DÉFINITION DE LA CHIMIE CÉRAMIQUE

La chimie est la partie des sciences naturelles qui s'occupe des phénomènes produits au contact des corps, en tant que ces phénomènes amènent un changement complet dans la constitution de ces corps (V. Regnault). La chimie céramique a trait principalement à l'étude de ceux de ces corps que le potier met en œuvre , soit pour obtenir les pâtes, soit pour confectionner les glaçures, soit enfui pour décorer les poteries que le consommateur recherche.

Il est essentiel que les corps qu'on fait réagir les uns sur les autres soient définis préalablement d'une manière nette et précise , et que les propriétés générales qui les caractérisent soient parfaitement connues : la chimie céramique se composera nécessairement , comme la science chimique , d'une partie descriptive , dans laquelle le potier pourra , comme le chimiste en général , apprendre à connaître les corps sous toutes les formes qu'ils peuvent affecter, dans toutes les circonstances qui doivent se présenter.

Un principe fondamental posé par Lavoisier résulte de l'étude des phénomènes chimiques : Dans la nature rien ne se perd, rien I 7ie se crée. Les corps mis en présence ou s'ajoutent, ou se dé- ■ doublent, ou se modifient; mais dans toutes ces circonstances, qu'on appelle du nom de réactions, la somme des poids des élé- 1 ments mis en jeu reste invariable.

I Les phénomènes chimiques s'accomplissent donc entre des corps qui possèdent un poids que la balance peut apprécier. Le but de la I chimie peut donc être présenté sous une autre forme. Cette science I devient alors l'étude approfondie de tous les corps pesants de la ; nature; elle a pour objet de rechercher et de définir leurs caractères, leurs propriétés, les conditions dans lesquelles ils s'unissent , ou se séparent, c'est-à dire toutes les combinaisons qui sont possibles entre ces différentes substances.

j CLASSIFICATION DES CORPS.

Si l'on étudie avec soin les corps pesants divers que la nature a formés ou que les arts et les sciences élaborent incessamment,

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on reconnaît qu'ils peuvent se partager en deux grandes classes : les corps simples et les corps composés.

Corps composés. — Les corps composés sont ceux desquels on peut extraire plusieurs substances différentes entre elles par leurs propriétés, différentes encore de la matière primitive. C'est ainsi que l'argile, le verre, sont des corps composés. L'argile peut se résoudre en eau, en silice, en alumine. Ces substances sont elles-mêmes des corps composés, car l'eau peut se résoudre en deux gaz^ l'hydrogène et l'oxygène; la silice se décompose en oxygène et silicium; l'alumine aussi se résout en oxygène et aluminium. De même, le verre peut être décomposé par le chimiste en silice , soude et chaux. Or on a pu séparer encore chacun de ces trois éléments, savoir : la silice en silicium et oxygène, la chaux en oxygène et calcium, la soude en oxygène et sodium.

Corps simples. — L'hydrogène , l'oxygène , le silicium , l'aluminium, le sodium, le calcium, n'ont jamais été dédoublés dans nos laboratoires, quelles que soient les épreuves auxquels ils aient été soumis; ils sont appelés corps simples. De là, division des corps en corps simples et corps composés.

Évidemment, cette division n'est pas absolue; elle est subordonnée nécessairement à nos connaissances actuelles, c'est-à-dire aux moyens d'action de la science moderne , à la puissance de ces moyens d'action.

Combinaisons. — Le nombre considérable des substances composées que nous avons sous les yeux permet de comprendre sans peine qu'en unissant ensemble des corps simples, on puisse obtenir des produits nouveaux, variables en quelque sorte à l'infini. C'est à ces corps composés qu'on donne le nom de combinaisons. Supposons qu'on fasse un mélange de 3 parties de minium et de I partie de sable ; quel que soit le degré de ténuité des parties de sable et de minium mises en présence, quelle que soit la pression à laquelle on les soumette pour obtenir un contact plus complet entre leurs parcelles, on ne remarquera pas d'altération. Le mélange offrira une coloration plus ou moins rougeâtre ; mais au microscope et par des moyens mécaniques , on séparera les différentes parcelles qui le forment. Si, au lieu de laisser ce mélange s'opérer à froid , on le soumet à la chaleur rouge , il change de nature, devient pâteux d'abord, fluide ensuite, et la masse

CHIMIE CÉRAMIQUE. 4i

coulée, vitreuse et légèrement ambrée, ne présente plus ni les propriétés du sable , qui seul est infusible dans les circonstances de l'expérience, ni celles du minium pur, qui est de couleur orange ou rouge-orangé.

Affinité. — Dans l'expérience dont il s'agit, la formation d'un composé vitreux résulte du jeu de certaine force. Si nous avions vu réduire, au contraire, un corps composé en les éléments qui le constituent, il eût encore fallu faire jouer une force particulière. La matière, inerte par elle-même, ne sort de son inertie qu'en vertu d'un mouvement quelconque. Toute idée de mouvement implique une idée de force. Les chimistes nomment affinité cette force dont ils ignorent complètement l'essence , et qu'il n'est possible de définir que par ses effets.

Le caractère essentiel de cette force est de ne pouvoir s'exercer qu'à des distances insensibles ; toutes les causes qui tendent à diminuer les distances entre deux corps mis en présence rendront prompts ou possibles les phénomènes dus à l'affinité. De plus, cette force agit avec une énergie d'autant plus grande, que les substances mises en contact possèdent des propriétés plus opposées. Pour le chimiste , le nom d'affinité ne doit donc pas impliquer l'idée de ressemblance , mais celle d'aptitude des corps à s'unir, aptitude entraînant, au contraire, l'idée de dissemblance.

C'est ainsi, par exemple, que les substances dites acides se combinent aisément avec celles qu'on nomme alcalis. On donne le nom à' acides aux combinaisons que peuvent former entre elles certaines matières , lorsqu'elles possèdent une saveur aigre et qu'elles font rougir la teinture bleue de tournesol. On appelle alcalis certaines combinaisons qui ont une saveur caustique et urineuse et qui sont susceptibles de ramener au bleu le papier de tournesol rougi par un acide. Ces composés sont donc doués de propriétés diamétralement opposées. Or, si nous prenons , d'une part un acide, de l'huile de vitriol, ce que les chimistes nomment iaujourd'hui deV acide suif urirj ne, et de l'autre, par exemple, de la soude, si on les mêle dans des proportions convenables, on observera que le liquide mixte résultant du mélange reste complètement inactif sur la teinture bleue de tournesol et sur la même teinture rougie par un acide ; il ne ramène pas au bleu la teinture rouge, pas plus qu'il ne fait rougir la teinture bleue. L'acide sul-

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furique libre, qui seul faisait rougir le tournesol bleu, n'existe plus dans la liqueur. La soude libre , qui seule ramenait au bleu la teinture de tournesol rougie, n'existe pas davantage. Les caractères propres des deux substances ne se retrouvent plus; il y a eu combinaison. Avant l'expérience, la soude, l'acide sulfurique isolés, introduits dans l'économie occasionnaient la mort; après l'expérience, le sel provenant de la combinaison est d'une assez grande innocuité : c'est le sel de Glauber, qu'on peut introduire impunément dans l'économie , même à dose assez élevée.

Le chlore et l'hydrogène , le chlore et le potassium , corps si différents par leurs propriétés, conduiraient, mis en présence, à des résultats analogues. Et remarquons que , dans de telles conditions d'affinité chimique, les corps ne s'unissent jamais qu'en un petit nombre de proportions ; ajoutons encore que les composés qui en résultent jouissent d'une grande stabilité. Dans le cas, au contraire, où les corps qui s'unissent ont des affinités très-faibles, ils forment généralement des combinaisons nombreuses et toujours très-peu stables.

Dissolution. — Définissons tout de suite la différence qui sépare les phénomènes chimiques dus à l'affinité de ceux qu'entraînent simplement les actions de dissolution. Le sel marin, la soude, la potasse, mis en contact avec de l'eau, disparaissent et donnent naissance à des liquides qui contiennent dans toutes leurs parties de l'eau , du sel marin , de la soude ou de la potasse ; ces liquides donneront toujours avec les divers réactifs les réactions du sel marin, de la soude et de la potasse. Les propriétés sont restées intactes. Dans la combinaison il en est tout différemment.

En effet, dans les exemples que nous avons choisis, les corpsi en présence sont fortement oxygénés. De même , l'eau , composée d'hydrogène et d'oxygène, est sans action sur les corps gras et résineux , pauvres en oxygène , mais riches en carbone et hydrogène; ces derniers, au contraire, se dissolvent bien dans les huiles grasses et les huiles volatiles, l'alcool, l'éther, qui contiennent eux-mêmes une forte proportion d'hydrogène et de carbone. Pour les corps métalliques, la même coïncidence s'observe ; le mercure, métal liquide, dissout avec facilité l'or et l'argent. En généralisant les phénomènes de dissolution , on les voit se produire non-seulement entre les matières liquides, mais entre les matières pâteuses

CHIMIE CÉRAMIQUE. 43 et même solides. Les verres, les silicates alcalins, se dissolvent les i uns dans les autres; et certains oxydes, même infusibles, se dissolvent de même , en dehors des proportions définies , dans des oxydes qui ne sont pas moins infusibles qu'eux. Ainsi la force de dissolution diffère donc complètement de la \ force d'affinité. Dans le cas de la dissolution, il faut analogie. Cohésion. — Mais la dissolution varie avec une nouvelle force à laquelle on a donné le nom de cohésion. Réunissons, en effet, deux parties identiques, deux portions d'un même corps par fusion, par exemple; opérons sur deux parcelles d'un même verre, la force employée pour les séparer nous donnera l'idée de cohésion, c'est-à-dire de la force qui tend à réunir deux corps de nature homogène.

D'une part, la cohésion, et, d'autre part, le calorique répandu dans tous les corps, force impondérable qui agit par attraction sur la matière pondérable et par répulsion sur elle-même , présentent des résultantes expliquant les divers états sous lesquels la matière s'offre à nos yeux, dans des conditions données de température, de pression , etc.

Les corps se présentent, en effet, sous trois états distincts: solides, liquides ou gazeux.

i"". Dans les gaz, la force de répulsion l'emporte beaucoup sur la cohésion; de là leur tendance à se dilater et la nécessité, pour les contenir, d'une enceinte fermée.

2". Dans les liquides, les forces de répulsion et de cohésion semblent se faire équilibre; mais la cohésion existe encore, car c'est la cohésion seule qui maintient à l'extrémité d'une baguette •de verre trempée dans de l'eau la goutte de liquide qui s'y trouve accumulée.

3°. Dans les corps solides, la force de cohésion l'emporte de beaucoup sur la force de répulsion, quelles que soient les différences que les corps composés présentent entre eux. Elle est assez forte dans le plomb, elle est considérable dans le fer.

Augmentons le calorique contenu dans les corps, même les corps solides; nous ajouterons à la force de répulsion. Nous pourrons placer certains corps dans des conditions telles, qu'ils affectent les trois états; l'eau se présente souvent à nous sous forme de vapeur, de pluie , de glace. L'acide carbonique nous est connu

gazeux, liquide et solide. En généralisant, tous les corps de la nature , en tant qu'ils ne se décomposent pas dans les conditions de température et de pression de l'expérience, prendraient les trois états.

Cristallisation. — L'état solide offre des particularités remarquables. Toutes les fois qu'un corps affecte cet état et que les particules qui le constituent peuvent se mouvoir lentement et uniformément, la substance est limitée dans l'espace par des formes géométriques. Le corps cristallise, c'est-à-dire qu'il ne prend pas une forme arbitraire. La forme est définie et peut être prévue à l'avance, quand on connaît les circonstances dans lesquelles la cristallisation se produit. Lorsqu'une substance gazeuse ou liquide tend à passer à l'état solide, si la cohésion n'agit qu'avec lenteur et sans une grande énergie , on obtient la substance sous forme de cristaux.

La cristallisation est souvent un indice de pureté; la cristallographie a de l'importance , car elle peut servir à reconnaître certaines substances naturelles. La tendance à cristalliser est pour le potier souvent aussi la cause d'accidents. Elle détermine des plans de clivages, suivant lesquels les fractures sont plus faciles; elle s'oppose à la transparence complète des matières vitreuses : il faut donc savoir la faire naître à volonté, afin de connaître les moyens de l'éviter.

Pour faire cristalliser un corps , il suffit de diminuer la force de cohésion ; on y parvient soit à l'aide de la chaleur, par la fusion, soit au moyen de l'action dissolvante de liquides convenablement choisis, en les faisant agir à des températures déterminées par la nature des dissolvants. On obtient ainsi la cristallisation des corps, solides au moyen de quatre méthodes :

i*" Par fusion; i"" par volatilisation ou sublimation; par dissolution. Cette dernière méthode comprend deux procédés, suivant que le dissolvant s'évapore soit à la température ordinaire, soit à des températures élevées.

Cristallisation par fusion. — La première méthode s'applique à des corps qui fondent à des températures peu élevées : le soufre, le bismuth. Prenons le soufre comme exemple; faisons-le fondre , laissons-le figer, et retirons, en crevant la croûte solide qui se trouve à la surface, le soufre encore liquide. Les parois du vase

CHIMIE CÉRAMIQUE. 45 qui contient le soufre sont tapissées de cristaux de forme déterminée.

Cristallisation par sublimation. — La SeCOnde méthode s'ap-

plique aux corps qui , comme le chlorhydrate d'ammoniaque , passent directement de l'état solide à l'état gazeux. Si l'on introduit dans une cornue du sel ammoniac qu'on chauffe suffisamment, on voit se déposer dans le dôme et le col de l'appareil , qui ne sont pas aussi chauds que le fond , des particules cristallines.

Cristallisation par dissolution. — La troisième mélhodc cst Celle qu'on suit le plus généralement. Saturons de sel marin, par exemple, l'eau dont nous aurons élevé la température jusqu'à l'ébullition ; puis laissons refroidir graduellement : il se déposera , par un refroidissement même assez lent, dans un temps très-court, une grande quantité de matières solides, mais la cristallisation sera confuse. Au lieu d'opérer à chaud, on peut faire la dissolution à froid et abandonner la liqueur à l'évaporation spontanée : cette méthode , moins rapide , donne des cristaux plus nets et de dimensions plus considérables. On peut encore développer davantage ces cristaux formés à froid, en choisissant ceux qui sont les plus complets, et les plaçant dans une dissolution froide saturée; on les retourne de temps en temps , pour que toutes les faces puissent s'accroître également et que les cristaux conservent un volume parfaitement régulier.

Le dissolvant dont on fait usage peut n'être volatil qu'à des températures élevées. Il faut alors effectuer au rouge la dissolution et l'évaporation, en ayant soin de renouveler l'air qui facilite l'évaporation. Veut-on, par exemple, faire cristalliser l'alumine? L'acide borique, qui n'est volatil qu'à de très-hautes températures, dissout cet oxyde et le dépose , quand on peut chauffer assez pour en faire disparaître une grande partie par volatilisation , sous forme de cristaux analogues aux pierres précieuses. (Ebelmen.)

Systèmes cristallins. — Lorsqu'on examine les cristaux naturels ou ceux que nous pouvons obtenir par toutes les méthodes que nous venons d'indiquer, on voit qu'ils s'enchevêtrent en tous sens et présentent des formes souvent même tellement bizarres, qu'au premier abord une classification de ces corps paraît impossible. Cependant une étude attentive permet de reconnaître que ces formes, si diverses en apparence, se rapportent à six dispositions

différentes de lignes droites menées dans l'intérieur du cristal , qu'on désigne sous le nom d'axes, et par rapport auxquelles les faces du cristal sont disposées d'une manière symétrique. Chacune de ces dispositions particulières constitue ce qu'on appelle un système cristallin .

Lorsqu'on brise un cristal , il se sépare en fragments qui ont la forme primitive du corps. En brisant chacun de ces fragments , on en obtient de plus petits, qui ne sont plus visibles qu'à la loupe, au microscope, mais qui possèdent toujours la même forme. Le cristal primitif est donc constitué par l'agglomération d'un grand nombre de cristaux de même forme , et cette forme se maintient toujours la même pour un même corps qui cristallise dans des circonstances identiques. Cette propriété des corps d'affecter une forme déterminée, toujours la même, permet de les reconnaître à simple vue, quand on connaît d'ailleurs plusieurs de leurs autres caractères organoleptiques ou physiques , comme la saveur, Todeur, l'aspect au toucher, la couleur, l'éclat, la dureté, la pesanteur spécifique , l'aspect que présente une cassure fraîche du corps dont on cherche la nature , etc.

Dimorphisme. — Pour quelques substances, le système cristallin varie avec les procédés à l'aide desquels la cristallisation est obtenue. Le soufre, qui cristallise en prismes par fusion, cristallise en octaèdres par dissolution ; ce corps offre un exemple remarquable de cette propriété, qu'on appelle dimorphisme. Le carbonate de chaux cristallise généralement dans le système rhomboédrique. Quelques variétés présentent dans la nature une cristallisation toute différente ; on leur donne le nom d'a/Tagonite,

On admet, pour rendre compte de ces tendances d'une même matière à cristalliser dans des systèmes différents , que les forces qui tendent à leur faire prendre les formes diverses sont variables dans leur nature et dans leur intensité, suivant la température à laquelle la cristallisation s'opère. Cette hypothèse n'est d'ailleurs pas gratuite , car le soufre, qui cristallise en prismes à la température de loo degrés, passe insensiblement, avec le refroidissement et le temps, à la forme d'octaèdre, qu'il affecte immédiatement quand il cristallise par voie de dissolution à la température ordinaire.

Isomorphisme. — On observe que des corps de nature différente

CHIMIE CÉRAMIQUE. 4; affectent quelquefois la même forme cristalline ou des formes trèsrapprochées, qui ne diff'èrent que par les dimensions relatives de leurs diverses parties. On nomme ces corps isomorplics. Le soufre, le sélénium, le tellure, sont des corps isomorphes. En se combinant au zinc, à l'argent, au plomb, ils donnent des corps cristallisant sous des formes identiques. De même , les acides sulfurique et sélénique sont isomorphes; tels sont encore les sesquioxydes d'aluminium, de chrome, de fer, de manganèse. En général, les composés isomorphes présentent des composi- 1 tiens analogues ; ils sont susceptibles de se remplacer en formant i des cristaux composés de forme semblable à la forme qu'ils affectent isolément. L'observation de ce fait est d'un grand secours en chimie pour établir la constitution des corps composés. I Nous devons ajouter que l'isomorphisme n'existe pas d'une manière absolue. Les progrès de la science font constater des diff'érences entre les formes cristallines des diff'érentes matières , même analogues; on les regarde comme isomorphes , lorsque ces différences sont peu considérables.

Causes qui modifient l'affinité. — L'état physique sous lequel se présentent les corps n'est pas la seule cause qui puisse intervenir pour modifier les phénomènes. La chaleur, l'électricité, la lumière, le magnétisme, forces constamment en jeu, produisent sur les corps des modifications qu'on peut constater à chaque in stant, tantôt développant, tantôt détruisant l'affinité. La chaleur et la cohésion peuvent modifier considérablement l'énergie des forces en vertu desquelles les combinaisons s'effectuent.

Nous avons dit que la matière est pénétrée de chaleur. Quel que soit le corps qu'on comprime, il en dégage; quel que soit le corps qu'on dilate, il en absorbe. Or la chaleur et la cohésion présentent des relations des plus nettes et des plus intimes. Toutes les fois qu'un corps devient plus dur, il perd une partie de la chaleur qu'il renferme; quand il en gagne, au contraire, il devient plus mou, plus tendre. Une expérience des plus simples permet de rendre apparente cette vérité. Prenons soit des oxydes de chrome ou de fer, soit de l'alumine, et chassons à l'aide d'une douce chaleur l'eau qu'ils renferment : ils ne présentent primitivement qu'une faible dureté, et se laissent broyer facilement; chauffbns-les graduellement, jusqu'à ce qu'il se manifeste une vive incandescence,

preuve d'un dégagement considérable de chaleur. Examinons-les quand ce phénomène d'incandescence s'est produit; nous voyons qu'ils ont acquis une très-grande dureté.

Influence de la cohésion. — La cohésion et l'affmité sont liées entre elles par des relations intimes. L'alumine, l'oxyde de fer, l'oxyde de chrome , qui dans la première expérience se dissolvaient avec facilité dans les acides même étendus, ont acquis une grande cohésion, ne se dissolvent plus quand ils ont, après le phénomène d'incandescence, pris une grande cohésion. La cohésion qui détermine l'état sous lequel les corps se présentent à nos yeux , soit solides, soit liquides, soit enfin gazeux , doit donc faire varier l'affinité. Nous avons vu le minium et le sable mêlés à froid ne pas entrer en combinaison, et cette combinaison se faire tout de suite lorsque la chaleur a fait passer le minium à l'état de litharge en fusion.

Influence de réiectricité. — De toutes les forces que nous avons nommées précédemment, l'électricité paraît être celle dont les effets sont les plus puissants- Au moyen d'une pile , même d'une faible énergie, on peut décomposer l'eau, quoiqu'elle soit très-stable. La chaleur, dans beaucoup de circonstances , opère la même dissociation que l'électricité. La lumière , comme par exemple lorsqu'elle agit sur des matières colorantes d'origine organique, opère des effets analogues.

Ces mêmes agents, qui concourent aux décompositions que nous venons de citer, agissent aussi , mais d'une manière opposée, dans d'autres circonstances. C'est ainsi que l'hydrogène et l'oxygène, qui peuvent rester indéfiniment en contact à la température ordinaire, se combineront instantanément pour former de l'eau, si l'on vient à rapprocher leur mélange d'un corps enflammé , ou bien si nous le faisons traverser par un courant électrique. C'est ainsi que le charbon , q\ù reste intact dans une atmosphère d'oxygène, à la température ordinaire, disparaît, au contraire, quelle que soit sa cohésion , lorsqu'on le porte au rouge. La lumière, qui, comme nous l'avons dit, détruit les matières colorantes, facilite au contraire la combinaison du chlore et de l'hydrogène; la réaction est des plus vives et des plus énergiques.

Influence des masses, — L'affmité des corps les uns pour les autres est profondément modifiée par les masses respectivement

en présence. Faisons passer de la vapeur d'eau sur des fils de fer disposés dans un tube de porcelaine chauffé jusqu'au rouge : l'eau se décomposera, l'oxygène se combinera, el l'hydrogène, se dégagera. Faisons passer, au contraire, l'hydrogène ainsi préparé sur de l'oxvde de fer placé dans un tube de porcelaine chauffé jusqu'au rouge : il se formera de la vapeur d'eau , et du fer métallique sera régénéré. Dans la première expérience, le fer domine par rapport à l'hydrogène, qui s'échappe aussitôt qu'il est produit; dans la seconde , l'hydrogène est en excès par rapport à l'oxyde de fer (ju il doit réduire.

Ces influences de masse se font surtout sentir lorsque les aflinités des corps en présence sont peu différentes.

Influence catalytique. — Dans toutes les Conditions que nous avons indiquées , les corps pesants ont pris part aux réactions en formant des combinaisons nouvelles. Ce serait se faire une idée bien fausse des phénomènes chimiques que d'admettre qu'il doit toujours en être ainsi. Certaines substances jouissent de la propriété remarquable de déterminer des décompositions ou des compositions par le seul fait de leur présence. L'hydrogène et l'oxygène, incapables de se combiner à la température ordinaire, se transforment immédiatement en eau dès qu'on introduit dans leur mélange , du platine très-divisé , tel que l'éponge ou le noir de platine. Dans cette expérience, l'hydrogène et l'oxygène ont formé de l'eau; mais le platine n'a pas subi de modification : son poids n'a pas varié.