ATOMES, MOLÉCULES
On trouverait tout aussi facilement la densité de vapeur de l'eau et celle de l'ammoniaque.
On a pris la regrettable habitude de rapporter la densité des gaz à celle de l'air; il serait beaucoup plus rationnel de les rapporter, comme les équivalents, à 1 d'hydrogène pris pour unité de densité (36).
CONSTITUTION PRÉSUMÉE DES CORPS. MOLECUr.ES, ATOMES.
21. Nos connaissances sur la constitution intime des corps sont extrêmement bornées. Nous allons donner une idée de la manière dont on les envisage aujourd'hui. Nous ferons remarquer que ce sont des hypothèses imaginées à la suite des travaux nombreux et importants de ce siècle, et faites en vue de les expliquer, mais que ces considérations ne sont pas le résultat de l'expérience , seule règle certaine du physicien et du chimiste.
Les corps sont formés de petits masses que l'on appelle molécules. Ces molécules sont si petites qu'on ne peut ni les voir, ni les isoler.
Le magnésium, l'argent, Toxygène, les corps simples en un mot, sont formés de molécules homogènes dans toutes leurs parties.
Quand le magnésium brûle en se combinant à l'oxygène, les molécules de ces deux corps se détruisent.
Soit j *^ la molécule de magnésium ,
et
la molécule d'oxygène.
O Ces deux corps, en réagissant l'un sur l'autre, forment deux
molécules de magnésie , j ^
(Mg 0;
ce qui revient à dire que les deux molécules se sont scindées en fragments au moment de la combinaison , et que les fragments hétérogènes se sont soudés. On nomme atomes ces fragments qui ne peuvent exister à l'état de liberté et dont la soudure forme les molécules.
Par conséquent, les corps composés sont formés de molécules, comme les corps simples; seulement les molécules des '•orps composés sont hétérogènes, tandis que les molécules des '>s simples sont homogènes.
METALLOÏDES.
22. M. Dumas, dans ses cours à la Sorbonne^ divisa^ dès Tannée 1838, les métalloïdes en familles naturelles. Cette classification est généralement admise aujourd'hui, elle a le double avantage de simplifier l'étude et de la rendre philosophique.
l*^ famille. Oxygène. Soufre. Sélénium. Tellure. 1"^ famille. Fluor. Chlore. Brome. Iode. 3<: famille. Azote. Phosphore. Arsenic. Antimoine. 4® famille. Carbone. Silicium. Bore. •
L'hydrogène possède les allures chimiques et même certains caractères physiques des métaux. Néanmoins nous Tétudierons en tète de tous les corps, parce qu'il est l'unité à laquelle on rapporte les équivalents et les poids atomiques, et parce qu'il joue un rôle important dans la nature, et dans l'étude de la plupart des corps.
De vevvia) liôwp , j'engendre Veau, Découvert en 1766 par Cavendish.
Synonymes : Gaz inflammable, %da. de Teau.
H = 1. Cet équivalent représente 2 vol. (36).
Densité rapportée à Tair, 0,069. Poids du litre, O^'^OSO.
Poids atomique = 1. Formule atomique, H. (1).
Le plus léger de tous les corps.
Liquéfié par M. Pictet sous 650 atm. à une température de — 140", une partie se solidifie par évaporation et parait être métallique.
Fropriété caractérlstfqae. — Il brûle avec une flamme faible en donnant de rcau. C'est le type des corps combustibles.
23. £tat naturel. Préparation. — L'hydrogène se rencontre quelquefois dans les produits gazeux des volcans. Il
(1) On verra, dans l'article où Ton traitera de la constitution de Teau , ce qu'il fsut entendre par le poids et la formule atomique (36).
forme le neuviômo du poids de l'eau. Il fait partie des tissus végétaux et animaui.
C'est l'eau qui est la source d'hydrogène la plus commode et la plus économique. Les métaux sont les agents employés pour l'en extraire. Il en est, comme le potassium et le sodium, qui le dégagent à la température ordinaire. Mats on n'en fait pas usage, parce que leur emploi est aussi peu commode qu'il est dispendieux, tandis que le fer et le zinc offrent un excellent mojen de préparation de l'hydrogène.
On introduit dans un flacon a. deux ouvertures du zinc en lames ou en grenailles, de l'eau jusqu'aux trois quarts, et on Terse de l'acide sulfurique goutte à goutte par un tube, muni d'un entonnoir, plongeant dans l'eau du flacon (/tg. 19).
On attend sept à huit minutes que l'air soit chassé, et on recueille le gaz dans des flacons ou dans des éprouveltcs.
11 se forme du sulfate de zinc comme produit complémentaire. On le montrerait en évaporant la liqueur ; ce sel cristalliserait par l'évaporation.
Zn + SO'HO = H + ZnOSO» — théorie dualistique. Znï + S^H^O» = H' + S^Zn^O» - lliéorlc unitaire.
Comme 32,75 grammes de zinc dégagent 1 gramme d'hydrogène, il est très facile de trouver combien \ kilogramme de zinc en dégagerait :
__ = __. X = ^5^ = 30 grammes.
On trouverait facilement aussi combien il faut etnployer d'acide sulfurique :
= — X = 1480 grammes.
L'hydrogène qui se dégage dans ces circonstances a toujours une odeur désagréable, qui est due à la présence de diverses impuretés dans le zinc du commerce et notammeht à celle du soufre, du phosphore, de l'arsenic, du silicium et du carbone. Ces corps donnent des gaz,
acide sùlfhydrique , hydrogènes carbonés, <
hydrogène silicié, hydrogène phosphore , hydrogène arsénié ,
dont on pourrait débarrasser l'hydrogène en le forçant à passer dans deux tubes en^U remplis de pierre ponce. Celle du premier tube est imbibée d'une solution de potasse qui retient les trois premiers gaz; celle du second est imprégnée d'une solution de bichlorure de mercure qui absorbe les deux derniers. On n'obtiendrait pas d'hydrogène en faisant usage de lamelles de zinc pur, parce que ce métal est à peu près inattaqué par l'acide sulfurique : ce fait tient à ce que le métal, étant alors très homogène, se recouvre de bulles d'hydrogène qui forment une sorte de vernis qui isole sa surface de l'acide.
On détruirait toutes ces impuretés par une solution de permanganate de potasse.
24. Propriétés physiques. — L'hydrogène est un gaz incolore, sans odeur ni saveur quand il est pur. Il est extrêmement peu soluble dans l'eau. A la température ordinaire un litre d'eau en dissout seulement 19 centimètres cubes, ce qu'on exprime en disant que son coefficient de solubilité est 0,019(47). Il est très difficilement liquéfiable.
Ces dcui dernières propriétés sont corrélatives; on remarque que les gaz trcspeu solublee ne sont pas facilement liquériablcs. Sa densité est 0,0fi'J2. Pour avoir le poids d'un litre de ce gaz il faut multiplier celle densité par le poids d'un lilre d'air, car l'air est le gaz dont la densité est prise pour unité. Or :
C'est le plus léger de tous les gaz; il est 14,44 fois plus léger que l'air.
Cette légèreté permet de soulever une éprouvelte d'hydrogine sans que le gaz s'écoule rapidement (fig. 20). Au bout de quelques minutes le gaz prend encore feu, ce qui montre que le vase renferme de l'hydrogène.
On peut aussi transvaser l'hydrogène dans l'air.
Soit unecprouvette pleine d'hydrogène . On place son ouverture tournée vers le bas contre une autre éprouvette remplie d'air, et on retourne l'ensemble. Au bout de quelques instants on reconnaît qu'il j a de l'hydrogène dans l'éprouvette du haut,car en approchant unealtumctte elle enUamme le gaz avec une petite explosion (^g. 21).
On a constaté que les liquides, et à plus forle raison les gaz, s'échappent à travers les membranes poreuses. Le passage ne se fait pas avec la même rapidité pour les divers gaz, et M. Graham a observé que les quantités de gaz qui traversent une ouverture en mince paroi sont en raison inverse des ra- L'hydrogène, étant le plus léger de
cines carrées des deusiti'ï
HVDKOGÈNE. 3»
tous les gaz, s'infiltrera beaucoup plus vite que l'air et les autres gaz à travers les membranes animales et les corps poreuï. Place-t-on, par exempte, un petit ballon en baudruche, plein d'air, dans une grande cloche remplie d'hydrogène, il passe beaucoup plus d'hydrogène dans le ballon qu'il n'en sort d'air; aussi voiton le ballon se gonfler davantage , et au bout de douze à vingtquatre heures il éclate quelquefois. L'inverse arrive quand on gonQe un aérostat avec de l'hydrogène ; il s'en échappe beaucoup d'hydrogène, et le dégonflement a lieu rapidement.
Ce pouvoir endosmotiquc considérable de l'hydrogène, joint à son prii élevé, a fait abandonner ce gaz pour le gonflement des ballons. On le remplace aujourd'hui par le gaz de l 'celai sage , qui est moins léger et plus économique.
L'hydrogËne est le seul gaz qui possède une conduclibililé lensible pour la chaleur. Cette propriété i'éloigne des métalloïdes pour le rapprocher des métaux (i).
25. Propriétés chimiqnes. — L'hydrogène est le type des corps combustibles. Il brûle avec une tlamme faible; il éteint les corps en combustion plongés dans son intérieur, parce qu'il s'empare du corps comburant nécessaire à sa propre combustion et à la leur. En brûlant il donne naissance à de l'eau {fig. 32).
Pour It démontrer on prépare de 1 hydrog ne on dcs-wclio
ce gaz en le forçant à passer dans un tube horizontal contenant ilu chlorure de calcium fondu, et on ruflamme à l'extrémité (lu tube effilé qui termine l'appareil.
Si l'on recouvre ce tube d'une cloche sèche, ses parois restent transparentes tant que l'on n'allume pas l'hydrogène. Mais dËs que l'on met te feu le verre se couvre d'un nuage, puis d'une rosée; et bientôt l'eau ruisselle sur les parois. Cette eau est formée par l'union de l'hydrogène avec l'oiygène de l'air. La flamme do l'bydrogËnc est très faible comme éclat, mais elle est extrêmement chaude. C'est là un fait important à retenir : la température d'une llamme n'a aucun rapport avec son éclat.
Lorsqu'on met le feu à une éprouvette contenant de l'hydrogËiie, il en résulte une légère explosion qui devient plus forte si l'on mêle de l'air à l'hydrogène, et qui devient même violente si l'on met le feu à un mélange de 2 volumes d'hydrogène et de 1 volume d'oxygène (33), Cette explosion est due à l'expansion tiubile et énorme que prennent les gaz par suite de cette haute température, et à la contraction qui a lieu presque aussitôt, quand les deux gaz en s'unissant ont forme l'eau qui, étant liquide à la température ordinaire, n'occupe qu'un volume extrêmement faible; celte condensation donne naissance à une rentrée brusque de l'air. C'est ce double ébranlement produit en un temps extrêmement court qui produit l'explosion.
Lorsque l'on place dans un large tube ouvert une flamme de gaz hydrogène brûlant à l'extrémité d'un tube effilé, il se produit un son continu; cette expérience prend le nom d'orgue philosophique on d'harmonica chimique {fig. 23).
26. Rôle chimique. Applications. — Quand on veut enlever l'oxygène, le soufre, le chlore d'un composé, on dirige -sur lui du gaz hydrogène.
.Un courant d'hydrogène, passant sur de l'oxyde de fer légèrement Fig. 13. chaulTé, le réduit. C'est ainsi que
HVDROGÈMË.
is
j'en obtient le Ter réduit si employé aujourd'hui (fig. 24), ^ l'on fait passer de l'hydrogène dans une éprouvette contC' nanE de la pierre ponce imbibée d'acide sulfurique pour dessécher ce gaz, puisque L'on dirige ce gaz dans un tube horizontal conlenantda seaquiozyde de fer hydraté, ce corps qui est jaune M change en une matière gris noirâtre qui est le fer en poudre Sne, et il s'échappe du tube de la «apeur aqueuse en abondance
Fe^O' + 3H = 3H0 + Fr".
Si l'on dirige un jet d'hydrogène sur un papier où l'on a écrit des caractères avec du nitrate d'argent, ce métal est réduit et les caractères se dessinent en noir.
Fig. ».
L'hydrogène réduit également les sulfures et les chlorures; il se forme de l'acide suirhydrique et de l'acide chlorhydrique.
H. Graham a montré que certains métaux condensent le gâz hydrogène. Le palladium possède cette propriété au plus haut degré, car il condense 900 fois son volume d'hydrogène.
Pwir saturer le palladium d'hydrogène on en forme le pôle D^atif d'un voltamètre où l'on décompose de l'eau acidulée pu l'acide sulfurique.
un. Troost et Hautefeuille ont éUbli que l'hydrogène forme dans ce cas une combinaison, Pa'H, avec le palladium : ce qui représente 600 volumes d'hydrogène pour un volume de
ae HYDROGÊNE.
palladium. L'hydrogèoe excédant est simplement dissous dans ce métal.
La combinaison, Pa'H, ne perd pas sensiblement de gaz à la température ordinaire. Sa densité, 0,62, serait un peu supérieure à celle du lithium, 0,59. Le Tolume du palladium augmente dans cette fixation, il garde son aspect et ses propriétés métalliques; ce composé a donc les caractères des alliages, et rhydrogène se comporterait comme les métaux.
L'hydrogène ainsi condensé se combine dans l'obscurité au chlore, il réduit le bichlorure de mercure et les persels de fer; en raison de cette activité plus grande et de son caractère métallique on lui a donné le nom spécial d!hydrogenium,
27. Action sur Péconomie animale. — Scheele Ta respiré sans éprouver aucun malaise, il en fut de même de Pilatre des Rosiers. D'après Maunoir et Paul la voix devient très faible, et ce fait expliquerait cette autre observation que les ouvriers qui fabriquent le chlorure d'étain (il se dégage beaucoup d'hydrogène dans cette préparation) perdent la voix.
a La respiration des animaux au milieu d'une atmosphère où l'hydrogène remplace l'azote, disent MM. Regnaultet Reiset,se fait exactement comme dans l'air normal. La consommation d'oxygène parait seulement plus grande, ce qui tient probablement à ce que l'animal est obligé de respirer plus abondamment pour réparer une plus grande perle de chaleur qu'il fait au contact de l'hydrogène, dont le pouvoir refroidissant est beaucoup plus considérable que celui de l'azote, v
L'hydrogène n'est donc pas toxique : un animal peut vivre dans l'oxygène mêlé à 75 pour 100 d'hydrogène; mais il meurt dans l'hydrogène pur, parce que l'oxygène est un agent indispensable à l'entretien de la vie.
L'hydrogène est absorbé sous l'influence de l'effluve électrique par les matières organiques : l'acétylène a donné à M. Paul Thenard un composé brun qui est un polymère.
OXYGÈNE. -. at
