une température de 300 degrés, des tubes de verre dans l’eau, ce verre s’est décomposé en une matière fibreuse ayant la composition de la wollastonite (silicate de chaux).

En 1780, des verres avaient été fabriqués en Champagne et dans les Vosges. Le verre des Vosges contenait delà silice, de la potasse et de la chaux ; le verre de Champagne ne renfermait que de la silice et de l’alcali. Tandis que le’premier verré se conservait intact, il n’en était pas de même du second. Les pieds des verres à boire se remplissaient dans les magasins où on les renfermait, d’eau tenant en dissolution du carbonate de potasse provenant de l’action de l’alcali sur les agents atmosphériques.

Action des acides

V acide fluorhydrique décompose rapidement tous les silicates; cette action est quelquefois utilisée dans les analyses, pour le dosage des oxydes combinés avec l’acide silicique.

V acide sulfurique attaque à peu près tous les silicates simples qui renferment moins de 60 pour 100 d’acide ; il agit même partiellement sur les silicates qui renferment un plus grand excès d’acide silicique, quand ils ont été porphyrisés.

HENRIVAUX. — LE VERRE.

V acide chlorhydrique exerce une action moins énergique, cependant il attaque partiellement ou complètement, la plupart des silicates simples qui ne contiennent pas une trop forte proportion d’acide silicique.

L’action de Y acide azotique est moins forte encore que celle de l’acide chlorhydrique, et plusieurs silicates sont complètement attaqués par ce dernier acide, tandis que le premier ne peut séparer qu’une partie de l’acide silicique. Les acides très faibles, l’acide acétique, l’acide carbonique, etc., sont sans action sur la plupart des silicates métalliques, dans lesquels les oxydes sont entièrement combinés avec l’acide silicique ; mais ils agissent sur tous les silicates alcalins et alcalins terreux, avec plus ou moins de lenteur suivant la composition des silicates, suivant les circonstances dans lesquelles les silicates sont placés. Les eaux chargées d’acide carbonique enlèvent progressivement la chaux au silicate, Si03-£-3Ca0, qui forme la partie solide des mortiers employés dans les constructions hydrauliques ; elles décomposent bien plus rapidement les silicates alcalins de composition analogue ; elles attaquent, au contraire, avec la plus grande lenteur les silicates représentés parla formule SiO3 RO, et ceux qui contiennent une proportion encore plus forte d’acide silicique.

Action de V acide fluorhydrique sur le verre. Gravure. — L’acide fluorhydrique est employé pour graver les divisions sur les tiges des thermomètres, sur les burettes et pipettes graduées, pour graver les pierres dures, les poteries, les émaux.

Pour la gravure sur verre on emploie l’acide gazeux ou liquide, selon le but qu’on se propose. Sous le premier état, il donne les traits opaques ; sous le second, il en fournit de transparents. S’il s’agit, non de dépolir toute une surface, mais seulement de tracer quelques figures ou dessins, on agit de la manière suivante en employant l’acide gazeux, obtenu avec :

1000 parties d’eau;

250 parties de fluorhydrate de fluorure de calcium cristallisé ;

250 parties d’acide chlorhydrique.

On ajoute encore 140 parties de sulfate de soude pour rendre les fluorures de calcium et de plomb peu solubles dans le bain et obtenir ainsi des dépolis épais et uniformes.

Cela fait, on nettoie le verre, on le sèche, on le chauffe et on y verse un vernis fondu que l’on coule en couche homogène. Ce vernis, composé de quatre parties de cire jaune et une partie de térébenthine ordinaire, est assez translucide pour qu’on puisse calquer un dessin placé au-dessous de la lame de verre. On passe alors un burin sur le vernis en suivant les traits du dessin, et on entame le vernis jusqu’au verre.

Il est nécessaire que, dans tous les endroits où l’acide doit agir, le verre soit mis à nu et parfaitement net une fois le dessin tracé; on expose le verre ainsi préparé à l’action du gaz fluorhydrique produit par la réaction du mélange cidessus, le tout étant placé dans une petite caisse en plomb.

Au bout de quelques minutes l’opération est terminée. On enlève le verre, on le chauffe légèrement pour fondre le vernis, on le nettoie avec de l’essence ou de l’alcool.

Quand on emploie l’acide fluorhydrique liquide, on suit la méthode employée pour la gravure à l’eau-forte sur cuivre.

M. Kessler a composé une encre à graver le verre, contenant un fluorhydrate acide d’ammoniaque, puis une autre encre de même nature, mais acidifiée par l’acide acétique pour écrire sur le cristal. L’encre gravant le verre ne grave pas le cristal, et inversement, c’est donc un moyen, entre autres, de distinguer les deux produits. M. Kessler est parvenu à déposer, en quelque sorte mécaniquement, une réserve formée de bitume de Judée, dissous, dans l’essence de térébenthine. Ce procédé consiste à imprimer sur papier, avec une encre composée de :

Bitume de Judée . . 3 parties.

Stéarine . 2 —

Essence de térébenthine... 3 — plus ou moins suivant

sa consistance.

Le dessin que l’on veut réserver sur la pièce à décalquer se dessine sur l’objet à graver, puis on plonge cet objet dans un bain d’acide fluorhydrique; enfin on enlève la réserve à l’aide d’un bain de lessive alcaline ou d’essence.

Pendant la gravure il se forme des fluosilicates alcalins avec le verre, et en outre du fluorure de plomb avec le cristal. Pour empêcher ces composés de s’attacher à la surface vitreuse, et de rendre la gravure inégale, on imprime à l’objet placé dans le bain un mouvement de rotation, à l’aide d’un mouvement d’horlogerie ou d’une transmission spéciale, qui empêche l’adhérence des sels et permet d’obtenir une gravure transparente.

Quelquefois on rehausse l’effet de cette gravure en teintant en jaune le creux produit, au moyen du chlorure d’argent. Parfois on augmente encore les oppositions des tons, les effets de lumière de cette gravure, en matant les parties saillantes à l’aide d’un appareil spécial, comme cela se pratique à Paris chez M. Gugnon, ou bien à l’aide d’un jet de sable, par un procédé mécanique datant de 1870 et dû à M. Tilghman, de Philadelphie.

On grave encore en mat avec un mélange de fluorures alcalins et d’un acide étranger dissous dans l’eau.

M. Kessler emploie les fluorhydrates d’ammoniaque et de soude et l’acide sulfurique ou l’acide acétique.

D’autres recommandent un mélange de fluorhydrate de potasse et d’acide chlorhydrique saturé de sulfate de potasse ou d’ammoniaque. La gravure mate, n’ayant pas de profondeur, ne produit tout son effet que lorsqu’elle succède à la gravure brillante, seule employée du reste pour les enlevages de couleur.

Par le procédé Tilghman, on couvre la feuille de verre d’un patron en papier, en cuivre ou en laiton très mince, d’un dessin à jour découpé dans une substance mince élastique quelconque, et l’on y projette un jet de sable lancé violemment. Le sable est entraîné à la partie inférieure conique d’un cylindre par un jet d’air lancé par un ajutage ou tube; l’air s’échappe par un passage annulaire entourant le tube à sable. Avec la pression du soufflet d’une lampe d’émailleur, on peut en quelques minutes dépolir une plaque de verre de 2 à 3 centimètres

HENRIVAUX. — LE VERRE.

carrés. Avec une pression de 45 kilogrammes, on a percé, en trois minutes, un verre de O® ,032 de diamètre, et de 0m,008 de profondeur dans une lime d’acier.

On peut obtenir ainsi sur^verre des gravures délicates, reproduites par la phothographie sur gélatine bichromatée. Ce genre de gravures sur verre figurait à l’Exposition nationale de Bruxelles en 1880.

Alcalis et carbonates. — Les silicates simples sont presque tous partiellement attaqués par les dissolutions concentrées des alcalis caustiques et des carbonates alcalins; l’action de ces liqueurs alcalines sur les silicates bien porphyrisés est comparable, par son énergie, à celle de l’acide azotique peu concentré; elle s’exerce plus aisément sur les silicates qui renferment une forte proportion d’acide silicique réellement combiné avec les oxydes; l’action de l’acide azotique est au contraire plus facile et plus rapide sur les silicates dans lesquels les bases sont en excès relativement à l’acide silicique.

L’action des alcalis et celle des carbonates alcalins sont beaucoup plus énergiques par voie sèche; tous les silicates alealins-terreux et métalliques sont entièrement décomposés, quand, après les avoir porphyrisés, on les chauffe au rouge en présence de trois parties de potasse ou de soude, ou de quatre parties de carbonates alcalins. La décomposition se fait avec plus ou moins de rapidité suivant la nature du silicate, suivant le soin qu’on apporte à maintenir le silicate en suspension dans le réactif alcalin fondu.

En traitant par l’eau la matière, concassée en sable après son refroidissement, on dissout une partie de l’acide silicique à l’état de silicate alcalin ; les bases restent généralement insolubles à l’état d’oxydes ou de carbonates. La partie insoluble retient toujours une quantité très appréciable de silice, même quand elle a été lavée avec le plus grand soin.

Silicates à plusieurs bases. — Les silicates multiples peuvent être considérés, au point de vue théorique, de plusieurs manières différentes. On peut admettre que l’acide silicique est un acide polybasique, et qu’il forme des combinaisons définies, dans lesquelles peuvent entrer des proportions indéterminées de plusieurs oxydes, le rapport de la somme du poids de l’oxygène que renferment les bases à l’oxygène contenu dans l’acide étant seul assujetti à des règles fixes; cette explication s’applique à tous les silicates à plusieurs bases, dont la composition est représentée par des formules assez simples. On peut admettre aussi que les silicates, de composition définie, se mélangeant irrégulièrement, produisent des substances complexes, dont la composition paraît anormale tant qu’on ne parvient pas à distinguer la nature des mélanges.

Lorsque les silicates en fusion sont placés dans des circonstances telles que leur refroidissement se fasse avec une grande lenteur, il se produit des cristaux souvent très nets, dont la formation indique qu’il se sépare de la masse fondue des composés parfaitement définis; mais ces cristaux, en prenant naissance au sein d’un liquide complexe, englobent nécessairement une partie des composés encore liquides, en sorte que leur analyse ne peut pas ordinairement donner la composition du silicate qui s’est séparé par cristallisation.

Fusibilité. — Les silicates à deux ou à plusieurs bases sont en général fusibles à une température élevée, à moins qu’ils ne renferment un trop grand excès d'acide silicique ou d’oxydes infusibles. Ils entrent même plus facilement en fusion que les silicates simples, de composition correspondante, que peuvent former les divers oxydes. Les bases qui sont les plus fondantes sont toujours les alcalis, l’oxyde de plomb, l’oxyde de bismuth, les protoxydes de fer, de manganèse, de cobalt, Foxydule de cuivre. Tous les silicates multiples qui en renferment une certaine proportion entrent facilement en fusion, à moins qu’ils ne contiennent, à l’état de mélange, une quantité considérable d’oxydes infusibles non combinés avec l’acide silicique.

Les silicates doubles ou multiples, qui sont formés par des bases infusibles par elles-mêmes, et incapables de donner des sels simples fusibles, peuvent en général fondre complètement à une température élevée, pourvu que la proportion de l’acide et des bases soit comprise entre certaines limites. Ainsi, par exemple, les silicates simples de chaux, de magnésie, d’alumine, de peroxyde de fer, sont à peine ramollissables, ou du moins très difficilement fusibles aux températures les plus élevées qu’on puisse produire dans les fourneaux des laboratoires et des usines; les silicates doubles d’alumine et de chaux, d’alumine et de magnésie, de peroxyde de fer, de chaux ou de magnésie, de chaux et de magnésie, fondent parfaitement dans les hauts fourneaux, dans les réverbères et dans les fours employés aux laboratoires pour les essais de fer. Les silicates triples d’alumine, de chaux et de magnésie, fondent plus aisément encore que les silicates doubles; il faut observer que dans ces composés un excès d’alumine enlève beaucoup de la fusibilité; il serait impossible d’obtenir la fusion parfaite des silicates de chaux ou de magnésie et d’alumine contenant 30 pour 100 de cette dernière base.

On ne parvient à dissoudre complètement dans l’eau aucun silicate multiple renfermant d’autres bases que les alcalis; l’eau n’exerce aucune action remarquable sur les silicates qui ne contiennent pas d’oxyde soluble, mais l’eau décompose lentement ou rapidement tous les silicates qui renferment des alcalis.

Tous les silicates dans lesquels l’acide silicique est combiné avec une proportion un peu forte d’oxydes sont rapidement décomposés par l’acide azotique, et plus facilement encore par l’acide chlorhydrique. Les silicates inattaquables sont ceux dans lesquels l’acide silicique est en excès ; de là on est conduit à chauffer fortement les silicates peu attaquables aux acides avec une certaine quantité d’une base énergique, dans le but de combiner l’acide silicique avec une proportion plus grande d’oxydes, telle que les nouveaux composés puissent être attaqués facilement par les acides.

Les oxydes ordinairement employés dans ce but sont : la potasse, la soude, la baryte, la chaux, l’oxyde de plomb; on se sert aussi des carbonates alcalins, du carbonate de baryte, du carbonate de chaux, du carbonate de plomba