AIR ATMOSPHÉRIQUE

suédois s'était contenté d'absorber l'oxygène de l'air par des sulfures alcalins. L'azote était resté comme résidu ; mais l'oxygèue fixé sur le sulfure ne pouvait plus en être sép;iré.

Au reste, ni l'une ni l'autre méthode ne pouvait donner les proportions exactes suivant lesquelles l'oxygène est mêlé à l'azote dans l'air. Ces proportions ont été déduites des expériences suivantes :

Expériences. 1° Dans une petite cloche courbe remplie de mercure et placée sur la cuve, je fais passer iOO volumes d'air

(fig. 20). J'y introduis ensuite un petit morceau de phosphore, que je chauffe à l'aide d'une lampe à esprit-de-vin. U s'enflamme et consomme, en brûlant, tout l'oxygène des 100 volumes d'air. L'opération est terminée lorsque la lueur produite par la combustion de la vapeur de phosphore s'est propagée jusqu'au sommet de la colonne de mercure. En mesurant le résidu gazeux, je le trouve réduit à 79 volumes environ. C'est de l'azote. 2' L'absorption de l'oxygène par le phosphore peut s'effectuer à froid, si l'on introduit un long bâton de cette substance dans un volume déterminé d'air, renfermé dans une petite éprouvette graduée. L'expérience dure quelques heures et donne le même résultat que la précédente.

5* Je mesure, sur la cuve àmercure, dans un tube gradué, 100 volumes d'air. J'y fais passer d'abord une solution concentrée de potasse, puis de l'acide pyrogallique, substance blanche, cristalline, employée en photographie ; puis j'agite vivement le tout en bouchant l'extrémité du tube avec le pouce.

La solution alcaline noircit immédiatement par suite de la destruction de l'acide pyrogallique. Tout l'oxygène est rapidement absorbé, et lorsque je débouche le tube, sous le mercure, je constate une absorption : les 100 volumes d'air se trouvent réduits à 7y volumes environ.

4*Mais voici une expérience qui est susceptible d'une plus grande exactitude :

Le tube Ë (fig. 21) est un eudioinétre de Dunscn ; il est long de

60 centimètres, sur une largeur de 2 centimètres. Deux fils de platine traversent la partie supérieure et sont scellés hermétiquement dans l'épaisseur du tube. Ils se terminent extérieurement par un œillet et se recourbent à l'intérieur, s'appliquant sur le verre et lonéÊk géant la voûte de manière à laisser entre leurs extrémités un intervalle de 1 centimètre. Le tube porte une division en millimètres, et l'on connaît la capacité de chaque division. 11 est rempli de mercure et renversé sur une petite cuve. J'y introduis 400 volumes d'air et 100 volumes d'hydrogène. Mettant un des œillets de platine en communication avec une source électrique et l'autre avec le sol, jetais passer dans le mélange une étincelle (^j/.24). Une lueur y éclate : tout l'oxygène des 100 volumes d'air s'est combiné avec de l'hydrogène pour former de l'eau. 11 en résulte un vide qui est remplacé par du mercure, et au lieu de 200 volumes de gaz introduits dans l'eudiomètre, je n'y trouve plus, toutes corrections faites, que 137,21 volumes d'un mélange d'azote et d'hydrogène.

62,79 volumes ont donc disparu pour former de l'eau. Cette eau renferme tout l'oxygène contenu dans les 100 vo-

I ig. '23

lûmes d'air • et comme chaque volume de cet oxygène a dùbrûler 2 volumes d'hydrogène, il en résulte que les 62,79 volumes disparus ren. fermaient 20,93 volumes d'oxygène pour 41 ,80 volumes d'hydrogène.

AIR ATilOSl'IltniQrE. 63

LcsIOOvolumesd'airinlroduitsdansreudioinélrerenfermaientdonc

20,93 vol. d'oxygène.

"9,07 d'azote.

Telle est la composition de J'air en volumes. Comme l'azote est plus léger que l'oxygène, il en résulte que ces rapports voluinétriques n'exl'riment pas la composition de l'air en poids. Celle-ci a été déterminée avec beaucoup d'exactitude par M.M. Dumas et Boussingault, à l'aide de la méthode suivante :

L'n ballon A , d'une capacité de 15 à 20 litres, muni d'une armature en cuivre traversée par un robinet R" et pouvant se visser sur la machine pneumatique, est mis en communication avec un tube de verre peu fusible BB', muni de deu.v robinets R et R' et rempli de cuivre métallique. Le ballon et le tube sont vides d'air et leur poids a été déterminé avec soin.

Le tube rempli de cuivre est placé sur une grille à combustion. Par son extrémité B', il est mis en communicalion avec les tubes K, 1, H, G, F, E, D, C. Le tube ;i boules C renferme une solution de poLisse caustique; les tubes D et E sont remplis de pierre ponce imprégnée de potasse caustique, et les suivants F, G de fragments de potasse; le tube à boule ii renferme

de l'acide sulfurique, et les derniers tubes I, K sont remplis di pierre ponce imprégnée d'acide sulfurique. La potasse sert à purge l'air delà petite quantité d'acide carbonique qu'il renlerme; l'acidi sulfurique le prive de son humidité.

Les choses étant ainsi disposée:», on chauffe au rouge le tube rem pli de cuivre, les robinets étant ouverts, puis on ouvre le robine du ballon. Aussitôt l'air s'y précipite, mais il ne peut y arriver qu'a près avoir traversé la série de tubes où il laisse l'acide carboniqui et la vapeur d'eau, et le tube rempli de cuivre inciindescent où i se dépouille de son oxygène. C'est donc de l'azote pur qui entn dans le ballon. L'expérience est terminée lorsque la tension du gx contenu dans celui-ci fait équilibre à la pression atmosphérique On ferme alors le robinet R". On laisse refroidir le tube et on h pèse, ainsi que le ballon rempli d'azote.

L'augmentation de poids du ballon donne le poids de l'azote qu y est entré.

L'augmentation du poids du tube (qui avait été pesé vide d'air) indique le poids de l'oxygène qui s'est fixé sur le cuivre, plus h poids de l'azote restant dans le tube à la fin de l'expérience. Or détermine le poids de cet azote en faisant le vide dans le tube et er le pesant une troisième fois. La différence entre la seconde et 1; troisième pesées indique le poids de l'azote restant dans le tube ; la fin de l'expérience. Ce poids, ajouté à celui de lazote cont^ni dans le ballon, constitue le poids total de l'azote de l'air analysé

Le poids de l'oxygène est donné par la différence du poids di tube vide d'air et rempli de cuivre oxydé (troisième pesée) et di poids du tube vide d'air et rempli de cuivre métaUique (premièn pesée).

En employant cette méthode, MM. Dumas et Boussingault on trouvé que 100 parties d'air renferment, en poids :

Oxygène 23,15

A20te 76,87

lOJ.OO

Ces deux gaz sont simplement mélangés dans l'air : ils ne s'i trouvent pas à l'état de combinaison ; et les proportions de ce mè lange sont les mêmes partout, sauf de légères variations, ku sommet d(;s plus hautes montagnes, au centre des continents, au-dessui de l'immense été ndue des mers, l'air se montre, à peu de chose près

AIR AT.MOSPHÊRIQDE. 65

éga'ement ncliu i;:i oxyyéne. Kn discutant un grand nombre d'analyses, M. Regnault a établi que la proportion d'oxygène ne varie généralement que de 20,9 à 21,0; seul, l'air recueilli en pleine mer, près de la surface de l'eau, a présenté une quantité d'oxygène un peu moindre (20,6),circonst;ince qu'on peut attribuer à l'action dissolvante de l'eau.

L'azote et l'oxygène constituent les éléments les plus abondants de l'air ; parmi les substances qu'il renferme en proportion minime, il faut noter principalement le gaz carbonique et la vapeur d'eau.

Gaz narboniqne et vapeur d'eau de l'air. — Qu'on verse de l'eau de chaux dans un vase plat et qu'on l'abandonne à l'air. Au bout de quelques heures, sa surface sera recouverte d'une pellicule blanche formée par de petits cristaux de carbonate de chaux-

Cette expérience démontre la présence du gaz carbonique dans l'air. Quant à la vapeur d'eau, on peut la condenser en exposant à l'air un vase de verre dans lequel on introduit un mélange de glace et de sel marin. Les parois extérieures du vase se revêtiront bientôt d'une couche blanche de givre, résultant de la solidification de l'eau qui s'est précipitée sur la surface refroidie du verre.

Veut-on doser les quantités exactes de gaz carbonique et de vapeur d'eau contenue dans l'air, on peut aspirer celui-ci dans une série de tubes remplis de ponce sulfuriqueet de potasse caustique. L'aspiration se fait au moyen d'un flacon ou d'un vase de fer-blanc V (fig. 26) rempli d'eau. En laissant s'écouler l'eau, on force l'air à traverser les tubes F, E, remplis de ponce sulfurique ; puis les tubes D, C remplis de ponce imprégnée de potasse caustique, enfin le tube B, qui renferme de la ponce sulfurique. Ces tubes augmentent de poids en condensant la vapeur d'eau d'une part, l'acide carbonique de l'autre. La différence de poids des tubes F, E, avant l'expérience, donne la proportion d'eau condensée; la différence de poids des tubes D, C, B donne la proportion d'acide carbonique. Quant au volmne d'air, il est égal à celui de l'eau écoulée.

De Saussure avait admis que la proportion d'acide carbonique dans l'air varie entre 4 et 6 dix-millièmes. Ces chifires sonl trop élevés. D'après M. Reiset, qui a fait sur ce sujet des expériences nombreuses et exactes, cette proportion varie entre 2, 8 et 5 dix-millièmes. Les maxima sont obtenus par les temps de brouillard et de brumes. Les minima correspondent à des jours sans nuages.

Quelles sont les sources de ce gaz carbonique? Dans certaines

régions, les fissures de la terre en laissent échapper des torrents; les volcans en vomissent des quantités immenses ; certaines eaux en sont sursaturées et le laissent dégager en abondance, lors-

Fi''. 26.

qu'elles viennent sourdre à la surface de la terre. Mais la plus grande partie est le produit des phénomènes de combustion qui s'accomplissent à la surface du sol. Et parmi ces phénomènes, il faut compter la respiration, qui est une combustion lente.

Expéi-ience. A l'aide d'un tube de verre a {fig. 27), je souffle de l'air provenant d'une expiration à travers de l'eau de chaux; on voit celle-ci se troubler par suite de la formation du carbonate de chaux. L'acide carbonique ainsi fixé sur la chaux provient de la respiration, et c'est là une source abondante de ce gaz.

Le gaz carbonique s'accumule-t-il indéfiniment dans l'atmosphèreî Non. Rejeté par les animaux, il sert à la respiration des plantes. Les parties vertes des végétaux possèdent, en effet, la propriété de décomposer le gaz carbonique, sous Tinfluenct? de la radiation solaire. Le carbone est fixé et sert à l'élaboration de la matière organique. L'oxygène est rejeté, sinon en totalité, du moins en partie.

AIR ATMOSPHÉRIQUE. Gî

Celte vérité importante est une des plus belles conquêtes do la science au sié le dernier. On la doit aux efforts successifs de Priestley, de Bonnet, d'ingenhouz, de Sennebier, de Théodore de Saussure.

Indépendamment du gaz carbonique et de la vapeur d'eau, l'air renferme d'autres matières qui y sont mélangées ou suspendues en très-petite quantité.

Parmi ces matériaux, nous signalerons :

1* Des traces d'ammoniaque, ou plutôt de carbonate d'ammoniaque. Elles sont condensées par l'eau de pluie, et jouent un rôle important dans la végétation.

!iJ* Une trace d'un hydrogène carboné (Boussmgault),et, d'après M.Hùnta, une trace d'alcool.

0* Une petite quantité d'acide azotique sous forme d'azotate d'ammoniaque. On suppose que l'acide azotique se forme dans l'air par l'union directe de lazote avec l'oxygène, sous l'influence de rélectricité atmosphérique. M. Schônbein admet que l'air renferme des traces dazotite d'ammoniaque AzO-.AzlH.

4° Un corps qui possède la propriété de bleuir le papier imprégné d'amidon et d'iodure de potassium. On admet, non sans raison, que ce corps est de l'ozone. A la vérité, le phénomène dont il s'agit pourrait être dii à la présence dans l'air de traces de vapeurs ni- Ireuses ou de chlore. Mais, d'après une expérience récente de M. Andrews, cette conclusion est inadmissible. Ce chimiste a démontré que l'air chargé du principe qui décompose l'iodure de potassium perd cette propriété lorsqu'il est porté à une température élevée. Ce fait s'explique s'il renferme de l'ozone destructible par la chaleur ; il ne s'expliquerait pas sil renfermait du chlore ou des vapeurs nitreuses. Au reste, l'air ne contient que des quantités trèsminimes d'ozone et qui varient suivant diverses conditions : il en

Fig. 27.

est souvent exempt. On en apprécie approximativement les proportions relatives par l'intensité plus ou moins grande de la coloralion bleue que Tair chargé d'ozone communique au papier ozonoscopique.

5° Une trace de peroxyde d'hydrogène.

6" Des corpuscules solides suspendus dans l'air et entraînés au loin par les vents. Dans un air parfaitement calme, ces corpuscules se déposent, formant une poussière dont la composition est trèsvariable. Elle renlèrme des germes de divers végétaux et animaux microscopiques, et particulièrement les germes des microbes, qui déterminent les fermentations et les putréfactions (Pasteur).

EAU

Densité de vapeur rapportée à l'air O.GîS

Densité de vapeur rapportée à l'hydrogène (*) (poids de 1 volume). » Poids de la molécule (**) (poids de J volumes) '. = 18

Composilion fixée par Lavoisier en 1T85.

L'eau résulte de la combinaison de l'hydrogène avec l'oxygène.

Cette combinaison a lieu dans le rapport exact de 2 volumes du premier gaz à 1 volume du second. Les expériences suivantes démontrent qu'il en est ainsi.

\' Analyse de Veau par la pile. On place de l'eau légèrement acidulée dans le vase C {fig. 28), dans lequel s'élèvent deux fils de platine. Ces fils, scellés hermétiquement dans l'épaisseur des parois du vase, se terminent en dehors par des bouts libres. On met ceux-ci en communication avec les pôles d'une pile voltaique. Le courant passant alors au travers du liquide acidulé décompose l'eau (***), et des bulles se forment et s'élèvent rapidement autour des deux

(*) Le poids de la molécule ou le poids moléculaire exprime le poids de 2 volumes de vapeur, si l'on représente par 1 le poids d'un volume d'hydrogène (page 29).

(*") La densité de la vapeur d'eau rapportée à celle de l'hydrogène est égale à 9 : cela veut dire que si l'on représente par 1 le poids de 1 volume d'hydrogène, le poids d'un volume de vapeur d'eau est exprimé par 9; en d'autres termes, que la vapeur d'eau est 9 (ois plus dense que l'hydrogène dans les mêmes conditions de température et de pression.

(*") C'est l'acide sulfurique hydraté qui est décomposé dans cette condition; SO*H' se dédouble en H', qui devient libre au pôle négatif, et en SO*. qui se rend au pôle posilil'et s'y dédouble en SO^ -i- G. 0 se dégage el SO* s'hydrate de nouveau pour former de l'acide sulfurique : SO' -i- H'O = SO'H'. En définitive l'action électrolytique se borne doac à l'eau d'hydratation de l'acide sulfurique qui est seule décomposée.

EAD.

fis- 28.

fils de platine, qui sont les pôles. Si Ion renverse sur ces deux fils des éprouvelles remplies d'eaii, le gaz s'y rassemble, et 1 on verra

bientôt que le volume du gaz dégagé autour du pôle négatif est sensiblement double de celui qui est dégagé autour du pôle positif. — Le premier gaz est de 1" hydrogène, le second de l'oxygène, et le rapport dans lequel ces gazsontmis en liberté serait exactement celui de 2 à 1, si une petite quantité doxygéne ne restait dissoute dans l'eau acidulée, ou dans certaines circonstances, ne se portait sur l'eau, autour du pôle positif, pour former une trace d'eau oxygénée {voy. plus loin).

Cette expérience de la décomposition de l'eau par la pile a ete faite, pour la première fois, en 1801, par deux physiciens anglais, Nicholson et Carlisle.

2« Synthèse etuliomélrique. La composition de l'eau peut être établie par synthèse., c'est-à-dire parla combinaison des deux éléments, hydrogène et oxygène. L'expérience, qui se fait dans un eudiomètre, a déjà été décrite page 2i. Elle démontre que les deux gaz se combinent dans le rapport exact de 2 volumes du premier et de 1 volume du second, et que ces 3 volumes de gaz se condensent en deux volumes de vapeur d'eau.

Les expériences qui viennent d'être indiquées établissent la composition de l'eau en volumes. Sa composition en poids peut en être déduite, si l'on suppose connues les densités de l'hydrogène et de l'oxygène» En effet, ce quil y a de pondérable dans 2 volumes d'hydrogène s'ajoutant à ce qu'il y a de pondérable dans 1 volume d'oxygène, on voit qu'il suffit d'ajouter deux fois le poids de 1 volume d'hydrogène au poids de 1 volume d'oxygène pour avoir le poids de 2 volumes de vapeur d'eau. Cela revient à dire que le rapport en poids, suivant lequel l'hydrogène s'unit à l'oxygène pour former l'eau.

est celui delà double densité de l'hydrogène (poids de deux volumes de H) à la densité de l'oxygène (poids de 1 volumedeO). Ce rapport est

n peut être déduit d'une manière plus simple encore de la comparaison des densités de l'hydrogène et de l'oxygène, cette dernière étant rapportée à celle de l'hydrogène prise pour unité. Si 1 volume d'hydrogène pèse 1, 1 volume d'oxygène pèse 16; le poids de 2 volumes d'hydrogène sera donc 2 ; celui de 1 volume d'oxygène étant 10, on voit que les deux gaz s'unissent, en poids, suivant le rapport de

18 grammes d'eau renferment donc 16 grammes d'oxygène et 2 grammes d'hydrogène. Cette composition, que la comparaison des densités permet de fixer d'une manière approximative (en raison des difficultés que présente la pesée des gaz), a été établie de la manière la plus rigoureuse par M. Dumas, dans une expérience demeurée classique et que nous allons décrire.

5° Synthèse de l'eau par la méthode des pesées. — Pour déterminei la composition de l'eau par synthèse, il suffit de combiner, avec un poids rigoureusement connu d'oxygène, une quantité indéterminée d'hydrogène, et de peser exactement toute l'eau formée. Retranchant du poids de cette eau celui de l'oxygène qu'elle renferme, on trouve, par différence, celui de l'hydrogène.

Pour combiner l'hydrogène avec l'oxygène, il convient de faire réagir le premier gaz sur un corps oxydé qui puisse céder facilement son oxygène au gaz combustible. L'oxyde noir de cuivre, CuO, d'abord indiqué par Gay-Lussac et employé à cet usage par Berzelius et Dulong, présente ces conditions. Indécomposable par la chaleur seule, il est réduit facilement par l'hydrogène lorsqu'on le chauffe dans une atmosphère de ce gaz. Pour le réduire, M. Dumas a employé l'appareil représenté figure 29.

Il a dégagé du gaz hydrogène en faisant réagir l'acide sulfurique, étendu d'eau, sur le zinc. Le gaz s'est purifié en traversant des tubes en U contenant, le premier des fragments de verre imprégnés d'acétate de plomb, le second des fragments de verre imprégnés de sulfate d'argent, le troisième de la pierre ponce imprégnée de potasse caustique. L'acétate de plomb décompose et retient l'hydrogène sulfuré.

EAU

\je sulfale d'argent décompose et retient l'hydrogène arsénié, aver

formation d'arséniure d'argent; enfin, la potasse fixe une trace d'hydrogène carboné.

L'hydrogène ainsi purifié se dessèche en traversant d'autres lubes en U, renfermant les premiers du chlorure de calcium, les autres de la pierre ponce imprégnée d'acide sulfurique.

On refroidit ces derniers en les entourant de glace. Le gaz traverse, enfin, un dernier tube, plus petit, qui renferme de l'acide phosphorique anhydre.

Son poids ne doit pas varier pendant toute la durée de l'expérience. On le nomme tube témoin.

-\ Ainsi purifié et desséché, ?[: "hydrogène arrive dans un ballon de verre vert qui renferme i de l'oxyde cuivrique pur. Au préalable, le poids de ce ballon avec l'oxyde qu'il renferme a été déierniiné avec soin. On a pesé de même le ballon récipient, ainsi que les tubes en U qui terminent l'appareil.

Dès que tout l'air de ce dernier a été expulsé par l'hydrogène, on chauffe le ballon. La réduction de l'oxyde s'accomplit. Il se forme de l'eau qui va se condenser, en grande partie, à l'état hquide, dans le ballon récipient. Une partie de cette eau est entraînés.

à l'état de vapeur, par l'excès de gaz hydrogène. Cette vapeur d'eau est retenue dans les tubes en U disposés à la suite du ballon récipient, et qui renferment du chlorure de calcium et de la ponce sulfurique. Lorsque la réduction est presque terminée, on laisse refroidir en continuant à faire passer le gaz hydrogène dans l'appareil; puis on déplace ce gaz par un courant d'air; entln, on procède aux pesées.

Le poids du ballon a diminué de tout le poids de l'oxygène que l'oxyde de cuivre a cédé à l'hydrogène et qui se trouve maintenant contenu dans l'eau.

Le poids du ballon récipient et des appareils de condensation qui le suivent a augmenté de tout le poids de l'eau formée.

Retranchant de ce poids le poids de l'oxygène, ou trouve celui de l'hydrogène.

A l'aide de cette méthode rigoureuse, M. Dumas a trouvé que 100 parties d'eau renferment, en poids :

Hydrogène 11,11

Oxygène 88.89

Ce rapport est exactement celui de :

Hydrogène 1

Oxygène 8

Propriétés physiques. — Â l'état de pureté, l'eau est sans saveur et sans odeur. Elle est limpide et incolore. Elle se présente sous trois états dans la nature. Pendant les froids de l'hiver elle est solide. La glace, la neige, le givre, le grésil, la grêle, telles sont les différentes formes qu'elle affecte dans cet état. La température à laquelle la glace fond est un des points de repère de l'échelle tliermométrique. C'est à cette température que correspond le 0 de nos thermomètres.

La neige est formée par des agglomérations de petits cristaux. Ce sont des prismes hexagonaux étoiles qui présentent souvent les formes représentées dans la figure 50.

Au moment où elle se solidifie, l'eau se dilate et présente aion, une densité inférieure à celle de l'eau liquide. La densité de la glace est égale à 0,93. De 0' à + 4° l'eau se contracte, et son maximum de densité est situé à 4°. C'est cette densité qui est prise pour unité.