HYDROGÈNE

Densité rapportée à l'air .;,■■.•'.•■■■• '■.'■\

"oïds de ratome H (poi.ls de 1 vol. d'hvdrogene pris pnur unité) Poids de la molécule HH (poids de 2 vol.) »

Ce corps a été découvert, en 1766, par le physicien anglais Cavendish. Il constitue un des éléments de l'eau; de là le nom d'hydrogène qui lui a été donné par Lavoisier-

Expérience. 1° Dans une éprouvette remplie de mercure on fait passer un petit morceau de sodium qui s'élève rapidement au sommet; puis on introduit de l'eau [fig. 9). A l'instant où le sodium arrive au contact de ce liquide, on observe un vif dégagement de gaz -, c'est l'hydrogène provenant de la décomposition de l'eau. La réaction qui le met en liberté est exprimée par l'équation suivante .

Ëau.

Ka2 :

Sodium.

2NaH0

Ilyilnite de sodium.

Hydio{,éne ^=^=^^===^~zz^''^

Fig. 9.

Qu'on renverse l'éprouvette qui renferme le gaz et qu'on approche

rapidement de l'orifice une bougie allumée, on verra apparaître une flamme pâle. Un papier de tournesol rouge, que l'on plonge dans l'eau contenue dans l'éprouvette, à la surface du mercure, prendra immédiatement une teinte bleue, et ce changement de teinte est produit par l'hydrale de sodium ou soude caustique que cette eau tient en dissolution.

2° Dans une large éprouvette à pied (fig. 10), j'introduis du zinc laminé, coupé en petits morceaux, et j'y verse ensuite de l'acide chlorhyilrique ; une vive effervescence se manifeste immédiatement, et si, au bout de quelques instants, j'approche de l'orifice del'éprouvelte une bougie allumée, le torrent d'hydrogène qui se dégage s'enfl;imine. Cet hydrogène provient de la décomposition de l'acide chlorhydrique par le zinc qui se convertit en chlorure.

Acide ctilirhvdrique.

(1 Dioièculès).

Zn =

ZlBC.

ZnCl'-

Clilurure de zinc.

Hydrogène

llYDROGÈ.Nt;.

Préparation. — Pour obtenir de grandes quantités d'hydrogène,

les chimistes mettent à profit une réaction analogue à la précédente. Ils décomposent par le zinc l'acide sulfurique étendu d'eau.

Dans un flacon à deux tubulures, rempli d'eau aux trois quarb, ou introduit du zinc laminé et coupé en petits morceaux ; on ajoute ensuite par un tube à entonnoir de l'acide sulfurique par petites quantités. La

réaction commence aussitôt, et il se dégage de l'hydrogène.

Lorsque l'air du flacon est entièrement chassé, on recueille le gaz dans des éprouvettes ou dans des llacons remplis d'eau. Dans cette expérience, ou voit le zinc disparaître et se dissoudre dans le liquide, en donnant lieu à un dégagement de chaleur, et il arrive souvent, si le liquide est suffisamment concentré, qu'il se forme, par le refroidissement, des cristaux incolores, qui sont du sulfate de zinc ou vitriol blanc. Ce sel est avec l'hydrogène l'unique produit de la réaction du zincpur sur l'acide sulfurique étendu d'eau.

SO*H*

Zn =

= SO*Zn

Acide sulfurique.

Zinc

Sulfate de zinc.

Hydrogène.

L'addition d'une goutte d'une solution de chlorure de platine active beaucoup cette réaction

Propriétés plijsiqaes. — L'hydrogène est un gaz incolore; il est sans odeur lorsqu'il est pur. C'est le plus léger de tous les corps. Sa densit^ est égnle à 0,0693; cela veut dire que si un vol. d'air

pèse \, un vol. d'hydrogène, mesuré dans les mêmes conditions dft t'^mpératiire et de pression, ne pèse que 0,0693. L'iiydrogène est donc 14,44 fois plus léger que l'air. Le poids de 1 litre d'hydrogène, à O" et sous la pression normale, est égal à 0*',0894. Au lieu de rapporter les densités des gaz et des vapeurs à celles de l'air, il est l)ieri préférable de les rapporter à ceile de l'hydrogène prise pour unité (p. 27).

L'hydrogène traverse avec une grande facilité les membranes végétales ou animales, ou des plaques poreuses imperméables à l'eau. On ne peut le conserver dans un vase en verre qui présenterait une fente, même trés-serrée ; il passerait à travers celle-ci bien plus facilement que l'air lui-même. On exprime cela en disant que l'hydrogène est un gaz très-diffusible. C'est aussi, d'après M. Magnus, le seul gaz qui soit doué d'une conductibilité appréciable pour la chaleur. 11 se rapproche ainsi des métaux bons conducteurs de la chaleur. Tenant compte de ses caractères physiques et de l'ensemble de ses propriétés chimiques, Faraday u pu affirmer depuis longtemps le caractère métallique de l'hydrogène.

Cette prévision théorique a reçu très-récemment une remarquable confirmation. L'hydrogène, qu'on regardait comme incoercible, a été liquéfié et même solidifié. M. Cailletet l'a aperçu d'abord sous forme de brouillard, en le comprimant à 300 atmosphères, à une température de — 29° et en le soumettant à une brusque délente.

.\1. Raoul Pictet a été plus loin. A l'aide de procédés d'une puissance incomparable il l'a refroidi à 140° au-dessous de 0°, sous une pression de 650 atmosphères. Dans ces conditions l'hydrogène s'est liquéfié et a été aperçu sous forme d'un jet liquide, couleur bleu d'acier, au moment où il a été projeté en dehors du tube de condensation. Et le froid produit par son passage de l'état gazeux à l'état liquide a été tel qu'une portion du jet liquide s'est solidifiée, d'après M. Raoul Pictet; une à autre portion de l'hydrogène solidifié est demeurée pendant plu- ' sieurs minutes dans le tube lui-même.

Parmi les propriétés physiques de l'hydrogène il faut noter la remarquable faculté qu'il possède de passer au travers de plaques de fer ou de platine portées à de hautes températures. (H. Sainte-Claire Deville et Troost.) On sait qu'il s'échappe assez rapidement au ira-

IIYOnOGENE. 49

vers des feuilles minces de caoutchouc. D'après Graham, cette propriété serait en rapport avec celle que possèdent certains corps solides, et particulièrement des métaux tels que le fer, le platine, le palladium, de condenser le gaz hydrogène. Cet éminent chimiste 2 désigné ce phénomène sous le nom d'occlusion de l'hydrogène par los métaux. Entre tous le palladium se distingue par l'énergie avec laquelle il absorbe l'hydrogène. Il peut en condenser jusqu'à 900 fois son volume. Pour charger d'hydrogène un fil de palladium, on dispose ce dernier dans un voltamètre, de manière qu'il constitue le pôle négatif d'une petite pile de Bunsen, le pôle positif étant formé par un gros fil de platine. Lorsqu'on fait passer le courant, l'hydrogène qui se dégage au pôle négatif (voy. page 68) se condense dans le palladium. On voit alors ce métal éprouver des changements frappants. Son volume augmente, sa densité diminue, mais son éclat métallique persiste, ainsi que, jusqu'à un certain degré, sa ténacité et sa conductibilité électrique ; il devient en outre magnétique. H se forme ainsi une sorte d'alliage de palladium et d'hydrogène, alliage qui contient environ 20 volumes de palladium pour 1 vol. d'hydrogène réduit à l'état solide. La densité de ce dernier, rapportée à celle de l'eau, est, d'après les déterminations de MM. Troost et Hautefeuille, égale à 0,62 : elle est un peu plus élevée que celle du lithium. Insistant sur le caractère métallique de l'hydrogène ainsi allié au platine, Graham a proposé de le nommer hydrogenium.

Propriétés chimiques. — L'hydrogène est un gaz combustible, et le produit de sa combustion est l'eau.

Expériences. \° Une bougie allumée que je fais pénétrer dans une éprouvette ijig. 14) remplie de gaz hydrogène l'enflamme au contact de l'air; elle s'éteint lorsqu'elle arrive dans l'atmosphère du gaz.

L'hydrogène est donc inflammable et incapable d'entretenir par lui-même la combustion.

2" Dans leflacon A, on a introduit de l'eau, du zinc et de l'acide sulfurique {fig. 12) Le gaz hydrogène qui s'en dégage traverse le tube CB, qui est rempli de chlorure de calcium, et, après s'être desséché au contact de cette substance très-avide d'eau, s'échappe par la pointe effilée du tube a. En approchant une allumette de ce jet d'hydrogène, je le vois s'enflammer et brûler avec une flamme pâle. Je fais descendre une cloche bien sèche D jusqu'au-dessous de l'orifice du tube, et je vois les parois de la cloche qui entourent le •et de gaz enflammé se couvrir d'une sorte de rosée, dont le» goût-

teleUes vont se réunir bientôt et ruisseler vers le bord. C'est de l'eau, et elle s'est formée parla combustion de l'hydrogène, c'està-dire par sa combinaison avec l'oxygène de l'air.

3" Pour allumer le jet de gaz hydrogène, il suffit d'en approcher une mèche d'amiante, dont l'extrémité a été trempée dans du noir

Fig. 12.

de platine, qui est du platine très-divisé. On voit d'abord ce corps rougir, puis mettre le feu au gaz.

4° Une éprouvette remplie de gaz hydrogène peut être tenue verticalement sans que le gaz s'échappe rapidement par l'ouverture inférieure. Si je l'incline, il débordera et s'élèvera dans l'air en raison de sa légèreté. Je puis le recevoir dans une seconde éprouvette tenue verticalement au-dessus de la première, que j'incline de plus en plus {(ig. 15). Les deux éprouvettes étant renversées l'une sur l'autre, bord à bord, je constate le passage du gaz dans l'éprouvetle supérieure en approchant de celleci une bougie allumée {(ig. 14) : la combustion du gaz hydrogène s'effectue avec bruit, c'est-à-dire avec une faible explosion.

Fig. 13.

HYDROGÈ.NE.

5* Elle s'effectue, en rendant un son harmonieux, lorsque ces bruits se succèdent rapidement et à des intervalles réguliers, condition que l'on réalise en faisant brûler le jet d hydrogène dans un large tube. Lexpérience représentée par la figure ib porte le nom i'Iiarmonicn chimique.

Fig. 15.

Ajoutons que Thydrogénium, ou hydrogène condensé dans le palladium, paraît se distinguer par ses propriétés chimiques de Ihydrogène gazeux (Graham). Il sunit, dans l'obscurité, à la température ordinaire au chlore et à l'iode ; cette union directe étant impossible entre Iliydrogène ordinaire et l'iode etneseffectuant entre ce même gaz et le chlore que sous Tinfluence de la lumière, à la température ordinaire. Dans l'état où il est associé au palladium, Ihydrogène parait donc constituer une modification plus active de Thydrogènc tel que nous le connaissons à l'état gazeux.

OXYGÈNE

Pensilé rapportée â l'air.. {,(M(

iJensité rapportée à l'hydrogène ipuids de 1 vol. U, 1 vol. U

pesant 1 ) 18

Poids de l'atome 0 (poids de 1 volume) 16

l'oids de la molécule 00 (poids de 3 volumes], . Si

Découvert par Priestley en 1774.

Expérience. Dans le tube a {(îg. 16) se trouve une solution cor centrée de cette poudre blanche, désinfectante, qui est connue soi le nom de chlorure de chaux; j'y introduis une petite ^^ v^rr^sv.^ \\^ quantité de peroxyde de cobalt, l^^^^l' ^'*^ ^^ combinaison d'o- ^^^sltbêy'-î^^ xygène et du mé- ^^^*^'- ^ tal cobalt, puis je

chauffe légère- À-^V^

ment. Une viveef- /^^

fervesceiice se déclare aussitôt, et, si je plonge dans la partie supérieure du tubeune allumette que je viens de souffler, mais qui présente encore un point rouge, je constate qu'elle se rallume immédiatement et

qu'elle brûle avec un vif éclat. Cet effet est dû à un gaz qui s'e; dégagé et qui, selon l'expression de Lavoisier, est émineraraer propre à entretenir la combustion.

C'est le gaz auquel ce grand maître a donné le nom d'oxygène 11 se dégage par une réaction très-simple. Sous l'influence du per oxyde de cobalt, l'hypochlorite de calcium qui est contenu dan le chlorure de chaux se convertit en chlorure de calcium et e uxigène.

OXYGÈNE

Cl*0*Ca (•)

= CaCl« + 0«

Hypoclilonte de calcium.

Clili.riire Oij^àmt de calcium.

Prépftïaition. — Pour préparer de grandes quantités d'oxygène, on peut employer un procédé analogue au précédent. On chaufTe du chlorate de potassium; il se convertit en chlorure et laisse dégager tout son oxygène. Pour faciliter cette décomposition, on peut ajouter au chlorate une petite quantité de peroxyde de manganèse ou d'oxyde de cuivre, dont le rôle, analogue à celui du peroxyde de cobalt dans l'expérience précédente, n'est pas encore complètement èclairci. La décomposition du chlorate est complète si la température est assez élevée; elle est exprimée par l'équation suivante :

CIO'K = KCl -h 05

Chlorate Clilonire Oiygène.

de potassium, de i>otassium.

On place le chlorate dans une cornue de verre, de manière à la remplir jusqu'au tiers environ ; au bec de la cornue on ajoute un tube abducteur qui plonge sous la cuve à eau ou sous la cuve à

mercure (fig. 47). On chauffe ensuite la cornue à l'aide d'un fourneau ou d'une lampe à gaz. Le chlorate fond et abandonne bientôt de l'oxygène, qui se dégage avec effervescence. A la fin de l'opéra-

D Cl«0,CaO.

54 lAÇONS DE CIliMIE MODERNE.

tion, on aclive le feu pour décomposer en chlorure de potassium et en oxygène une certaine quantité de perchlorale formé par la fixation d'une portion de l'oxygène sur le chlorate.

Pour remplir d'oxygène les gazomètres qui sont en usage dans les laboratoires, on chauffe dans des cornues de grés vernissé un mélange de chlorate de potassium et d'oxyde de cuivre.

On peut aussi chauffer à une forte chaleur rouge du peroxyde de manganèse ; il perd par la chaleur le tiers de l'oxygène qu'il renferme et se convertit en oxyde rouge de manganèse.

3MnO» = Mn^O* + 0*

Biozyde Oxyde roupe Oxygène

de manganèse de manganèse.

Récemment M. Tessié du Mottayest parvenu à fabriquer l'oxygène à bas prix. Son procédé repose sur la formation de manganate de sodium par l'action de l'air sur un mélange chauffé de peroxyde de manganèse et de soude et sur la décomposition de ce manganate, vers Ah 0°, sous l'influence de la vapeur d'eau, décomposition qui a pour effet de remettre eu liberté l'oxygène que le peroxyde de manganèse avait absorbé pour former le manganate de sodium et de régénérer la soude.

Propriétés physiques. — L'oxigène est un gaz incolore sans odeur et sans saveur; il est un peu plus lourd que l'air; sa densité = 1,1056. Si un volume d'hydrogène pèse 1, le même volume d'oxygène, mesuré dans les mêmes conditions de température et de pression, pèse 16. C'est ce qu'on exprime en disant que la densité de l'oxygène, rapportée à celle de l'hydrogène, est égale à 16. Un litre d'oxigéne pèse l«',4o7 à 0» et sous la pression normale.

Ce gaz a été rangé, jusque dans ces derniers temps, au nombre des gaz permanents. En le comprimant à 300 atmosphères, à une température de — 29° et en le soumettant ensuite à une détente subite, M. Cailletet l'a condensé sous forme de brouillard. M. Raoul Pictet l'a obtenu sous forme liquide en le soumettant à une pression de 500 atmosphères et à un froid de 141)° au-dessous de 0°. Il lui attribue une densité voisine de celle de l'eau.

L'oxygène est très-peu soluble dans l'eau. Un litre de ce liquide en dissout 0"t,041 ou 41" à 0°, 0''',052 ou 32" à 10». 0'",028 ou 28" Il 20». Les fractions 0,041, 0,032, 0,028 représentent les coefficients de solubilité de l'oxygène dans l'eau aiiix températures de 0°, de 1 0% de 20*.

Propriétés cliiiniques. — L'oxygène peut se combiner directement avec la plupart des corps simples, et cette combinaison

OXYGÈNE

s'accomplit souvent avec une telle énergie, qu'ij en résulte un vif dégagement de chaleur lumineuse : elle donne lieu à un phénomène de combustion.

Expériences. Dans un ballon rempH d'oxygène {fig. 18), je plonge un cône de charbon dont la pointe est rougie au feu, et je vois aussitôt la combustion s'accomplir avec un éclat inaccoutumé. L'oxygène, en se combinant avec le charbon, forme un gaz incolore qui est l'acide carbonique.

Pareillement, le soufre, le phosphore brûlent vivement dans l'oxygène, en donnant naissance, le premier, à un gaz incolore et irritant, l'acide sulfureux anhydre, le second à des fumées épaisses, qui se condensent en flocons blancs d'acide phosphorique anhydre.

Fig. 19.

Au bout d'un ressort de montre allongé en spirale se trouve fixé un morceau d'amadou que j'allume ; je plonge ensuite rapidement la spirale dans une cloche remplie d'oxygène et reposant sur une assiette couverte d'eau (fig. 19). L'amadou brûle énergiquement et porte au rouge le bout de la spirale-, alors commence la combustion du fer lui-même, brillant phénomène qui est accompagné d'un dégagement de chaleur si intense, que l'o.vyde de fer formé fond, tombe en gouttes incandescentes qui s'implantent dans l'épaisseur de l'assiette, même après avoir traversé une couche d'eau. '

On effectue de même la combustion du métal magnésium; elle s'accompht avec un éclat éblouissant et donne lieu à la formation d'une poudre blanche qui est la magnésie ou oxyde de magnésium.

Les expériences précédentes offrent des exemples de combustions vives. On y voit des corps solides, tels que le charbon, le fer, le

se LEÇONS DE CHIMIE MODERNE.

mngnésium, devenir incandescents : c'est le phénomène du feu. On y voit aussi des vapeurs, comme celles du phosphore ou du soufre, devenir lumineuses par le fait de leur combinaison avec l'oxygène : c'est le phénomène de la flamme.

Mais le feu et la flamme n'éclatent pas nécessairement lorsqu'un corps se combine avec l'oxygène. Il est vrai que ces combinaisons sont toujours accompagnées d'une production de chaleur; mais souvent cette chaleur n'est point lumineuse, quelquefois même elle est insensible à nos organes.

Ainsi le fer, dont la combinaison avec l'oxygène, au rouge, donne lieu à un brillant phénomène de combustion, peut s'unir avec ce gaza la température ordinaire, sous l'influence de l'humidité. Il se forme ainsi un oxyde de fer hydraté, qui constitue la rouille.

Mais cette oxydation du fer, qui s'accomplit lentement, produit un faible dégagement de chaleur, et ceite chaleur se dissipe immédiatement. De tels phénomènes d'oxydation sont désignés sous le nom de combustions lentes.

Le terme combustion serait donc synonyme d'oxydation si nous ne savions, d'un autre côté, que toutes les combinaisons chimiques donnent lieu à une production de chaleur. Que l'on projette du cuivre dans du soufre en ébullition, il se produira une vive incandescence due à la combinaison des deux corps. De même l'antimoine et l'arsenic projetés, en poudre fine, dans une atmosphère de chlore, s'unissent à ce dernier, en donnant lieu à une brillante combustion . On voit que, dans ces cas, la production de chaleur lumineuse est l'effet et le témoin d'une combinaison énergique, mais non pas d'une oxydation.

L'oxygène est un des éléments de l'air ; c'est lui qui est la cause et l'agent de toutes les combustions, de toutes les oxydations qui s'accomplissent au sein de l'atmosphère, dans ces phénomènes, c'est lui qui se fixe sur le corps qui brûle, de telle sorte que le produit de la combustion renferme toute la matière pondérable du corps combustible et toute la matière pondérable de l'oxygène (p. 5). Cec' est une des vérités fondamentales de la chimie, et, pour la découvrir, il n'a fallu rien moins que les travaux d'un siècle et demi. La gloire de cette découverte appartient à Lavoisier.

Ses travaux sur la combustion lui ont révélé la vraie nature du phénomène de la respiration. La respiration des animaux est une combustion lente, source delà clialeur animale. Elle donne naissance à du gaz carbonique, à de l'eau, produits de l'oxydation complète que