DIXIÈME LEÇON

(8 Maus i8f).'|.)

Formation des carbures d'hydrogène au moyen de l'eau et de l'acide

carbonique.

SOMMAIRE. — Difficultés qui s'opposent à la formation des matières or[janiqucs par la rédiictioii de l'eau et de l'acide carbonique. — Analogie dn cette réaction avec la foi'matioii naturelle des principes orjjaniques dans la végétation.

Réduction de l'hydrogène s\ilfuré et de l'acide sulfocarhoni(jue. — Conditions de l'expérience. — Formation du gaz des marais.

Réduction de l'eau et de l'acide carbonique. — Degrés successifs.— Oxyde de carbone. — Synthèse de l'acide Ibrmique. — Sa transformation en gaz des niai'ais.

Messieurs,

Jusqu'ici nous avons exposé une première méthode générale pour former les corps organiques par la combinaison des éléments. En effet, nous avons préparé d'abord un carbure d'hydrogène, l'acétylène, C^H-, par l'union du carbone avec l'hydrogène; différentes additions d'hydrogène ont ensuite transformé l'acétylène en deux autres carbures, l'étiiylène, CH', et l'hydrure d'éthvlène, C'H". Enfin l'hydratation des deux premiers carbures a fourni les alcools, et par conséquent tout l'ensemble de leurs dérivés.

Nous allons maintenant chercher à obtenir les mêmes résultats, c'est-à-dire la formation des carbures d'hydrogène et la formation des alcools, en partant, non plus des éléments simples, carbone et hydrogène, mais de ces mêmes éléments complètement oxydés, c'est-à-dire de l'acide carbonique et de l'eau. Ce sont précisément les

l-jS LES CARDLRES d'oYDROG. FORMÉS AVEC l'eaU ET l'aCIDE CARBOX.

deux sources du carbone et de l'hydrogène qui font partie des êtres organisés.

A ce point de vue, le problème que nous nous posons présente un très-grand intérêt. Il nous met sur la voie du procédé le plus général qui préside à la formation des matières organiques dans la nature. Les végétaux, en effet, absorbent l'acide carbonique de l'air et en retiennent le carbone ; ils prennent l'eau et en retiennent l'hydrogène : ce sont les principes ainsi formés par les végétaux qui servent ensuite à la nutrition des animaux. Or ce que font les végétaux dans la nature, avec le concours encore mystérieux de la lumière solaire, nous pouvons le faire actuellement dans nos laboratoires, au moyen des méthodes que nous allons exposer.

Il s'agit aujourd'hui de faire entrer le carbone de l'acide carbonique et l'hydrogène de l'eau en combinaison réciproque. A première vue, c'est là une entreprise fort difficile. En effet, l'eau et l'acide carbonique sont des composés très-stables; ils résistent à l'influence de températures très-élevées et de réactifs très-énergiques. Or, il s'agit de les transformer en composés beaucoup moins stables, très-destructibles par la chaleur et par les réactifs. 11 faut donc ici renverser, en quelque sorte, le jeu (les aftinités naturelles. De là des difficultés que nous n'avons pas rencontrées dans les réactions qui reposent sur la méthode précédemment exposée, méthode dans laquelle nous avons suivi, au contraire, la pente naturelle des affinités.

Les méthodes que nous allons développer pour résoudre ce nouveau problème reposent sui' un principe analogue à ceux que l'on emploie en Chimie minérale, conformément à la règle à laquelle nous nous sommes assujettis. Nous ferons agir sur l'eau et sur l'acide carbonique cer-

FORMATION Df GAZ DES MARAIS AVEC LE SLLFinE DE CAUBONE. l.|r)

lains agents réducteurs, capables d'enlever l'oxygène, de fiiçon à mettre le carbone et l'hydrogène en présence à l'état naissant. Tel sera le principe général de nos synthèses : nous userons, i)our l'appliciuer, d'artifices particuliers et qui varieront suivant les cas.

Pour bien faire concevoir les procédés à l'aide desquels nous réussissons à réduire l'acide carbonique et l'eau, et avant d'exposerces procédés, nous allons d'abord résoudre un problème identique en principe, mais plus simple dans la pratique. Au lieu des composés oxygénés du carbone et de l'hydrogène, nous prendrons pour sources de ces éléments leurs composés sulfurés, les derniers étant beaucoup plus faciles à réduire que les premiers.

Soient donc le sulfure de carbone ou acide sulfocarbonique, C"S'', qui correspond à l'acide carbonique, C'-Q*, et l'acide sulfhydrique, H" S-, qui correspond à l'eau, H'-O". Observons, d'ailleurs, que ces deux composés sul- ' furés peuvent être formés, aussi bien que les deux composés oxygénés correspondants, par la combinaison directe des éléments : les composés organiques qui en dérivent procèdent donc également d'une synthèse totale.

Le premier de ces deux corps, le sulfure de carbone, fournira le carbone; le second, l'acide sulfhydrique, fournira l'hydrogène. Il s'agit d'enlever le soufre à tous deux à la fois, etsimultanément; les deux autres éléments mis en présence à l'état naissant s'uniront. Le carbure que nous obtiendrons ainsi correspond au sulfure de carbone par le rapport de ses éléments :

Ce carbure d'hydrogène, représenté par la formule C-IV, est le formène ou gaz des marais.

Quel procédé emploierons-nous pour enlever le soufre?

l5o FORMATION DU GAZ DES MARAIS AVEC LE SULFLRE DE CARBONE.

Nous nous servirons évidemment d'un corps ayant de l'affinité pour cet élément. Les métaux se présentent tout d'abord; le cuivre surtout donne les résultats les plus prompts et les plus élégants. La réaction qui se produit est fort simple, et peut être représentée ainsi :

C2Si -h 21PS2+ i6Gu = C^Hi + 8Cu2S.

On obtient du formène et du protosulfure de cuivre.

Dans quelles conditions réaliserons-nous l'expérience?

A la température ordinaire, il ne se produit rien; c'est à partir du rouge sombre que s'opère la réaction du cuivre sur les composés sulfurés. Mais, si la température est supérieure au rouge sombre, le formène peut être luimême décomposé. L'expérience est donc limitée dans un étroit intervalle. En résumé, il faut faire passer un courant d'acide sulfhydrique, chargé de vapeur de sulfure de carbone , sur du cuivre chauffé au rouge sombre.

L'appareil se compose d'un flacon où se produit l'hydrogène sulfuré, d'un second flacon où le gaz est lavé dans l'eau, d'un tube rempli de chlorure de calcium, d'un ballon, dans lequel l'hydrogène sulfuré passe ensuite et où il se trouve en contact avec du sulfure de carbone, soit froid, soit légèrement échauffé; enfln d'un large tube en verre vert peu fusible et rempli de tournure de cuivre fortement tassée. Ce tube, que traverse le gaz chargé de sulfure de carbone, peut être chauffé au rouge sombre à l'aide d'une longue grille que l'on charge de charbon.

Pour purifier le formène, on fait passer le gaz, au sortir du tube, d'abord dans un flacon vide, puis dans une solution d'acétate de plomb, qui lui enlève l'hydrogène sulfuré non décomposé; enfln on le recueille sur l'eau. Dès que l'acétate de plomb commence à brunir, il faut arrêter

FORMATION DL GAZ UES M.vRAlS AU MOYB.N DK l'aCIDK CARBO.MQUC. I T) I

l'opération, pour éviter la présence des vapeurs du sulfure de caihone non décomposé.

Si on voulait préparer une plus grande (juantité de formëne par ce procédé, il conviendrait d'augmenter les proportions des diverses parties de l'appareil, et surtout de remplacer le tube de verre où s'opèi'e la réaction par un vase de cuivre ovoïde, portant deux longs tubes soudés à ses extrémités, et capable de contenir quelques kilogrammes de tournure de cuivre. Je vous présente un vase de ce genre qui a servi à l'exécution de mes expériences.

Voici le gaz obtenu. C'est du formène mélangé avec une certaine quantité d'iiydrogènc libre, produit en même temps. Ce gaz brûle, comme vous le voyez, avec une flamme peu éclairante, et une production considérable d'acide carbonique.

Il reste à isoler le gaz des marais à l'état de pureté. On y parvient en agitant le mélange gazeux avec un dissolvant tel que l'alcool, qui le dissout en proportion considérable, tandis qu'il absorbe à peine l'bydrogène. On emploie de l'alcool absolu, préalablement bouilli et dont le volume s'élève à plusieurs fois celui du gaz que l'on se propose de traiter. On agite le tout pendant quelques instants, on sépare l'alcool, puis on en dégage le ibrmène en faisant bouillir ce dissolvant. On lave le gaz obtenu en dernier lieu avec quelques gouttes d'acide sulfurique concentré, aiin de le débarrasser des vapeurs d'alcool.

Nous avons ainsi résolu cette première question : obtenir le gaz des marais, en désulfurant, dans une même réaction, les composés du carbone et de l'bydrogène avec le soufre. Revenons maintenant à noire problème principal et proposons-nous de désoxyder l'eau et l'acide

l52 SYNTHÈSE DE l'aCIDE FORMIQUE.

carbonique. Nous y parviendrons suivant un mécanisme analogue au précédent, quoique plus compliqué.

Ici l'acide carbonique apporte le carbone, l'eau apporte l'hydrogène; pour obtenir le gaz des marais par la réaction des éléments naissants, il ne s'agit que d'ôter l'oxygène :

C2 0i4-2ll202— 402=C2Hi.

On y réussit en partageant la réduction de l'acide carbonique en deux temps, ce corps étant trop stable pour que nous puissions séparer tout son oxygène d'un seul coup et à une basse température.

Nous enlèverons d'abord à l'acide carbonique la moitié de l'oxygène; nous obtiendrons ainsi l'oxyde de carbone :

Puis nous désoxyderons l'oxyde de carbone et l'eau, dans une même réaction, de façon à obtenir la réunion du carbone et de l'hvdroffène naissants.

Développons cette suite de réactions. La première consiste à changer l'acide carbonique en oxyde de carbone. On y parvient aisément : il suffit de faire passer un courant d'acide carbonique sur du charbon chauffé au rouge, suivant une expérience classique pour la préparation de l'oxyde de carbone. La réaction est celle-ci :

Au lieu de charbon, nous pourrions employer un métal, le fer, par exemple, et chauffer un mélange de fer et de carbonate de baryte. Voici l'expérience.

L'oxyde de carbone obtenu, au lieu de poursuivre sans désemparer sa désoxy dation, en même temps que celle de l'eau, nous combinerons d'abord cet oxyde de carbone avec l'eau elle-même, de façon à engager les deux corps

SYiNTUËStf DE I.ACIDE FORMIQLE. l53

au sein d'un même composé, dont la réduction consécutive les présentera l'un à l'autre à l'état naissant, et dans les conditions les plus favorables. Ce composé d'eau et d'oxyde de carbone, qui joue ici le rôle d'intermédiaire, est l'acide formique, C-H-0* ;

Exposons donc comment on réalise la formation de l'acide formique, au moyen de l'eau et de l'oxyde de carbone. Le mécanisme de cette formation présente diverses particularités intéressantes et sur lesquelles je crois utile de m'étendre avec détails.

Les affinités de l'eau étant peu énergiques, la combinaison de ce corps avec l'oxyde de carbone ne s'opère pas directement. Nous devrons donc faire intervenir une affinité plus puissante; celle d'une base se présente d'ellemême, puisqu'il s'agit de former un acide.

Pour faire la syntbèse de l'acide formique, on place dans un ballon à long col une certaine quantité d'bydrate de potasse, à laquelle on ajoute une petite quantité d'eau. Après avoir effilé le col du ballon à la lampe, on le remplit d'oxyde de carbone par déplacement, et aussi exactement que possible, puis on le ferme en fondant la partie effilée.

A froid, la réaction n'est guère sensible dans les conditions de temps ordinaires. Aussi indique-t-on, dans l'analyse gazeuse, comme procédé de séparation entre l'oxyde de carbone et l'acide carbonique, l'absorption de ce dernier gaz par un fragment de potasse humide; l'oxyde de carbone est, dit-on, respecté. Le fait est vrai dans les circonstances où l'on opère ces séparations. Cependant, si on laissait le contact se prolonger pendant un temps considérable, la réaction entre l'alcali et l'oxyde de car-

l54 SYNTHÈSE DE l' ACIDE FQRMIQUE.

bone se manifeslerait peu à peu. Au bout de quelques jours, elle serait déjà sensible pour des mesures délicates. Au bout de quelques mois, la totalité du gaz se trouverait absorbée. Mais ce délai est un peu long; nous pouvons accélérer la réaction, conformément à la règle ordinaire, par une élévation de température.

Nous cbaulTerons au bain-marie, à la température de loo degrés, pendant soixante-dix ou quatre-vingts heures, le ballon préparé comme il vient d'être dit : dans ces conditions, la réaction s'opère et devient complète. Avec une température plus élevée, à 200 degrés par exemple, les choses eussent marché plus rapidement encore; mais les pressions intérieures que le ballon supporte de la part de la vapeur d'eau sont alors trop considérables : on risque de le voir éclater.

L'absorption de l'oxyde de carbone parla potasse, dans les conditions que nous venons de signaler, est, disonsnous, complète. Voici en effet un ballon qui a été maintenu à la température de 100 degrés pendant un temps suffisant. Je casse la pointe du ballon sous le mercure, et vous voyez le mercure se précipiter dans le vase et le remplir rapidement.

Le gaz a donc disparu, il s'est changé en formiate de potasse :