HYDROGÈNE

Equiv. : H = 1 = 2 vol. = P. aiom.

5U6. Grts incolore et inodore, signalé par les alchimistes du seizième siècle, et étudié pour la première lois par Cavendish,en 1760.

Densité à ü" et sous la pression 0™,70(J; 0,06926 par rapport à Wùr. Poids du litre à O** et sous la pression 0“,760 : ü'"',0895. Il est le moins dense de tous les gaz et pèse 14,4-5 fois moins qu’un égal volume d’air. Ce poids donne, pour le volume de 1 gramme d’hydrogène, 11"V173. Ce dernier volume est souvent pris pour unité dans la mesure des volumes gazeux; d’après cette convention, la molécule d’un composé chimique, réduite en vapeur, occupe normalement 2 volumes, soit 22‘‘h316.

Solubilité à 0" et sous la pression Ü"',760 : 19"', 3 par litre d'eau.

Indice de réfraction : 1,000138.

Chaleur spécifique sous pression constante et en poids : 3,110.

r>07. Par l’eau, le zinc et l’acide sulfurique. — Pour préparer une petile quantité do gaz sculeiiicnl, on se sert d’un Hacon en verre de 1 lilre F (lig. 4dD), tubulé à la partie supérieure. A chacune de ses ouvertures, on adapte exactement un liouchon de liège : le bouchon placé en G, est percé d’un trou dans lequel entre exactement un tube à entonnoir SG, dont la partie inléricure pénètre jusque vers le fond du llacon; le bouchon de la tubulure ï porte, adapté de la même manière, un tube à déga-

gement TA, recourbé à angle droit, que l’on relie par un joint de caoutchouc (§ 488) à un autre tube BD recourbé deux fois en forme de Z. Ce dernier conduit le gaz qui s’échappe du flacon, dans un vase plein d’eau servant de cuve pneumatique.

On place au fond du llacon 50 grammes de zinc grenaillé ou de zinc laminé, coupé en lamelles suffisamment petites pour traverser l’orifice G. D’autre part, dans un matras, on verse peu à

peu et en agitant, 50 grammes d’acide sulfurique concentré, dans 250 grammes d’eau, et après avoir laissé refroidir lemélaiige, on introduit dans le llacon lubulé, par le tube à entonnoir, un tiers environ du mélange acide.

Fig. 239. — Préparation de l’hydrogène.

En présence de l’acide sulfurique, le zinc décompose l’eau, se transforme en oxyde de zinc, lequel s’unit à l’acide pour produire du sulfate de zinc, tandis que l’hydrogène se dégage. La même réaction peut encore être interprétée en disant cpie le métal se substitue à l’hydrogène de l’acide et le met en liberté ;

Zn -f SO^IIO = SO^ZnO-}- II.

Peu à peu la réaction se ralentit, facide libre disparaissant de la liqueur; on lui rend son intensité en versant dans l’entonnoir S une nouvelle quantité d’acide sulfurique dilué. Par des additions successives et ménagées de ce dernier, il est facile de produire un dégagement régulier d’hydrogène. Si le mélange vicntà s’échauncr

llYDilOGÈNE.

lorleinent par une addition trop précipitée d’acide, il est bon de modérer la réaction en plongeant le llacon F dans l’eau froide.

On place quelquefois dans le llacon, avec le zinc, une certaine quantité d’eau, et on ajoute ensuite l’acide sulfurique concentré, par le tube à entonnoir. En opérant ainsi, la cbaleur considérable qui se développe dans la combinaison de l’acide sulfurique avec l’eau, s’ajoute à celle qui résulte de l’action du môme acide sur le zinc; la masse s’échauffant alors beaucoup plus que dans le premier cas, la réaction devient rapidement tumultueuse, de telle sorte que le liquide ne larde pas à mousser et à s’écbap|>er du llacon.

L’acide sulfurique dilué de 5 à (> parties d’eau, j)eutôtre i-emplacé par l’acide cblorbydrique du commerce, additionné de deux ou trois fois son poids d’eau. Il se forme alors du chlorure de zinc ;

Zn4-ll(:i=ZnCl-i-ll.

Au commencement de la réaction, riiydrogène mis en liberté, se mélange à l’air qui remplissait l’appareil et l’expulse peu à peu. Los })remières portions de gaz qui arrivent sur la cuve à eau, sont donc, d’abord très fortement, puis de moins en moins mélangées d’air. On ne doitrecueillii* l’hydrogène (pi’après avoir laissé pei'dre un volume de gaz égal à plusieurs fois celui du llacon. Cette observation s’applique évidemment toutes les fois qu’on ])roduit un gaz dans des conditions analogues; mais, pour rhydrogène, elle présente un intérêt tout particulier, cet élément formant avec l’air des mélanges explosibles qui occasionnent fréquemment des accidents (§ 512).

Un équivalent de zinc ou 32”*’, 5, en se dissolvant, met en liberté un équivalent d’hydrogène ou 1 gi'amme, soit LU*', 173. Il résulte de là que pour former 1 litre d’hydrogène, il est nécessaire de dissoudre 32,5 : 11,173 = 2S'''’,0l de zinc.

L’opération terminée, on jieut isoler le sulfate de zinc ou le chlorure de zinc produits (voy. Sulfale de zinc et Chlorure de zinc) .

Les mêmes réactions s’effectuent dans des aj)j)areils différents quand on veut obtenir un volume d’hydrogène considérable, ou un dégagement que l’on interrompt à volonté (î:; 398 et suivants).

508. Le zinc chimiquement pur ne donne lieu à aucun dégagement gazeux sensible, dans les conditions indiquées plus haut : il se conduit à cet égard comme le zinc amalgamé des piles. Si on verse dans la liqueur une ou deux gouttes d’une solution de sulfate de cuivre, le zinc précipite à sa surface le cuivre à l’état métallique et les deux métaux consliluant dès lors un couple voltaïque, le dégagement d’hydrogène s’elfectne.

500. Purificalion. — Le gaz que l’on obtient ainsi est pur. 11 n’en est pas de même de celui qui se prépare, comme on le fait d’ordinaire, avec le zinc et les acides du commerce. Lorsque les réactifs contiennent du soufre, de l’arsenic, du phosphore, du carbone, l’hydrogène est mélangé d’hydrogène sulfuré, d’hydrogène arsénié, d’hydrogène phosphoré ou d’hydrogènes carbonés divers. Cette dernière impureté est surtout importante quand on substitue au zinc, ce qui se pratique queh(uefois, le fer plus ou moins carburé du commerce. Toutes ces impuretés communiquent à l’hydrogène, qui est inodore, une odeur très marquée.

Ouand on veut avoir de l’hydrogène puritié des impuretés précédentes, on lave le gaz (§ 419) dans des solutions métalliques convenablement choisies : l’acétate de plomb, par exemple, retient le soufre à l’état de sulfure de plomb, l’azotate d’argent arrête l’arsenic en produisant de l’arséniure d’argent, le hichlorure de mercure sépare l’hydrogène phosphoré, etc. On obtient d’un seul coup le même résultat, en faisant passer le gaz impur à travers un tube réfractaire contenant de la tournure de cuivre. Ces traitements n’enlèvent pas les hydrogènes carbonés, qui d’ailleurs s’observent fort rarement ijuand on fait usage du zinc ordinaire.

La méthode de purification la plus simple consiste à faire passer le gaz dans deux llacons laveurs 419, fig. 208), contenant, le premier une solution concentrée de permanganate de potasse additionnée d’un peu d’acide sulfuri(|ue, et le second la même liqueur fortement alcalinisée par la potasse caustique (M. Schohig). Les deux réactifs précédents oxydent cl arrêtent tous les composés hydrogénés signalés plus haut.

510. Pau t.’ACTio.x du soDtUM sur i.’eau. — Les mélanx alcalins décomposent l’eau directement, sans l’intervention d’aucun réactif :

2 HO -l-Na = A’aO,110 + lL

11 suffit de projeter un fragment de sodium dans un vase plein d’eau, pour qu’une réaction très vive se manifeste. La température du sodium s’élève au-dessus de son point de fusion et le dégagement rapide du gaz qui s’effectue à la surface de séparation de l’eau et du métal fondu, provoque chez ce dernier des phénomènes analogues à ceux qui caractérisent l’état sphéroïdal : un globule de métal, sphérique et brillant, court à la surface de l’eau, diminuant constamment de volume par le fait de la réaction, rinalement, le sodium se trouve remplacé par un petit globule de soude caustique fondue qui, se refroidissant brusquement au contact de l’eau, donne lieu à des projections dangereuses. On évite ces dernières en recouvrant le vase d’une lame de verre, quand

HYDROGENE.

la réaction approche de sa lin. GcUc précaution serait elle -même une cause de danger si elle était prise trop lot ; l’hydrogène s’accumulerait alors dans le vase clos, et formerait avec l’air un mélange détonant, dont la haute température due à la réaction pourrait provoquer la comhustion. Vient-on, en elfet, à arrêter ou à retarder le mouvement du métal, par e.vemple en épaississant l’eau par de la gomme, ou bien en mettant le sodium en contact avec un tampon de colon ou d(“ papier mouillés, le refi'oidissement dû à la masse d’eau diminue, la température s’élève davantage et l’hydrogène s’enflamme à l’air en proiluisant une petite explosion et en donnant une flamme colorée en jaune par la vapeur de sodium.

Ouand on fait usage de potassium pour la même expérience, la formation de la potasse dévelop|iant une (|uantité de chaleur plus grande, le gaz s’enflamme directement lorsqu’on laisse courir le globule métallique sur l’eau.

l’üur recueillir l’hydrogène ainsi engendré, il suftit de façonner un morceau de toile métalli(|ue en forme de cuiller et d’y adapter un 111 de fer suffisamment rigide pour servir de manche. En recouvrant de cette toile chaque fragment de métal projeté sur l’eau et en l’entraînant au fond du liquide, l’hydrogène vient sous forme de bulles gagner la surface. On l’y reçoit sous une cloche pleine d’eau.

On fait (juelquefois cette expérience en introduisant, sur la cuve à mercure, un globule de sodium enveloppé de papier buvard, dans une éprouvette renversée, pleine de mercure et contenant à sa partie supérieure quelques centimètres cubes d’eau, (le mode opératoire n’est pas sans inconvénient, le contact du métal très chaud provo(|uant frétiuemment la rupture du verre.

11 est indis[)ensahle de n’opérer jamais que sur de faibles quantités, de ne mettre en contact avec l’eau (pie des fragments de métal alcalin dont e volume n’excède pas celui d’un pois ; on évite ainsi des explosions dangereuses. Une autre précaution n’est [las moins importante. On conserve souvent le sodium dans l’huile de naphte : il s’y recouvre d’un enduit foncé qui, dans certaines conditions, a la [iropriété de détoner au contact de l’eau. 11 est nécessaire d’enlever cette substance avec une lame tranchante, et de ne sc servir que de fragments de métal parfaitement brillants.

511. Pau lu fer chauffé au rouce et la vapeur d’eau. — Oii iiUrodiiit de la lourinife de 1er ou du lil de fer roulé en jtaquels, dans nn tube de porcelaine ou de grès réfractaire AU (fig. 2U)), qu’on remplit jusqu’à 5 ou (• centiiuèlres de chaque extrémité. A rime de celles-ci, en U, on adapte an moyen d’un lioiiclion percé d’un trou, un tube à dégagement deux fois recourbé UD, et à l’anlre, un Inbe droit de 10 ou H cenlimèlres de longueur. Ou doit avoir soin que les fermetures en A et eu U soient exactes, ce cpii nécessite quelques précautions, en particulier avec les tubes de grès, dont les orifices manquent le plus souvent de régularité. On installe le lube, .«^oil sur une grille à

gaz, soit dans un fourneau à tubes (§ 74, fig. 30), en éloignant également les bouchons du foyer, et en faisant plonger l’extrémité inférieure du tube à dégagement dans une terrine pleine d’eau. A l’extrémité libre du tube court, adapté en A, on fixe au moyen d’un bouchon percé ou encore d’un joint de caoutchouc, une cornue de verre G, de 90 centimètres cubes, dans laquelle on introduit 60 centimètres cubes d’eau et un petit fragment de cliarbon de bois ou mieux de charbon des cornues à gaz. Enfin on dispose au-dessous de la cornue, un fourneau ou un brûleur a gaz recouvert d’une toile métallique, en ayant soin de donner à la

Fie. 5i0. — Décomposition de l’eau par le fer chauffé au rouge.

cornue et au petit tube qui la suit, une inclinaison marquée de A vers G. Le tube à dégagement doit avoir au contraire une inclinaison en sens opposé et faire écouler dans la terrine tout liquide qu’il pourra contenir.

On chauflé le tube AL jusqu’au rouge, puis on chautTe la cornue à son tour, de manière à produire une ébullition de l’eau, lente et régulière. Le fragment de charbon ajouté au liquide, facilite beaucoup cette production régulière de vapeur en provoquant par l’air qu’il a condensé, la formation des bulles de vapeur, et en empêchant ainsi toute surchaulfe du liquide. La vapeur chasse d’abord devant elle l’air de l’appareil, puis arrive au contact du fer rougi sur lequel elle réagit. Il est nécessaire cependant que cette vapeur ne soit pas trop abondante; elle refroidirait con-

IlVDROr.ENE.

stamment le tube et rempêclierait d’atteindre la température voulue.

Le 1er décompose l’eau, se transforme en oxyde magnétique Fe'’0‘, et met en libellé de l’bydrogène :

:!Ee + /illO = fVO‘ + 4H.

L’oxyde qui est lixe, reste dans le tube, mais l’iiydrogène gazeux se dégage en D,où on le recueille, ün verra plus loin que la réaction contraire,

Fe-'0‘ + 4H=:3Fe + 4110,

est possible dans les mêmes conditions. En réalité les deux réactions sont simultanées : dans une atmosphère renouvelée de vapeur d’eau, et c’est le cas actuel, la première réaction domine, tandis que dans une atmosphère renouvelée d’hydrogène, c’est la seconde qui l’emporte.

Dans le cas actuel, une portion de la vapeur d’eau échappe à la réaction et se condense dans la terrine ou même dans le tube à dégagement. C’est pouiapioi ce dernier a été incliné; on évite ainsi récoulement de l’eau condensée vers le tube rouge de feu, ce qui causerait la rupture du tube réfractaire par refroidissement brusque, et conséquemment une explosion. C’est pour une raison analogue que la portion CA de rajipareil a été inclinée en sens eouLraire.

Ces condensations de vapeur d’eau peuvent encore entraîner une absorption, c’est-à-dire le retkix de l’eau de la cuve pneumatique dans l’appareil et la rupture du tube. Le jioint important est d’obtenir un dégagement de vapeur très régulier, ce qui est facile

avec un brûleur à gaz.

On ajoute souvent à l’appareil un tube de sûreté destiné à enqièclier l’absorption; il consiste en un tube droit, traversant une tubulure portée par la cornue à sa partie supérieure, et plongeant dans l’eau. Il est bon de remarquer que l’usage de ce tube fait naître un autre danger ; si des rentrées d’air un peu importantes s’elïectuent, elles forment dans l’appareil un mélange détonant et produisent une explosion.

Ün remplace parfois les tubes en teri-e réfractaire par un canon de fusil qui est moins fragile.

IMlOl'lilHTES,