QUELQUES MÉLANGES GAZEUX

Nous supposerons toujours que ces mélanges ont été préalablement débarrassés d’acide carbonique par l’action de la potasse.

Mélanges d'oxygène et d’azote.

L’analyse des mélanges d’oxygène et d'azote se fait par combustion dans notre eudiomètre en opérant comme nous l’avons dit (page 4^). Nous nous arrêterons seulement sur les deux cas extrêmes :

i". Quand le mélange renferme très-peu d’oxygène^

2^, Quand il contient, au contraire, très-peu d’azote.

Lorsque le mélange gazeux renferme très-peu d’oxygène, on n’obtient pas de couibustion , ou une combustion incomplète, quand, après l’avoir mélangé d’un excès d’hydrogène, on fait passer l’étincelle électrique. On y ajoute alors une certaine quantité de gaz de la pile, et, après avoir déterminé un mélange homogène en faisant passer plusieurs fois le gaz du mesureur dans le laboratoire, on fait passer l’étincelle; la combustion a lieu d’une manière complète, et la diminution de volume que le mélange a subie donne la somme de l’iiydrogène et de l’oxygène qui se sont combinés. Le jde cette somme donne l’oxygène, et les -J l’hydrogène. On n’a aucun compte à tenir du gaz de la pile introduit, parce qu’il disparaît complètement par la coiidjustioii . 11 est clair, d’ailleurs, qu’il faut toujours s’assui(‘r si le volume de l’hydrogène ({iie l’on a ajouté

est plus grand que les | du volume disparu -, car s’il en était autrement, c’est qu’il pourrait rester encore une portion d’oxygène dans le résidu gazeux.

Pour préparer le gaz de la pile, nous plaçons de l’eau récemment bouillie, et additionnée d’un peu d’acide sulfurique, dans un gros tube bouebé à un bout 5 nous faisons descendre dans cette eau deux lames de platine qui terminent les deux fils de la pile, lesquels traversent le bouclion obturateur du tube. Ce même tube est traveisé par un tube abducteur qui sert à recueillir les gaz sur une cuve à mercure. Quatre couples de Bunsen, moyennement chargés, suffisent pour donner un dégagement abondant de gaz. Oui aisse le gaz se perdre à travers le mercure, pendant plusieurs heures, afin d’être sûr que l’eau a dissous les deux gaz dans les proportions qui conviennent, sous une atmosphère formée de i volume d’oxygène et de ‘à volumes d’hydrogène. On recueille alors le gaz dans des cloches. Avant de s’en servir, il faut s’assurer qu’il ne laisse pas de résidu à la combustion. A cet effet, on mesure exactement dans l’eudiomètre un certain volume d’air atmosphérique, on y fait passer un volume à peu près égal de gaz de la pile, et, après avoir opéré le mélange parfait des gaz, on fait passer l’étincelle. Si le gaz de la pile renferme les deux gaz dans les proportions exactes qui constituent l’eau, l’air atmosphérique occupe , après la combustion , exactement le même volume qu’avant.

Lorsque le mélange renferme, au contraire, beaucoup d’oxygène, la combustion se fait toujours facilement, et l’analyse est exacte, pourvu que l’on ait mis un excès d’hydro gène. Mais, lorsqu’on ne connaît pas la composition a])prochée du gaz, il arrive quelquefois que l’on est obligé d’ajouter une si grande quantité d’hydrogène , qu’on ne peut plus la mesurer en ramenant le gaz au même volume, parce que la colonne de mercure qui lui fait écpiilibrc dépasserait l’extrémité supérieure du tube cd. On aurait

pu, ]

1 est

vrai, éviter cet inconvénient eu opérant sur

une plus pelîte quanlité du mélange à analyser^ mais on peut continuer l’analyse en alïleurant le mélange de gaz et d’hydrogène à un repère y plus bas que le repère a. On fait passer l’étincelle électrique après avoir mis le gaz à peu près en équilibre avec la pression extérieure, et l’on mesure la force élastique du résidu, soit au niveau a, soit au niveau y. Il est facile de déterminer par le calcul , et à l’aide d’une nouvelle mesure faite avec l’appareil, les forces élastiques que présenteraient les mélanges gazeux si , au lieu d’affleurer au niveau y, on avait constamment affleuré au niveau a. Il arrivera souvent que le résidu gazeux de la combustion , affleuré successivement aux repères a et y, corresponde à des forces élastiques mesurables sur le tube cd. S’il en était autrement, on ferait sortir une portion du*gaz, ou l’on ferait entrer un peu d’air atmosphérique, pour que cette condition soit reniplie. Soient H' et les forces élastiques qui correspondent au même gaz lorsqu’il est affleuré successivement aux repères a et y ^ H la force élastique du mélange de gaz et d’hydrogène qui , ne pouvant pas être affleuré en a, a été amené au repère y 5 X la force élastique que marquerait ce gaz s’il était affleuré au repère a *, on aura évidemment

ïr*

Souvent, 011 rencontre l’inconvénient inverse ; le résidu gazeux est trop petit pour qu’on puisse le mesurer au repère a 5 on le mesure alors à un repère plus élevé, et on détermine , par un calcul semblable à celui que nous venons, d’indiquer, la force élastique que ce gaz présenterait si le niveau était affleuré en a.

On peut aussi éluder la difficulté d’une autre manière^ Après avoir fai.t passer dans le tube laboratoire le résidu gazeux dont le volume est trop petit pour être mesuré au repère ordinaire, on introduit dans le mesureur une certaine (juantilé d’air, dont on détermine la force élastique

après avoir aiïleuré le mercure au repère a - puis on y lait passer le gaz recueilli dans le laboratoire, et l’on détermine l’accroissement qu’il produit dans la force élastique.

Si la proportion d’azote est très-petite dans le mélange, et si l’on n’a pas mis un grand excès d’hydrogène, il peut se faire que le résidu de la combustion ne puisse être nie,suré qu en le réduisant à un très-petit volume. II est convenable, dans ce cas, si l’on cherche à obtenir une grande exactitude, de ne regarder cette analyse que comme approximative, et d’en faire une nouvelle dans laquelle on emploiera une plus grande proportion d’hydrogène.

Mélange cT hydrogène et d’azote.

Pour faire l’analyse de ce mélange, on le brûle dans l’eudiomètre avec un excès d’oxygène -, le volume de l’hycTrogène est alors les j du volume disparu. Il est nécessaire de veiller à ce que le volume du gaz détonant ne forme pas plus des o,8 du résidu gazeux qui reste après la combustion, car, sans cela, il se formerait de l’azotate de mercure (page 54) • Il est toujours facile d’éviter cette circonstance en augmentant la quantité d’oxygène, dont l’excès, plus ou moins grand, ne nuit pas d’ailleurs h la précision de l’analyse. On peut aussi faire la combustion en deux fois. On ajoute d’abord une quantité insuffisante d'oxygène, que l’on mesure exactement^ on fait passer l’étincelle, et l’on mesure le résidu*, on ajoute à celui-ci un excès d’oxygène que l’on détermine rigoureusement, et l’on fait une nouvelle combustion. C’est toujours de cette manière qu’il convient d’opérer lorsque le gaz ne renferme que très-peu d’azote, parce qu’alors on est obligé d’ajouter un grand excès d’oxygène pour pouvoir mesurer le résidu après la combustion. On peut aussi, pour augmenter le résidu, ajouter, au mélange à analyser, de l’air atmosphérique que l’on mesure exactement^ puis de l’oxygène, afin d’avoir un excès de ce gaz.

Si la proportion d’hydrogène est, an contraire, très» petite, on obtient un mélange inexplosible après l’addition de l’oxvgène. Pour obtenir une combustion complète, on ajoute du gaz de la pile.

Mêlante cC oxygène et dliydrogène.

Ap rès avoir mesuré le gaz dans l’eudiomètre, on fait passer une étincelle électrique^ les f du volume disparu sont de l’hydrogène, et l’oxygène est le \ de ce volume. Le résidu gazeux est de l’oxygène ou de l’hydrogène. Il suffit de s’assurer de sa nature. Si ce résidu était trop petit pour être mesuré, il faudrait, après s’être assuré de sa nature, faire une seconde analyse en ajoutant au mélange un excès de l’un ou de l’autre gaz, que l’on mesurerait exactement, ou employer l’artifice que nous avons décrit (page 6 y).

. Mélange d’azote , d'oxygène et d'hydrogène.

Ce mélange s’analyse comme le précédent; seulement, après avoir déterminé une première combustion par l’étincelle électrique, ets’ètre assuré s’il reste de l’hydrogène ou de l’oxygène dans le résidu, on ajoute un excès du gaz qui y manque, et l’on fait une nouvelle combustion , après addition de gaz de la pile, si cela est nécessaire. On prend, d’ailleurs, les mêmes précautions que dans l’analyse du mélange d’oxygène et d’hydrogène; mais il faut veiller, en outre, à ce que, dans l’iine ou l’autre de ces combustions, si elle a lieu en présence d’un excès d’oxygène, le volume du gaz détonant ne forme jamais plus des o,8 du résidu qui reste après la combustion; autrement, on aurait des produits nitreux. Il est toujours facile d’éviter cet inconvénient en ajoutant une certaine quantité d’air atmosphérique dont on tient compte.

Mélange d'oxygène et d'oxyde de carbone.

On fait passer l’étincelle électrique et l’on mesuie le résidu: on fait rendre ensuite c(‘lni-ci dans le laboratoire,

au conlacl de la dissolution de potasse, et, par l’absorption qui se produit, on a l’acide carbonique forme. Or, i volume d’oxyde de carbone consomme ^ volume d’oxygène, et donne i volume d’acide carbonique. Ainsi , le volume cherché de l’oxyde de carbone est précisément égal à celui de l’acide carbonique trouvé 5 il est aussi le double de la diminution de volume que le gaz a éprouvée par la combustion.

jSi la proportion d’oxyde de carbone est petite, il y a combustion incomplète ou absence de combustion 5 il faut alors ajouter du gaz de la pile. L’addition de ce gaz est utile dans tous les cas , parce que la chaleur dégagée par la combustion de l’oxyde de carbone n’étant pas très- considérable, la combustion est souvent incomplète.

Mélange cV azote et d'oxyde de carbone.

On ajoute à ce mélange un excès d’oxygène que l’on mesure exactement, puis une certaine quantité de gaz de la pile, et l’on fait détoner^ le volume de l’oxyde de carbone est le double de celui qui disparaît parla combustion, et il est égal au volume de l’acide carbonique formé, que l’on détermine rigoureusement en l’absorbant par la potasse. Il faut veiller seulement à ce que le mélange combustible ne soit pas en assez forte proportion, par rapport au gaz inerte, pour qu’il se forme des produits nitreux. Cet inconvénient n’est bien à craindre que lorsqu’on a ajouté beaucoup de gaz de la pile , parce qu’alors la température s’élève assez pour produire une abondante volatilisation de mercure. On l’évite, dans tous les cas, en ajoutant au gaz une quantité convenable d’air atmosphérique, dont on tient compte dans le calcul de l’expérience.

Mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone.

On ajoute à ce mélange un volume d’oxygène un peu plus grand c[ue le sien ^ on fait détoner, et l’on note l’absorption m\ enfin, on absorbe l’acide carbonique par la

potasse. Soient le volume de l’acide carbonique que l’on trouve ainsi, æ la proportion d’hydrogène, z celle de l’oxyde de carbone. L’hydrogène, en brûlant, consomme son demi-volume d’oxygène^ ainsi, par suite de la combustion du gaz hydrogène, il y a une diminution de volume I JC. L’oxyde de carbone consomme son demi-volume d’oxygène et produit un volume d’acide carbonique égal au sien 5 l’absorption produite par la combustion de ce gaz est donc { z. Ainsi on a

d’où

‘lin — n

11 est nécessaire d’ajouter un volume considérable d’oxygène, afin qu’il reste, après l’explosion, assez de gaz pour que sa mesure puisse se faire avec précision. Si le mélange primitif renfermait très peu d’hydrogène, il serait prudent, après la combustion, d’introduire du gaz de la pile, et de faire détoner de nouveau, afin d’être sûr que l’oxyde de carbone est entièrement brûlé.

Mélange d'azote , d'oxygène et d'oxyde de carbone.

Si ce mélange renferme beaucoup d’azote, peu d’oxyde de carbone et une quantité d’oxygène plus que suffisante pour changer l’oxyde de carbone en acide carbonique, on ajoute du gaz de la pile au mélange, et l’on fait détoner. Soit w l’absorption produite par la combustion 5 on détermine le volume n d’acide carbonique formé. Soient V le volume du mélange primitif, y le volume d’oxygène, z celui de l’oxyde de carbone, enfin u celui de l’azote, on aura d’abord les deux équations

~ — m. d’où n — 2///,

qui devront donner la même valeur pour 2; ce qui prouvera que c’était bien de l’oxyde de carbone qui existait dans le mélange.

On ajoute alors un excès d’hydrogène, et une certaine quantité de gaz de la pile si l’on suppose qu’il ne reste que peu d’oxygène dans le mélange; soit ni' la nouvelle absorption qui a lieu par la combustion , on aura

Si l’oxyde de carbone domine par rapport à l’oxygène, il faut ajouter immédiatement un excès d’oxygène et l’on a alors, en conservant les mêmes notations que ci-dessus :

Si l’azote était en très-petite quantité, il faudrait ajouter à la première combustion une grande quantité d’oxygène dans le cas où l’oxyde de carbone serait dominant, et à la seconde combustion , un grand excès d’hydrogène , afin d’avoir, après chacune de ces combustions, un résidu gazeux assez considérable pour que sa mesure se fasse avec précision dans l’appareil. Si l’une ou l’autre de ces combustions paraît faible, il faut introduire du gaz de la pile, et s’assurer si le volume change par une nouvelle explosion.

Mélange (V azote 3 d'oxygène , d’hydrogène et d’oxyde

de carbone. •

Il peut se présenter plusieurs cas avec ce mélange , suivant que l’un ou l’autre gaz domine. Nous supposerons d’abord que l’oxygène y existe en quantité plus grande

-Z — V — ow - — ^ n.

que celle qui est nécessaire pour brûler coinpléteineiit l’hydrogène et l’oxyde de carbone ^ on fera immédiatement la combustion par l’étincelle, si le mélange combustible forme une proportion considérable du gaz inerte *, s’il en était autrement, on ne ferait passer l’étincelle qu’après avoir ajouté du gaz de la pile. Soient in le volume disparu dans cette combustion, x le volume de l’hydrogène*, enfin, conservons pour les autres gaz les mêmes notations que ci-dessus, nous aurons

On absorbe l’acide carbonique par la potasse. Soit n le volume du gaz disparu; on aura

On introduit maintenant un excès d’hydrogène, on fait détoner et l’on observe une nouvelle absorption m'; d’où

enfin ,

On déduit de là :

2 ni

fl

ni 4- m'

3 ni

On peut obtenir une vérification de la quantité «, en faisant détoner, avec un excès d’hydrogène , le dernier résidu gazeux qui se compose seulement d’azote et d’oxygène.

Si l’oxygène existe dans le mélange en quantité insuffisante pour biûler complètement l’hydrogène et l’oxyde de carbone, on en ajoute une certaine quantité (i ^ et l’on R. G

l’fgarde luoineiitaiiémeiit le nouveau mélange comme celui qu’il s’agit d’analyser^ les équations du cas précédent s’y appliquent par conséquent, et il sullîl, à la fin de l’analyse, de diminuer l’oxygène, de la quantité a qu’on avait ajoutée.

Enfin, si l’azote était en très-petite proportion, on opérerait de la même manière; il suffirait seulement, avant chaque combustion, d’ajouter un assez grand excès du gaz qui doit la produire, afin que le résidu gazeux fut assez considérable pour être mesuré exactement et facilement dans l’appareil. On peut aussi, dan^ ce cas, ajouter au mélange primitif une certaine quantité d’air atmosphérique dont on tient compte dans le calcul final.

Mélange cV oxy gène et dhydrogène pvolocavboné ,

jNlous supposerons que l’oxygène est en quantité plus que suffisante pour brûler complètement l’hydrogène protocarhoné ; si cela n’était pas, on ajouterait une quantité a d’oxygène dont on tiendrait ensuite compte dans le calcul. On fera passer l’étincelle électrique. Soit ni l’absorption produite : on détermine ensuite l’absorption n par la potasse.

1 volume d’hydrogène protocarboné consomme 2 volumes d’oxygène et donne i volume d’acide carbonique. Soit le volume d’hydrogène protocarboné; on aura

iv ~ m , i> ~ n.

Ces deux relations doivent donner la même valeur de t», si le gaz est de l’hydrogène protocarboné.

Mélange d’hydrogène et d’ hydrogène protocarhoné.

On ajoutera à ce mélange un grand excès d’oxygène pour ([ue, après la combustion et l’absorption de l’acide carbonique , il reste un volume qui puisse être mesuré exactement dans l’appareil. On fera passer l’étincelle électrique, et l’on notera une absorption /// ; puis on absorbera l’acide

carbonique par la potasse. Désignons toujours 1 hydrogène par riiydrogène protocarboiié par e, et par n l’acide carbonique formé 5 nous aurons

d’où

et 5 comme vérilicaùion ,

2 ni —

On obtient une autre vérilication en déterminant la ([uantité a d’oxygène consommée dans la combustion. On a alors

on en déduit l’équation de eondilion

W a — m fl ^

qui existe d’ailleurs pour les hydrogènes carbonés, ieurs mélanges avec l’hydrogène, les mélanges d’hydrogène et d’oxyde de carbone, et, pat’ suite, pour tous les mélanges de ces divers gaz.

Mélange cF oxyde de carbone et dhych'ogène

protocarhoué.

On fait détoner ce mélange avec un grand excès d’oxygène -, afin de pouvoir mesurer exactement le dernier résidu gazeux*, on observe une diminution de volume /n , et, par la potasse, on constate qu’il s’est formé une quantité n d’acide carbonique. Soient toujours z el u les proportioîis d’oxyde de carbone et d’hydrogène*, nous aurons