CHAPITRE PREMIER

§ 1. — Depuis longtemps on sait que les métaux peuvent s'unir les uns avec les autres pour donner des corps ayant plus ou moins les propriétés de. leurs constituants, et probablement cette connaissance a été mise à profit depuis la plus haute antiquité. Les anciens connaissaient sept métaux : l'or, l'argent, le mercure, le cuivre, le fer, l'étain et le plomb. lis employaient de plus des composés différents d'antimoine, d'arsenic et de zinc, et cependant, il n'est nullement évident pour nous que ces métaux leur étaient connus à l'état métallique.

L'or et l'argent, qui existent dans la nature à l'état métallique, furent probablement les premiers métaux connus ; lorsque les autres plus communs furent découverts, ils les allièrent à l'or, à cause de la rareté de ce dernier.

Le cuivre se trouve quelquefois à l'état natif, et tous ceux qui sont habitués à travailler les métaux précieux savent qu'il n'y a aucune difficulté à fondre le cuivre et à l'allier à l'or et à l'argent.

Le mot latin ses dans les écrits anciens signifie tantôt cuivre, tantôt laiton, de sorte que les deux métaux furent souvent confondus ensemble. Pline dit « qu'un minerai de ses, appelé chalcitis, fut trouvé à Chypre, où l'on découvrit d'abord Vœs ». Ici, œs signifie certainement cuivre. Autre part, il dit que Vœs est extrait d'un minéral appelé cadmia. Actuellement

HlORNS 1

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ce minerai est connu sous le nom de calamine (carbonate de zinc). Cette substance, mélangée avec du charbon de bois et chauffée fortement dans un creuset fermé, donne un laiton si l'on y ajoute soit du cuivre métallique, soit de l'oxyde de cuivre. Le nom spécial donné à ce laiton fut aurichalcum, ou cuivre doré; on peut en conclure que souvent les minerais de cuivre et de zinc furent fondus ensemble pour former des laitons, le zinc à l'étal libre ayant été probablement inconnu jusqu'au sixième siècle. Pline décrit quatre variétés différentes de ce qui fut appelé cuivre de Corinthc.

1° Blanc, ressemblant à l'argent et contenant un excès de ce métal.

2» Rouge, contenant un excès d'or.

3°,Dans cette espèce, l'or, l'argent et le cuivre sont mélangés en quantités égales.

4° Cette variété était appelée hepatizon ; sa couleur rougeàtre en faisait toute la valeur.

Le cuivre lut employé par les Anciens à tous les usages pour lesquels il est recherché aujourd'hui. Les alliages de cuivre et d'élain étaient faits en proportions variables ; ainsi le bronze des statues était formé de 100 parties de cuivre et 12, ft d'élain. Un autre alliage contenait 100 de cuivre, 10 de plomb et î) d'élain. Les ustensiles de ménage étaient faits avec un alliage de 100 de cuivre et 3 à 4 d'élain. Les armes des Anciens étaient souvent faites en bronze, qui était durci par la chaleur et par un lent refroidissement.

L'élain était d'un usage courant du temps de Moïse. Ce furent sans doute les Phéniciens qui en procurèrent aux Egyptiens, ce métal provenanl des îles Sorlingues ou de la Cornouaille. L'élain est mentionné par Homère. Au temps de Pline, il fut employé pour recouvrir les ustensiles en cuivre ou en laiton.

Le mercure fut employé par les Romains qui fabriquèrent des amalgames d'or et d'argent employés par la dorure et l'argenture : on appliquait l'amalgame sur l'objet, on volatilisait le mercure par la chaleur et on laissait ainsi une couche mince du métal précieux sur l'objet.

Le plomb était connu des anciens Egyptiens et des Romains qui l'appelaient plnmbum nigrum. L'Espagne et l'Angleterre en fournirent de grandes quantités. Le plomb en feuilles et en tuyaux était employé déjà aux mêmes usages qu'aujourd'hui ; un alliage de plomb et d'étain servait comme soudure.

Le fer fut obtenu de très bonne heure, mais en quantité relativement petite; on l'extrayait des pierres météoriques ou d'oxydes difficilement réductibles. Moïse parle du fer comme étant employé à la construction des sabres, couteaux, haches, etc., ce qui semble indiquer que l'acier était déjà connu. Homère représente les guerriers armés avec desépées de bronze, jamais avec des armes en acier. Achille propose une balle de fer comme prix de valeur, pour être décernée dans les jeux, ce qui montre sa rareté à cette époque. Il est évident que les Romains connaissaient l'acier, ainsi que les moyens permettant de le durcir et de le tremper. L'acier était très probablement extrait directement du minerai de fer ; il peut être considéré comme un alliage de fer et de carbone, dans lequel le manganèse se rencontre quelquefois en petite quantité.

Ainsi les Anciens connaissaient les six métaux malléables et leurs alliages, mais ils nous ont laissé peu de renseignements sur les méthodes d'extraction. Il est probable que ces opérations industrielles étaient aussi simples que possible, à moins que les connaissances chimiques d'alors n'aient été plus avancées que nous ne le supposons. Au XVIIP siècle, la recherche de la nature des alliages

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fut l'objet d'études scientifiques systématiques. Ainsi Réaumur, un chimisie français infatigable, conclut que l'acier était du fer imprégné de soufre et de matières salines ; le mot soufre était synonyme du mot combustible. A la fin du siècle, Berthollet conclut de ses propres expériences et de celles de Réaumur que l'acier était un composé de fer et de carbone ; Réaumur expliqua alors le principe de la méthode de l'étamage des plaquesenfer.Gellert, danssaChimiemétallurgique, montre l'analogie entre les al liages et les solutions; il donne une table indiquant les solubilités relatives des mélaux l'un dans l'autre, par exemple du cuivre dans l'argent. Il montra clairement qu'avec cette conception, il comprenait la possibilité pour un métal de se partager entre deux autres mélaux pris comme solvants. Musschenbrock, au commencement du siècle, fit quelques expériences sur la résistance à la traction des mélaux et des alliages; il publia un mémoire sur « la cohésion avec laquelle un corps résiste à la rupture s'il est soumis à une force suivant sa longueur ». Duhamel en 1792 indique la nécessité de faire des expériences exactes sur les alliages préparés avec des mélaux très purs dans des vases fermés.

Dans la première partie du XIXe siècle, les recherches sur les alliages furent plus nombreuses, et l'intérêt qu'elles offrent, n'a fait qu'augmenter de plus en plus jusqu'à l'époque actuelle.

Nature des métaux.

§ 2. — Le terme métal désigne un certain nombre d'éléments chimiques ayant des caractères communs bien définis, tels que l'éclat métallique, la conductibilité, une grande densité. Lorsqu'ils sont préparés élcclrolytiquement, ils apparaissent au pôle négatif : ce sont donc des corps électroposi-

tifs. Ces propriétés ne sont point également développées dans tous les cas; quelquefois un ou plusieurs de ces caractères peuvent être absents. D'autre part, il existe des substances non métalliques dans lesquelles on peut retrouver les propriétés des métaux. Ainsi le graphite a un éclat métallique, le charbon et le silicium sont conducteurs de la chaleur et de l'électricité, les métaux alcalins sont plus légers que l'eau. En fait, il y a des éléments ayant des caractères très marqués qui les font classer sans hésitation dans les métaux ; d'autres, au contraire, tels que l'arsenic, ont des propriétés métalliques ou non, suivant le point de vue auquel on se place. Ces corps servent d'intermédiaires entre les métaux et les métalloïdes, de telle façon qu'il est impossible de fixer une ligne de démarcation bien nette.

L'influence de la chaleur sur les métaux est très variable : quelques-uns fondent à une basse température, d'autres exigent la température du rouge sombre, du rouge blanc, ou même du blanc. Le tableau suivant donné par Pouillet indi- ([ue les températures correspondant aux dilTérents aspects :

Rouge naissant correspondant à.

Rouge sombre —

Rouge cerise naissant —

— cerise —

— cerise clair — Orange sombre —

— clair ' — Blanc —

— éclatant —

— soudant — Les métaux se dilatent par la chaleur et se contractent par

le refroidissement, et entre certaines limites, la dilatation est proportionnelle à l'accroissement de température. Il existe

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cependant certaines anomalies : la fonte se dilate au moment de sa solidification, et le bismuth solide occupe un volume plus grand que le bismuth liquide. Un des caractères dislinctifs d'un métal est la mobilité interne qui lui permet d'être modifié dans son état, sous l'influence de la pression, sans rupture de la masse. Cette propriété est variable suivant les métaux, de telle sorte que la malléabilité, ou propriété de se laisser réduire en feuilles minces sans se déchirer, et la ductilité , on propriété de se laisser étirer en fils sous l'influence d'une tension longitudinale combinée à une pression latérale, ne sont pas les mêmes pour les différents métaux. L'ordre relatif dans lequel ils se rangent n'est pas le môme pour la malléabilité et la ductilité, l'une dépendant de la douceur et de la ténacité, l'autre dépendant beaucoup plus de la ténacité. Par ténacité, on désigne la résistance qu offre un corps si on le soumet à une force de tension pour séparer ses particules. La ténacité est généralement diminuée par une élévation de température, l'inverse ayant souvent lieu avec la malléabilité et la ductilité. Quelques métaux ont une faible ténacité ; ils sont dits secs. D'autres, au contraire, résistent à la rupture sous l'effet d'une force de cintrage ou de torsion. L'élasticité est une propriété des corps, par laquelle ils reviennent à leur forme première si on les en écarte. Pour chacun d'eux, il y a une limite au delà de laquelle ils ne reviennent pas à leur état initial : c'est ce qu'on appelle la limite de parfaite élasticité. La dureté, mesurée par la résistance à la compression, est, comme toutes les autres propriétés physiques d'un métal, modifiée par la présence d'impuretés, de telle sorte que, dans beaucoup de cas, la douceur est une preuve de pureté. Tous les métaux malléables deviennent durs par l'effet de la pression, et souvent nécessitent un recuit durant la fabrication. Si l'on casse un métal, la

surface qu'il présente est souvent caractéristique : elle peut ôtrc fibreuse, cristallisée, granulée, bacillaire ou conchoïdaie ; ainsi le fer forgé est fibreux, le zinc est cristallin, l'acier est granuleux, l'étain est bacillaire et l'acier dur estconchoïdal. La structure cristalline est souvent accompagnée d'aigreur, et la structure (ibreuse d'une grande ténacité. La plupart des métaux sont plus lourds que l'eau, et le rapport qui exprime combien de fois un corps est plus lourd que l'eau s'appelle son poids spécifique. La chaleur spécifique varie beaucoup suivant les métaux : celle du fer, par exemple, est le 1/10 de celle de l'eau, tandis que celle du plomb n'en atteint pas le 1/30. Les oxydes des métaux sont ordinairement basiques ; mais cette propriété est relative : un oxyde basique dans un composé peut devenir acide s'il est en présence d'une base plus forte.

Classification des métaux.

§ 3. — Pour en faciliter l'étude, les métaux peuvent être classés en groupes suivant leurs caractères généraux, principalement en se basant sur leur action sur l'oxygène.

1. — Métaux nobles. — Or, platine, argent et quelques métaux rares. Les membres de cette classe ont peu ou point d'affinité pour l'axygène libre ; ils ne décomposent l'eau à aucune température. Par suite de la faible affinité du métal pour l'oxygène, les oxydes sont facilement décomposables parla chaleur.

2. — Groupe du cuivre. — Cuivre, mercure, plomb et bismuth. Ils ne décomposent pas l'eau, même au rouge, mais se combinent avec l'oxygène si on les chautTe ; ils forment alors des oxydes d'un caractère basique. C'est le mercure qui a le moins d'affinité pour l'oxygène ; ce caractère le rapproche des mélaux nobles.

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3. — Groupe defétain. — Étain, antimoine, arsenic, etc. Ces métaux, excepté l'arsenic, décomposent la vapeur d'eau au rouge, et forment des oxydes acides ; ils se rapprochent donc des métalloïdes. Le protoxydc d'étain est une base lortc.

4. — Groupe du fer. — Fer, chrome, manganèse, nickel et cobalt. Les membres de ce groupe décomposent la vapeur d'eau au rouge ; les protoxydes sont des bases puissantes. Quelques-uns des oxydes supérieurs du fer, du chrome et du manganèse peuvent être considérés comme des acides et former des sels solubles dans l'eau.

.5. — Groupe du zinc. — Zinc, cadmium et magnésium. Ces métaux s'oxydent lentement à l'air humide, mais rapidement s'ils sont chauffés. Ils sont facilement volatils et brûlent dans l'air avec une lumière éclatante en donnant des oxydes ; ces oxydes sont des bases puissantes. Au rouge, ils décomposent la vapeur d'eau.

6. — Groupe de l'aluminhan. — Aluminium et métaux rares. L'aluminium ne s'oxyde pas à l'air, il ne décompose pas l'eau, à moins qu'il ne soit pulvérisé très finement. Il forme un oxyde qui est acide ou basique, suivant qu'il est combiné à une base plus forte ou plus faible.

7. — Métaux alcalino-terreux. — Baryum, strontium et calcium. Ces métaux décomposent rapidement l'eau, en donnant des oxydes ; ces oxydes sont des bases fortes, s'unissant facilement aux acides.

8. — Métaux alcalins. — Sodium, potassium et lithium. Ces métaux ont une affinité très grande pour l'oxygène ; aussi doit-on les conserver dans un liquide ne contenant pas cet élément. Les oxydes se dissolvent dans l'eau en formant des solutions caustiques très puissantes.

Nature des métalloïdes.

§ 4. — Tous les éléments chimiques qui ne possèdent pas les propriétés physiques et chimiques décrites à propos des métaux sont appelés métalloïdes. Quelques-uns se trouvent dans la nature à l'état libre: oxygène, azote, soufre, quelquefois carbone et sélénium. Comme règle générale, ils sont en opposition avec les métaux quant à leurs propriétés électriques, étant électronégatifs, et conséquemment ils se portent au pôle positif lorsque leurs composés sont soumis à l'action du courant électrique. Cependant, comme pour les métaux, ce caractère positif ou négatif n'est pas absolu, excepté pour l'oxygène et le fluor ; il varie selon la nature des éléments existants dans la combinaison. Ainsi, dans l'acide chlorhydrique, le chlore est négatif, tandis que, dans ses composés oxygénés, il joue le rôle d'un élément positif.

La combinaison d'un métal avec un métalloïde, l'oxygène par exemple, est caractérisée par un changement de propriétés plus marqué que dans le cas de la combinaison de deux métaux. L'affinité des différents métaux pour l'oxygène, le soufre, etc., est cependant très variable. Dans le cas de l'or, cette affinité est si faible que ce métal ne s'unit directement avec aucun de ces métalloïdes. Tandis que les composés résultant de la combinaison de la plupart des métaux avec l'oxygène forment une classe de corps appelés bases, ceux résultant de la combinaison des métalloïdes avec ce môme élément ont des propriétés opposées : on les appelle acides. Cependant les métaux qui possèdent le caractère métallique à un faible degré donnent des corps dont les propriétés sont plutôt acides que basiques. C'est sur cet ensemble de pro-

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priétés tant chimiques que physiques, qu'est fondée la classification des éléments en métaux et métalloïdes.

Principes et réactions cliimiques.

§ 5. — Les chimistes ont trouvé que tous les corps, qu'ils soient à l'état solide, liquide ou gazeux, sont des substances simples, ou qu'ils peuvent être transformés en substances simples, appelées éléments. Ces éléments sont représentés par des symboles qui sont ordinairement la première lettre ou quelques lettres de leurs noms. Les différents éléments se combinent entre eux en proportions définies, formant une variété infinie de substances appelées composés.

Les éléments sont classés (in7nétaux e{ )7iéta/ioïdes, ]cs uns étant caractérisés par des propriétés bien marquées que ne possèdent pas les autres. Les particules ultimes ou atomes qui composent un élément diffèrent en poids des atomes d'un autre élément, et le poids relatif rapporté à celui de l'hydrogène est \e poids atomiqtte. ha tahia suivante donne les éléments chimiques avec leurs symboles, leurs poids atomiques et leurs poids spécifiques :

Métaux

NOMS

Aluminium Antimoine Argent .

Arsenic .

Baryum .

Bismutli .

Cadmium.

Caesium .

Calcium .

Cerium .

Chrome .

Cobalt. .

Cuivre. .

Didyme .

Erbium .

Etain . .

Fer. . .

Glucinium Indium .

Iridium .

Lanthane.

Lithium .

Magnésium Manganèse Mercure .

Molybdène Nickel. . Niobium .

Or . . .

Osmium .

Palladium Platine .

Plomb. .

Potassium Rhodium.

Rubidium Ruthénium Sodium .

Strontium Tantale .

Thallium.

Thorium .

Titane .

Tungstène Uranium .

Vanadium Yttrium .

Zmc . .

Zirconiuni

Poids

Symboles

atomiques

spécifiques

iï

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Métalloïdes

NOMS

Symboles

Poids atomiques

Poids spécifiques

Bore

B Br

N ou Az 1'

Se Si S Te

Brome

Graphite

Carbone

Diamant

Chlore

Fluor

Hydrogène

Iode

Nitrogène (azote)

Oxygène

Phosphore

Sélénium

Silicium

Soufre. . .

Tellure

Les composés sont formés par la combinaison des différents éléments : ainsi FeO représente l'oxyde de fer. MnO celui de manganèse . Quelquefois deux éléments forment plusieurs composés comme FeO, Fe^O% Fe^O*; il est alors nécessaire de pouvoir les désigner. Il y a plusieurs systèmes de nomenclature, mais le plus simple (pour le composé de deux éléments) est celui qui consiste à énoncer d'abord le nom du mélalloïde ou du moins métallique terminé par ure, le faisant suivre de celui du métal (t). Quand deux métalloïdes se combinent, celui dont les propriétés rappellent le plus celles des métaux est écrit le deuxième. Quelquefois les préfixes grecs, tels que mono, di, tri, sont employés pour indiquer le nombre d'atomes présents. Un autre système consiste à terminer le nom de métal en iqtie ou eux, le composé contenant la plus grande proportion de métalloïde étant distingué par le suffixe ique

(l) Pour les composés renfermant de l'oxygène, on emploie le mot oxyde.

et celui ea contenant la plus petite par le suffixe eux. Le tableau suivant fera mieux comprendre :

NOMS

Oxyde de fer. . .

Trioxyde de fer. .

Tétroxyde de fer.

Oxyde de manganèse Bioxyde de manganèse

Oxyde d'aluminium Oxyde de calcium.

Oxyde de magné

sium

Bioxyde de titane.

Oxyde de carbone.

Bioxyde de carbone Bioxyde de silicium Pentoxyde de phos

phore

Bioxyde de soufre Trioxyde de soufre