CHAPITRE VII

jlzote^ air atmosphérique, azoture de carbone, ehlomre et

iodure d^azotem (i)

Aiot«.

ia3. Etat naturel ^historiques — Quoique l'azote formé pour ainsi dire les \ du volume de l'atmosplière , qu'il entre dans la composition de plusieurs ^matières végétales et de la plupart des matières animales , que ce soit l'un des élémens des azotates de potasse , de chaux , de magnésie j qui existent dans tous les lieux Kumides et habités par les animaux, il n'est connu que depuis 1775, La découverte en est due à Lavoisierj il la fit quelque temps après que Priestley eut découvert le gaz oxigène. Ayant soiunis l'air à l'analyse, ille trouva principalement formé d'oxigène et d'azote, résultat des plus remarquables , qui , en jetant une vive lumière sur la cause encore inconnue d'une foule de phénomènes , a eu une influence prodigieuse sur les progrès de la chimie.

Quelques chimistes l'ont appelé successivement alcaligenCj nitrogène y mq/ette atmosphérique, septone, air Dicié^

Propriétés. — L'azote pur est toujours gazeux , sans couleur, sans odeur, sans saveur; il éteint les corps en combustion; sa densité est 0,9757; son poids atomique, 88,5i8.

La chaleur le dilate ; le froid le condense , mais sans le faire changer d'état. Son pouvoir réfringent est faible. Gazeux, il est sans action sur le gaz oxigène à toute sorte de température. Cependant on sait qu'il existe des combinaisons d'oxigène et d'azote , et qu'il en existe même cinq; mais c'est en employant des moyens dont il sera question par la suite qu'on parvient à les faire ; c'est surtout en présentant l'un à l'autre ces deux corps à l'état de gaz naissant : aussi le gaz oxigène et le gaz azote n'éprouvent point de

(i) Voyez Tazoture d'hydrogène, av*. Basti salifiabUu

!• Sixième édition^ X'k

IT» Métalloïdes.

contraction par leur contact^ ils ne peuvent tout au plus que sembler", leur mélange a lieu en toutes proportions : l'un de ces mélanges j fait avec 79 parties de gaz azote et t^i de gaz oxigène , plus un peu de vapeur d'eau et de gaz acide carbonique , constitue l'air atmosphérique.

Indépendamment de l'oxigène, il y a un certain nombre d'autres corps simples qui peuvent s'unir à l'azote, savoir: l'hydrogène, le carbone, le chlore, l'iode, et plusieiu^ métaux.

Extraction. — C'est de l'air qu'on extrait le gaz azote : à cet effet l'on met 2 à 3 grammes de phosphore dans un têt placé à la surface de l'eau; on l'enflamme, et l'on recouvre ce têt d'une grande cloche de verre pleine d'air. Une combustion vive a lieu 5 il se produit des vapeurs très épaisses d'acide phosphorique , qui ne tardent point à se dissoudre •, l'eau remonte et le phosphore s'éteint.

Comme lé gaz qui reste contient encore un peu d'oxigène^ il faut achever d'absorber celui-ci , et c'est à quoi l'on parvient en plaçant dans la cloche quelques cylindres de phosphore adaptés à l'extrémité de tubes creux de verre et les y laissant pendant plusieurs heures, ou plutôt jusqu'à ce qu'ils ne répandent plus de vapeurs ou qu'ils ne soient plus lumineux dans l'obscurité. Cela ne suffit pas encore; car, si le phosphore absorbe l'oxigène de l'âîr, il se vaporise d'une manière sensible dans l'azote : de la la nécessité de faire passer tout le gaz de la cloche dans des flacons pleins d'eau, de les remplir presque entièrement, d'y inti-oduire trois à quatre buUés de chlore , et bientôt après un peu de potasse solide , de boucher les flacons , et de les agiter pendant quelques minutes. Le chlore s'unit au phosphore , et la potasse dissout le nouveau produit , ainsi que l'excès de chloré qu'on a dû ajouter; elle a même l'avantage de s'emparer de quelques traces de gaz carbonique appartenant à l'air, et qui en dernier lieu se trouve mêlé à l'azote, de sorte que l'on est bien certain qu'après toutes ces opérations, celui-ci reste parfaitement pur»

AZOTÉf. IT9

Ustîgês.'^—UBZoit est sans usage dans les arts et la médecine. Il est employé dans les laboratoires, mais quelquefois «feulement pour faire agir des corps les uns sur les autres sans le contact de Pair. Ses fonctions dans la nature sont, an contraire , des plus importantes , puisque les matières animales et vëgëtales ne diffèrent entre elles qu'en ce que les premières contiennent de l'azote et que les secondes n'en contiennent pas, et que, par conséquent, si un animsrl ne receyait pas d'azote, il fimirait par s'épuiser et périr.

Air atmosphérique*

tiï4' Supposons qu'il n'y ait ni force attractive ni forefe ]*épulsiYe; quetotis lesélémens du globe soient mêlés, et que, dans cet état de choses, l'attraction et le calorique soient créés : tout-à-coup les divers élémens agiront les uns sur les autres , et tendront à se combiner. Trois sortes de corps prendront naissance : les uns seront solides , les autres liquidées et les autres gazeux. Les solides occuperont le ^ centre du globe ; les liquides en occuperont la surface et en rempliront les fissures ; ceux qui seront gazeux formeront autour des précédens une couche plus ou moins épaisse *, cette couche ne sera que ce que nous désignons sous le nom à^ atmosphère j et le fluide qui la composera sera le fluide on air atmosphérique. D'après cela , l'air atmo^hérique doit doUc contenir tous les corps qui ont la propriété d*être à l'étiit de gaz à la température ordinaire , excepté ceux qui peuvent être rendus solides ou liquides en entrant dans quelques combinaisons. - ^

125. jHr/5fonijrz£^«— Les anciens , à la tète fléèquels on doit placer Aristote, regardaient l'air comme un élément. Ce ftfrent les expériences de Jean Rey , médecin né à Bugue , en Pérîgôrd , expériences publiées eu i63o , qui mirent sur la voie de sa décomposition.

Brun, apothicaire à Bergerac, ayant trouvé qttel'étain augmentait de poids dans la calcination , en demanda la cause à Jean Rey : céhii-ci, après avoir réi^élè çit ^«fvtVî^.

1 80 Métalloïdes.

expc^rienccs de Bnin, répondit que cette augmentation de poids ctait due à une absorption d'air; réponse d'autant plus hardie , qu'on s'imaginait alors que Tair n'était point pesant. « Jeresponds etsoustiens glorieusement que ce sur- « croît de poids vient de l'air, qui dans le vase a este espessi, « appesanti , et rendu aucunement adhésif, par la véhéa mente et longuement continuée chaleur du fourneau; M, lequel air se mesle auecques la chaux ( à ce aydant l'agi- « tàtion fréquente), et s'attache à ses plus menues parties : ¥. non autrement que l'eau appesantit le sable que vous jet- 4< tez et agitez dans icelle , par l'amoitir et adhérer au moin- «( dre de ses grains. J'estime qu'il y a beaucoup de person- « nés qui se feussent effarouchées au seul récit de cette res- « ponce, si je l'eusse donnée dès le commencement, qui la a recevront ores volontiers , estant comme apprivoisées et « rendues traitables par l'éuidente vérité des essays précé- « dens. Car ceux sans doubte de qui les esprits estoient préoc- « cupez de cette opinion que l'air estoit léger, eussent bondi « k l'encontre. Comment (eussent-ils dit) ne tire-t-on du a froid le chaud , le blanc du noir, la clarté des ténèbres, « puisque de l'air, chose légère , on tire tant de pesanteur?» ( Voyez Essai de Jean Rey, avec des notes de Gobet, page 66m) Quoique Jean Rey s'exprime d'une manière si positive , il paraît que , pendant près d'un siècle et demi, les idées neuves et fécondes que renferme son ouvrage furent comme ensevelies dans l'oubli. Il était réservé à Bayen de les en tirer. Bayen, par ses belles expériences sur la calciualion du mercure , ayant été conduit à présumer , sans connaître toutefois. :^c$ écrits de Jean Rey, que les métaux augmentaient de poids pendant la calcination , et que cette augmentation était due à l'absorption de Tair, fut la cause qu'on se rappela que ce savant physicien , un siècle et demi auparavant, avait dit et prouvé la même chose. Mais il restait à découvrir si l'air était absorbé tout entier par les métaux qu'on calcinait. A cette découverte s'en rattachait une foule d'autres : c'est ce que prévit Lavoisîer, et c'est ici que

AIIV ATMOSPHÉRIQUE. 181

commencent ses grands travaux. Il prouva, par des ex|>ériences multipliées et à l'abri de toute objection, qu'il n'y avait qu'une partie de l'air absorbée par les métaux; que l'air était composé au moins de deux fluides , de gaz oxigène et de gaz azote; que l'oxigène était le seul que les corps combustibles absorbaient. Il examina successivement les produits de toutes les combustions , analysa avec une rare sagacité tous les phénomènes que chacune d'elles présentait, et parvint, dans l'espace de quelques années, à fonder une théorie toute nouvelle , théorie que toutes les découvertes ultérieures n'ont fait que consolider. Un autre chimiste non moins illustre s'occupait en même temps que lui de l'analyse de l'air , et parvenait de son côté aux mêmes résultats : c'était Schéele , qui eût partagé avec Lavoisier la gloire d'avoir créé la théorie moderne, si une mort prématurée ne l'eut enlevé aux sciences* Lavoisier admit 27 à 28 parties d'oj^igène dans l'air; Schéele en admit plus encore. Ces deux quantités sont trop fortes • l'air est partout forme de 2 1 d'oxigène , 79 d'azote , et de quelques atomes d'acide carbonique et d'eau , comme le démontrent les expériences de Cavendîsh et de Davy en Angleterre, de Berthollet en France et en Egypte , de M. de Marty en Espagne , de Beddoez sur de l'air rapporté de la côte de Guinée, et surtout celles de MM. deHumboldt et Gay-Lussac à Paris; et de M. Gay-Lussac sur de l'air pris à 6,900 mètres au-dessus de la terre, dans une ascension aérostatique. Depuis trentecinq ans qu'on a fait l'analyse exacte de l'air , le rapport de l'oxigène à l'azote n'a point changé. Restera-t-il le même? Tant de causes sans cesse renaissantes peuvent le troubler, qu'on serait tenté de se prononcer pour la négative. Ces causes prennent surtout leur source dans la respiration et dans la combustion. Ces deux phénomènes ne peuvent avoir lieu sans qu'une portion de l'oxigène de l'air ne soit absorbée. A la vérité , les végétaux , pendant l'acte de la végétation et par l'influence de la lumière, versent jsans cesse de l'oxigène daiis VB\t\ de sotte ^'^^ ^^> ^ii^

182 Métalloïdes.

fluide en cède à certains corps , il en reçoit de quetqoitt autres*, mais y a-t-il compensation? En supposant qu'elle n^ait pas lieu, ce qui est possible ,1a quantité d'oxigènein* t-elle en diminuant ou en augmentant? C'est une graock question dont on ne pourra avoir la solution qu'au bout it plusieurs siècles , en raison de Ténorme volume d'air dont notre planète est entourée*

126. Propriétés physiques. — L'air atmosphérique est transparent, invisible, sans odeur, sans saveur, pesant^ compressible et parfaitement élastique. Il forme autour de la terre une coucbe dont la hauteur paraît être d'environ i5 à 16 lieues. La transparence, l'invisibilité de l'air, k propriété qu'il a d'être inodore, insipide, etc., sont connues de tout le monde : il n'en est pas de même de sapesan* teur et de sa compressibilité.

127. Pesanteur de Vair. — La pesanteur de Pair, soupçonnée par quelques philosophes anciens, mais ensuite niée généralement, fut découverte par Galilée en 1640, et mise hors de doute par Toricelli et Pascal. Galilée fit cette importante découverte en pesant successivement le même vase plein d'air non comprimé et plein d'air comprimé. Le poids du vase étant moindre dans le premier cas que dans le second , il en conclut que l'air était pesant. Cette expérience eût suffi pour convaincre les esprits justes et éclairés; mais elle n'eût point convaincu la multitude , du moins de long-temps. Le hasard mit bientôt Toricelli à même d'en faire une qui , répétée et variée par Pascal, ne laissa rien à désirer. Des fontainiers de Florence ayant voulu élever de l'eau dans des corps de pompe à plus de 32 pieds (io4 décimètres), consultèrent Galilée sur l'impossibilité où ils étaient d'y parvenir. On expliquait alors Tascension de l'eau dans les corps de pompe , en disant que la nature avait horreur du vide. Cette explication devait paraître absurde , surtout à Galilée , qui savait que l'air était pesant. Cependant diver* ses personnes prétendent, mais à tort sans doute, que oe g^and physicien répondit daps l'instant, que c'était parce

Am ATMOSPHEBIQUE. ISS

que le nature n'avait horreur du vide que jusqu'à trentedeux pieds , que l'eau ne s'élevait pas à une plus grande hauteur. Quoi qu'il en soit, Toricelli , son disciple, réfléchissant sur le phénomène , ne tarda pointa en trouver la cause. Il pensa qu'il était dû à la pression de l'air, et que cette pression ne pouvait faire équilibre qu'à une colonne de trente-deux pieds d'eau. Pour le démontrer , Toricelli fit l'expérience suivante, qui date de i643. Il prit un tube de verre de 3 o et quelques poucesjde long, le scella hermétiquement à l'une de ses extrémités , et le remplit de mercure; ensuite l'ayant fermé avec le doigt à l'autre extrémité, et l'ayant renversé, il le plongea dans un bain de mercure et le déboucha. Tout-à-coup le mercure descendit jusqu'à un certain point, remonta , oscilla pendant quelque temps, et se fixa à 28 pouces environ au-dessus de la surface du bain. Alors observant que le mercure s'élevait iS^*" ,568 moins que l'eau , mais qu'il était i3^'' ,568 plus pesant que l'eau , il ne douta plus que la cause qui produisait l'élévation de l'eau ne fût la même que celle qui produisait l'élévation du mercure , et ne fût autre chose que la pesanteur de l'air.

Il s'ensuivait que le mercure et l'eau devaient moins s'élever au-dessus de leur niveau sur la cime qu'au pied des montagnes , puisque , dans le premier cas , la couche d'air comprimante était moindre que dans le deuxième. Cette conséquence n'échappa point à Pascal : aussi , après avoir répété l'expérience de Toricelli dans les ipémes circonstances où Toricelli lui-même l'avait faite , il pria son ami Perrier de la répéter sur le Puy-de-Dome : elle eut tout le succès qu'il était permis d'espérer; la colonne de mercure descendait d'autant plus qu'on s'élevait, et s'élevait d'autant plus qu'on descendait. Ce résultat détruisit jusqu'aux plus légères objections contre la pesanteur de l'air, et l'on f^t bientôt du tube de ToricelU l'instnmient connu sous le nom de baromètre ^ et dont on se sert pour mesurer cette pesanteur. (Voyez Baromètre, Description des planches.)

La pression de l'air n,'est pas toujours la m^rne* A Parifi v

184 MÉIALLOIDES.

le baromètre deseeiid quelquefois jusqu^à yo cent.; d'autre fois il s'élève jusqu'à 79 centim. Nous ignorons quellcpedi être la cause de ce singulier phénomène» Tout ce quenov savons à ce sujet, c'est que cette cause, quelle qu'elle 8oit,i une grande influence sur le beau et le mauvais temps ; il plnt presque toujours quand le baromètre est très bas; il&k presque toujours beau quand il est très haut : aussi Icoobsulte-t-on sans cesse pour prévoir l'état de l'atmosphèie.

128* Compressibilité des gaz. — Mais, puisque le banh mètre ne se soutient pas toujours à la même hauteur, il s'ensuit que , dans toutes les opérations d'analyse qu'cm &it sur les gaz , on doit tenir compte de la pression atmospliérique indiquée par cet instrument, parce que les molécoks des gaz étant plus ou moins rapprochées, selon que cette pression est plus ou moins grande , ils pèseront plus M moins sous un volume déterminé.

IjCs expériences les plus remarquables qu'on ait £ûles sur lu compression des gaz sont dues à Boyle et à Mariotte: (41e8 ])rouvciit (jue les gaz se resserrent en raison des poids dont ils sont chargés, ou, ce qui est la même chose, que le volume ({u'ils occupent est en raison inverse de la pression à laqu(*lle ils sont soumis. Nous allons rapporter ces expériences, on même temps que la manière de les faire.

i^reiiex un tube de verre recourbé AB C (pi. xix, fîg.8), ouvt»rt 011 A^ et fermé à la lampe en C Fixez-le sur une plancher P adaptue à un pied P', et sur laquelle soient trar cées, h jmrtlr du point i?, des divisions égales, correspondant aux bninohes A BcXB C. Versez d'abord du mercure jusqu'au o de TéclielUs de manière que la communication de l'air entre les deux branches B C et ABne soit pas tout-àr fait interceptée*, ensuite versez-en successivement jusqu'à différenteâ hauteurs de la branche^ Bj par exemple, jusqu'à 76 centimètres , uuH centimètres, ou bien seulement jusqu'à 38 centinuHres, i() centimètres, au-dessus de son niveau dans la branche B C. Voici ce qwe ypiis observeres, çn supposant que la pression de l'atmos^^ soit .de 76

Àia ATMOSPUÉEIQtlE. 18$

<:entimètr€s. Dans le premier cas y l'air de la branche B G «era réduit à la moitié de son volume^ dans le second, au 4jiiart: dans le troisième , seulement aux deux tiers; et dans 3c quatrième, aux quatre cinquièmes : ce qui prouve évidemment Texistence de la loi reconnue par Boyle et Maarîotte, savoir, que l'air se resserre en raison des poids dont a est chaîné ; ou bien , ce qui est la même chose , que le volume qu'il occupe est en raison inverse de la pression à laquelle il est soumis. En effet, lorsque l'air occupe la branche ^^tout entière, il n'est comprimé que par le poids de l'atmosphère, égal, par hypothèse, à 76 centim.; mais lorsqu'iL n'occupe plus que la moitié de cette branche, il est comprimé par un poids double, c'est-à-dire, par une colonne de mercure de 76 cent, qu'on a établie dans la branche j^B*, plus par l'atmosphère tout entière qui s'appuie sur cette colonne. Tous les autres gaz se compriment de la même manière. Par conséquent, un volume d'un gaz quelconque étant , donné, il sera facile de savoir ce que deviendra ce volume si la pression vient à changer ; on l'obtiendra en cherchant le quatrième terme d'une proportion inverse, dont les trois premiers seront formés des nombres qui représentent les deux pressions , et de celui qui représente le volume. Par exemple, supposons qu'on ait 100 décilitres d'air à une pression barométrique de 76 centimètres, et que le baromètre descende à 70 centimètres : pour savoir le volume qu'occuperont ces 100 décilitres d'air sous cette nouvelle pression, on. dira : 70 : 76 : : 100=^7^=108''*"'*^*, 67.

129. L'atmosphère étant pesante , et les gaz étant compressibles, comme nous venons de le dire , on voit clairement quel est le degré de pression auquel se trouve soumis un gaz, lorsque après l'avoir introduit dans un tube ou un autre vase plein d'un liquide quelconque, on rend le niveau du liquide intérieur, tantôt égal, tantôt inférieur, et tantôt supérieur à celui du liquide extérieur. Si les deux niveaux sont les mêmes , c'est-à-dire , si le liquide contenu dans le tube est à la même hauteur que le liquide dans \<&^fW^

Vf..

iB6 Métalloïdes.

tube plonge 9 le gaz sera comprimé par le poids de l'atmosphère* Si le niveau intérieur est plus élevé que le, ni veau extérieur, le gaz sera comprimé par le poids de l'atmosplière<» moins la partie de ce poids nécessaire pour élever le liquide dans le tube. Si le niveau intérieur est au contraire plus bas que le niveau extérieur, le gaz sera comprimé par je poids de l'atmosphère, plus par la colonne de liquide qui fait la différence des deux niveaux.

De ces observations découle une conséquence importante-, c'est qu'en mesurant les gaz , il faut avoir soin de rendre égaux les niveaux extérieur et intérieur, ou bien de t^oir compte de la différence qui existe entre l'un et l'autre. Qn tiendra compte de cette différence en ayant égard à la densité du liquide. Supposons que la pression atmosphérique fasse équilibre à une colonne de mercure de y 6 centim.; que le liquide soit du mercm^e, et s'élève de 7 centim. au-dessus de son niveau, le gaz ne sera comprimé que par 76 centim. de mercure moins 7 = 69; mais si le liquide était de l'eau, comme celle-ci est i3''*",568 moins pesante que le mercure, le gaz serait alors comprimé par 76 cent, de mercure

» 3«Sé8*

129 bis. Tubes de sûreté» — D'après ce qui précède^ il sera facile aussi de concevoir la théorie des tubes de sûreté. Soit une cornue C (pi. xvii, fig. 4)9 pleine d'un gaz quelconque, au col de laquelle on ait adapté un tubeZ)/)' plongeant dans l'eau; si l'on expose cette cornue à l'action de la chaleur, le gaz qu'elle contient pressant plus que l'air atmosphérique sur le liquide ce', à l'extrémité ZX du tube DD'ySe dilatera et se dégagera, par cette extrémité, à travers le liquide même, jusqu'à ce que les pressions intérieure et extérieure soient en équilibre. Si, ensuite , on laisse refroidir la cornue , la pression exercée intérieurement par le gaz devenant moindre que celle de l'air, l'eau remontera par le tube DD' dans la cornue , jusqu'à ce que les pressions intérieure et extérieure se fassent de nouveau équilibre : on dit alors qu'il y a ^sorptiout