CHAPITRE IV

Du dégagement d'électricité dans les actions chindqnes.

Nous avons posé en principe que, toutes les fois que les molécules des corps perdent leur position d'équilibre par une cause quelconque^ il y a dégagement d'électricité ; nous l'avons prouvé quand elles sont ébranlées, séparées par des actions mécaniques ; il s'agit de montrer actuellement qu'il en est encore de même quand les éléments des corps se séparent ou se réunissent pour former de nouvelles combinitisons. Les expériences qui vont suivre ne laisseront aucun doute à cet égard. Nous allons étudier successivement le dégagement de l'électricité : 1° dans la réaction des dissolutions les unes sur les autres ; 3^ dans la réaction des acides ou des dissolutions salines sur les métaux ; 3° dans la réaction de deux métaux différents sur un ou plusieurs liquides; 4*^ dans la combustion; ô° dans la décomposition chimique; G** dans la décomposition de l'eau oxygénée par divers corps; 7^ dans les dissolutions en général ; 8^ dans l'action chimique de la lumière; 9^ et enfin dans les actions capillaires.

Le dégagement de l'électricité dans les réactions chimiques a été longtemps un sujet de controverse entre les physiciens et les chimistes, attendu que les moyens d'expérimentation manquaient pour mettre ce fait en évidence , et surtout pour en faire connaître les lois; mais la découverte d'OËrsted a mis à notre disposition deif moyens tels que nous pouvons résoudre aujourd'hui complètement cette question. Laissant de côté les essais plus ou moins infructueux qui ont été faits pour parvenir à sa solution , abordons de suite les faits généraux.

Présentons d'abord quelques exemples du dégagement d'électricité dans les actions chimiques pour en avoir de suite une idée nette.

Premier exemple. Lorsque l'on plonge l'un après l'autre dans l'a* cide nitrique ordinaire les deux bouts du fil de cuivre d'un mul* tipUcateur, on a aussitôt un courant électrique qui réagit sur rai<^

412 TBAITÉ DE PHYSIQUE.

guille aimantée dételle manière que le boat plongé le premier prend au liquide Télectrieité positive. Cet effet est dû à la différence des actions chimiques exercées par l'acide sur les bouts du fii , différence en faveur du bout plongé le dernier qui est le plus attaqué, attendu que sa surface est recouverte d'une couche d'oxyde. Dès lors, quand*un acide réagit sur un métal, celui-ci dégage de l'électricité négative et l'acide l'électricité positive. Kn exposant les phénomènes thermo-éiectriques, nous prouverons que le dégagement de chaleur dans la réaction chimique n'est point la cause du phénomène.

Deuxième exemple. Plongeons dans de l'acide nitrique pur deux bouts de deux fils d'or à surface très-propre, en communication par les deux autres bouts avec les extrémités du fil d'un multiplicateur à fil long, il ne se produit aucun effet; mais si l'on ajoute une très-petite quantité d'acide chlorhydrique près de la partie immergée de l'un des deux bouts, l'aiguille aimantée accuse aussitôt, par sa déviation , la production d'un courant électrique; le bout attaqué prend à l'acide l'électricité négative, et lui donne l'électricité positive. En remplaçant l'un des fils d'or par un fil de platine^ les effets sont les mêmes, c'està-dire, qu'il n'y a production de courant qu'autant qu'on ajoute de l'acide hydrochlorique, et le bout attaqué prend encore l'électricité négative^ Cette expérience met hors de doute ce fait fondamental, que lorsqu'un acide réagit sur un métal , l'acide prend l'électricité positive, le métal l'électricité négative. Bien que l'effet produit paraisse simple, il est cependant complexe, comme on va le voir; mais, pour l'analyser complètement, nous allons exposer les effets électriques produits dans la réaction des dissolutions les unes sur les autres.

Effets électriques produits dans la réaction des dissolutions les

unes sur les autres.

Lorsqu'un métal est attaqué par un liquide quelconque, il y a toujours production de chaleur, formation d'un composé qui exerce une réaction sur le liquide environnant pendant que s'opère le mélange. Voilà deux causes qui troublent l'équilibre des forces électriques : pour l'instant, occupons-nous de la dernière, et commençons par l'examen des effets électriques produits dans la combinaison d'un acide et d'un alcali, l'un et fautive à l'état liquide. On prend deux capsules en porcelaine, dans l'une on verse une solution de potasse, et dans l'autre de l'acide nitrique; dans chacune de ces solutions, on plonge une lame de platine que l'on met en communication avec l'un des bouts du fil d'un multiplicateur, et l'on fait communiquer les

deux liciaides au moyen d'une mèche de coton ; à l'instant où Ton ferme le circuit, l'aiguille aimantée est fortement déviée, et accuse un dégagement considérable d'électricité ; la direction du courant indique que l'acide a pris l'électricité positive et l'alcali la négative. Si l'on veut avoir des effets plus énergiques, on opère de la manière suivante : on prend une cuiller de platine et une pince de même métal que l'on met en communication avec le multiplicateur; on remplit la cuiller d'acide, et on fixe entre les branches de la pince un morceau de potasse; à l'instant où l'on plonge ce dernier dans l'acide , on a un courant très-énergique dirigé comme il est dit précédemment; mais cette méthode d'expérimentation, ainsi que les précédentes, n'est pas à l'abri des objections des physiciens qui admettent des effets électriques de contact indépendamment des réactions chimiques. Pour éviter ces objections, on opère ainsi : on prend deux capsules en platine remplies d'acide nitrique, et mises en communication avec un multiplicateur à fil long avec deux lames de platine; on place les deux capsules à un décimètre de distance l'une de l'autre, et on les fait communiquer au moyen d'une mèche de coton imbibée d'eau , et soutenue convenablement au milieu ; cette mèche , en raison de sa longueur et de la différence de poids spécifique des deux liquides , s'oppose longtemps à leur réunion; vers le milieu , on pose doucement avec un tube, à côté l'une de l'autre, une goutte d'acide et une goutte de la solution alcaline. Tant que les deux gouttes sont séparées, il n'y a aucun effet produit ; mais dès l'instant que leur réunion a lieu , il y a production d'un courant électrique qui annonce que l'acide a laissé dégager de l'électricité positive et l'alcali de l'électricité négative , comme dans les expériences précédentes; dans ce cas, on ne peut attribuer l'effet produit au contact du platine d'une part avec l'acide, de l'autre avec l'alcali, puisque le platine est en contact de chaque côté avec de l'adde nitrique; en substituant d'autres liquides à l'acide et à ralcalf, on a les résultats suivants :

l'acide hydrochlorique.

— acétique.

. .-, — nitreux.

L'acide nitrique est positif I ^^ ^^i^^^^ ^IcaUnes.

avec \ j X 4.

— de nitrate.

— de sulfate.

\ — de chlorures neutres.

414 TBÂITi BB PHYSIQUE.

L*acide nitrique est négatif [Tacide sulfùrique.

avec \ — phosphorique.

I l'acide hydrochlorique.

- sulfurique.

les dissolutions alcalines, salines^ ete.

On voit que l'acide phosphorique est le plus positif de tous les liquides; or, le contact de Tacide nitrique avec la dissolution de nitrate de cuivre, et en général la réaction d'un acide avec une de cet dissolutions, ne devant être considérés que comme des dissolutions, on doit en conclure que celles-ci produisent des effets électriques analogues à ceux qui ont lieu daus les combinaisons.

Pour observer les effets électriques produits dans la réaction des acides et des alcalis sur Teau, et des dissolutions neuti*es les unes sur les autres, on opère de la manière suivante : si Tacide est solide , on en fixe un morceau entre les branches d'une pince de platine, et on le plonge dans l'eau que contient la cuiller ; s'il est liquide, on plonge d'abord une éponge de platine en communication avec un multiplicateur dans la dissolution acide; on trouve alors que l'eau se comporte comme un alcali : avec les dissolutions alcalines, les effets sont inverses. On tire de là la conséquence que l'eau, en s'unissant à un acide, se comporte comme un alcali, et qu'elle joue, au contraire, le rôle d'acide dans sa réaction sur les alcalis.

Quant aux sels neutres, on ne peut opérer que sur des solutions à différents degrés de concentration , car ils ne sont pas conducteurs à l'état solide. L'expérience prouve qu avec des solutions neutres celles qui sont le plus concentrées sous le rapport des effets électriques, se comportent à l'égard de celles qui le sont moins, comme les acides dans leurs combinaisons avec les alcalis. Les doubles décompositions opérées dans la réaction de deux solutions de sels neutres ne donnent lieu à aucun effet électrique ; le mode d'expérimentation est analogue au précédent , aussi ne nous y arrêterons-nous pas. Ce fait prouve que, dans les doubles décompositions, il y a neutralisation complète des deux électricités dégagées. Il est nécessaire, d'une part, que les deux solutions soient parftiitement neutres, car l'excès d'acide ou d'alcali de l'une d'elles, en réagissant sur l'eau de l'autre, donnerait lieu à des effets électriques; de l'autre, que les deux solutions renferment des quantités atomiques égales des deux sels.

Lorsqu'une solution de potasse et un acide communiquent ensemble au moyen d'un tube coudé rempli d'eau, il y a réaction de l'a-

^deet de Talcali sur Teau, d'où résultent des effets électriques dirigés dans le même sens que si Tacide réagissait immédiatement sur l'alcali, et qui s'ajoutent quand les deux solutions communiquent au moyen d'un fil de platine.

Nous venons de voir que les dissolutions , en réagissant les unes sur les autres, donnent lieu à des effets électriques analogues à ceux que l'on observe dans les combinaisons; il faut montrer actuellement comment on peut reconnaître, par ces effets, s'il y a simplement combinaison ou solution, ce qui n'est pas toujours facile en chimie quand les réactions sont tellement faibles qu'il en résulte de si petites quantités de composés qu'il est Impossible d'en constater l'existence, ou bien quand il y a de très-faibles variations de température. Pour cela on opère de la manière suivante, d'après M. Peltier : l'appareil complet se compose de deux multiplicateurs, d'une pile thermo-électrique et de deux capsules en platine. On en prend une, que l'on met en communication avec Tun des bouts du fil d'un multiplicateur à fil long, puis un trépied thermo-électrique composé de trois couples, bismuth et antimoine, dont les extrémités inférieures sont de rang, pair ou impair, afin qu'étant échauffées ou refroidies en même temps , elles produisent des courants dirigés dans le même sens; on pose la seconde capsule en communication avec l'autre bout du fil du multiplicateur sur le trépied ou pile thermo-électrique qui est en relation avec un multiplicateur à fil court, et l'on joint les deux capsules au moyen d'une mèche de coton ou d'asbeste. On verse dans chaque capsule une dissolution, et les deux dissolutions agissent l'une sur l'autre par l'intermédiaire de la mèche d*«sbeste ou de coton. S'il y a combinaison, les deux capsules s'échaufifent; celle qui repose sur le trépied lui communique de la chaleur qu'elle a prise, laquelle est aussitôt accusée par l'aiguille du multiplieatcurthermo-électrique. S'il y a simplement solution, l'abaissement de température de la capsule produit un courant thermo-électrique dirigé en sens inverse du premier, de sorte que la direction du courant thermo-électrique suffit pour indiquer quand il y a combinaison ou sdntion, lors même que les variations de température qui en résulteraient seraient excessivement faibles, et exigeraient des thermomètres d'une grande sensibilité pour être appréciées. Nous donnons ici le tableau des résultats obtenus par M. Peltier sur le sens du courant , la chaleur dégagée dans les réactions de l'eau , des acides ou des sels acides, neutres ou alcalins, ou diverses substances, de sorte qaai'on peut voir immédiatement quand il y a combinaison ou solution*

TXAITK DE PHVSIQDE.

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Les résultats consignés daos ce tableau indiquent que les solutions acides, neutres ou alcalines, peuvent être divisées en trois classes, relativement à l'intensité des effets clectriques produits dans leur réaction et à la chaleur dégagée. La première comprend les corps qui ne donnent aucun signe ou des signes faibles d'électricité dans

BLECTBIGITÉ. 417

leur combinaison ou dans leur solution. Ces effets peuvent provenir de ce que les liquides ne sont pas bons conducteurs , ou de causes encore inaperçues ; mais ces mêmes corps sont précisément ceux qui donoent |le plus grand abaissement de température. La deuxième classe comprend les corps qui donnent des effets diminuant ou neutralisant le refroidissement produit par leur dissolution. Dans la troisième se trouvent les corps qui, en se combinant, dégagent assez de chaleur pour élever la température du liquide. Le nitrate d'ammoniaque fait partie de la première, la solution d*iodure et de chlorure de plomb fait partie de la seconde, les acides sulfurique et nitrique , de la troisième. A la vérité, les effets de chaleur dont il est question peuvent être reconnus, la plupart du temps, au moyen de thermomètres très-sensibles et à petit réservoir ; mais un thermomètre n'a jamais assez de sensibilité pour accuser des effets instantanés quand ils sont très-faibles. Dans ce cas, il n'y a que les courants thermo-électriques qui puissent être invoqués.

Après avoir exposé avec des développements suffisants, tout ce qui concerne les effets électriques produits dans la réaction des dissolutions les unes sur les autres, de manière à faire ressortir les lois qui les régissent , nous allons étudier ces mêmes effets dans la réaction des acides et des dissolutions salines en général sur les métaux. Reprenons rexpérience déjà citée, page 412. Soient deux capsules A et A remplies d'acide nitrique, et communiquant ensemble au moyen d'une mèche d'asbeste, si l'on prend deux lames d'or et que l'on mette chacune d'elles en communication par un bout avec une des extrémités du fil d'un multiplicateur, et que l'on plonge les deux bouts libres, chacun dans une capsule, il n'y a aucun effet électrique produit toutes les fois que les surfaces ont été lavées avec soin dans de l'eau distillée, pour enlevei? les corps étrangers adhérents; mais si l'on verse dans la capsule A quelques gouttes de chlorure d'or près de la lame qui y plonge , l'aiguille aimantée est aussitôt déviée fortement, dans un sens tel que le bout A devient négatif par rapport au liquide; si, au lieu de la dissolution, on verse^quelques gouttes d'acide hydrochlorique, l'effet est le même. Dans le premier cas, l'effet est dû à la réaction de l'acide nitrique sur le chlorure d'or ; dans le deuxième, à la réaction de l'eau régale sur l'or, et à celle de la dissolution formée sur l'acide nitrique.Yoilà deux causes qui donnent lieu à un dégagement d'électricité dans le même sens, attendu que la dissolution d'or est négative par rapport à l'acide ; on ne peut donc I. û7

4t8 TBAXTA INB BBtSIQUE.

douter qiie la réaction des deux liquides n'exerce une inflbence* «il* les effets électriques observés dans la réaction de l'eau régale sur Fchr. Cette expérience montre combien il est difficile de déterminer immédiatement le dégagement de l!électricité, dans Tacte même de la combinaison d'un métal avec un acide, abstaraction faite de la réhcti<m de la dissolution qui se forme sur le liquide environnant. On y parvient néanmoins de la manière suivante :

On remplit deux capsules A et A' d'une dissolution de nitrate de cuivre, que Ton met en communication au moyen d'une mèche de cocon ; et Ton plonge dans chacune d'elles le bout d'une lame de cuivre parfaitement décapée, dont l'autre est en relation avec un multiplicateur : il ne se produit aucun effet électrique ; mais si l'on verse une goutte d'acide nitrique dans le liquide de la capsule A, le cuivre qui plonge dedans devient fortement négatif* Dans ce cas, on a bten l'eSet électrique résultant de la réaction du métal sur l'adde; car le courant produit dans la réaction de la dissolution qui se forme sur la dissolution environnante, doit être très-faible, et même nuU dans le cas où la solujtion de nitrate est satqrée.

L'étain et son sulfate, le fer et son hydrochlorate, le plomb, l'antimoine et le bismuth agissent de même que le cuivre par rapport à ses dissolutions, quand on ajoute quelques gouttes d'acide. Il en est encore de même du zinc, du fer, avec les dissolutions de leur nitrate. Le métal s'empare de l'électricité négative , conformément au priicipe général; mais avec des dissolutions de leur sulfate, ces deux derniers métaux produisent quelqi^fois des effets inverses; à l'instant où l'on ajoute quelques gouttes d'acide sulfurique, le métal devient positif. On voit donc combien il est important , dans les. appareils destinés à produire de l'électricité au moyen des actions chimiques , de prendre en considération les effets résultant de la réaction des dissolutions liqs unes sur les autres, car il peut arriver quelquefois que cette réaction, qui est une cause puissante de dégagement .4*éleetriçité, contra):ie les effets que l'on a en vue.

Voyons ce qui se p^se dans la réaction de dmn métaux différeai^ sur un ou plusieurs liquides. Pour bien interpréter ces effets^ il faat partir du principe que lorsqu'un métal est attaqué, il dégage de l^électricitq négative, et l'acide de l'électricité positive, 11 s'ensuit que lorsqu'on plonge deux métaux, en copimunication par w fii métallique, dfins un acide ou aufre liquide actif, on a un courant électrî^ie dû à la^différent^e des etf^ts produits. Dès lors, si l'on veut atteindre le

SIiBCTBICITB. 419

maximum d'effet, il faut q^e l'un des deux soit attaqué, et que l'autre ne le soit pas, car, à effets égaux des deux eôtés, le courant est nul.

Analysons quelques cas. Le plus simple est celui-ci : chaque métal en relation avec un multiplicateur, plonge dans une capsule remplie du même liquide, et la communication est établie entre les deux capsule», au moyen d^une mèche d'asbeste^ sment une lame de cuivre^ une lame de zinc et une solution de sulfate de zine. A l'insitant de l'iœmer^on le cuivre prend au liquide l'électricité positive ^ le zine l'électricité négative. Ce fait nous démontre, e^xune du reste on devait le présumer, que le zinc est plus attaqué par le liquide que ne l'est le cuivre. Supposons la déviation de l'aiguille aimantée de 62<*y si Ton ajoute quelques gouttes d'acide nitrique ou de nitrate de cuivre dans ht capsule oh se trouve la lame de cuivre , et où l'action chimique' est la moins forte, l'aiguille aimantée, au lieu de rétrograder, parce que le cuivre est plus attaqué, se porte à 86®, et reste stationnaire dans cette position. Ce fait n'est pas une anomalie, comme on pourrait le croire, car il suffit pour l'expliquer de tenir compte de la réaction de l'acide nitrique ou du nitrate de cuivre sur le sulfate de zinc. Dans cette réaction, la solution de nitrate de cuivre étant positive, par rapport à celle de sulfate de zinc, on a un courant dans le même sens que le premier ; il est naturel en effet que la somme de ces deux courants donne un courant plus fort que le premier. Cette explication est la seule que l'on puisse doûner, car si l'on ajoute la même quantité d'acide nitrique dans l'autre capsule, Hntensité du courant est diminuée sensiblement, ce qui ne peut provenir que ^ la réaction de l'acide nitrique ou du nitrate de zinc formé sur le sulfate, et d'où résulte un courant en sens inverse de celui qui est produit par la réaction du sulfate sur le zinc Nous avons opéré avec ce dernier sel, afin de montrer l'influence qu'exerce sur l'intensité du courant Uji réaction des solutions les unes sur les autres. Cette influence est t^Ue, que nous croyons devoir nous y arrêter encore, pour exposer des feits propres à faire ressortir son importance. Voici le mode d'expérimentation le plus simple qu'on puisse employer pour observer ces faits :

On prend une petite boite en verre ou en bois vernissé, divisée en deux compartiments au moyen d'un diaphragme en baudruche, appliqué sittgneufienient sur ks parois avec du mastic,» et dans chacun desquels on verse une solution de même nature ou de nature di£férente« Supposons que l'on opère d'abord avec de l'eau renlèrmaal ^. d'acide

sulfùrique , et plongeons d'un côté une lame de zinc , de l'autre une lame de cuivre, Tune et l'autre en communication avec un multiplicateur. Voici les résultats d'une expérience :

LIQUIDE

contenu dans la case

cuirre .

LIQUIDE

contenu dans la

case zinc.

DURÉE de rimmersion.

DÉVIATION

de l'aigoille

aimantée.

£an et-j3- d'acide sol* furique.

Id.

x5 minutes.

On a recommencé les expériences après avoir essuyé les lames. En premier lieu, la déviation a encore été de 63°. En ajoutant quelques gouttes d'acide nitrique dans la case cuivre , le courant a augmenté d'intensité, quoique le cuivre fût attaqué et qu'il dût en résulter un courant en sens inverse. Cet effet a déjà été expliqué, nous n'y reviendrons pas. Nous donnons seulement les rcsullats obtenus.

Outre la cause susmentionnée, on doit encore en faire intervenir une autre. L'acide nitrique, en attaquant le cuivre, facilite le passage du courant du liquide dqns ce métal , et doit augmenter par conséquent l'intensité du courant, comme les résultats suivants le prouvent:

LIQUIDE