OXYDES EN GÉNÉRAL

préparer l'oxygène. Quand on le chauffe, ce composé ne perd que le tiers de Toxygène qu'il renferme, et il reste un autre oxyde, Yoxyde rouge ou oxyde salin de manganèse MnH)^ ; on a :

3MnO* = MnH)* + 2 + g calories.

q représente la quantité de chaleur qui se dégage lors de la transformation du système 5MnO^ en le système Mn'0^4- 2 0. Elle n'a pas encore été mesurée.

Fig.fiO. — Préparation'de l'oxygène par la décomposition de l'oxyde de mercure.

t«9. Préparation de V oxygène par le hioxyde de manganèse. — Pour préparer l'oxygène au moyen du bioxyde de manganèse, on place cette matière dans une cornue de grès à laquelle on adapte, à l'aide d'un bon bouchon, un tube de dégagement (fig. H); la cornue est disposée dans

Rg. 41. — Préparation de Toxygéne par la décomposiion du bioxyde de manganèse.

un fourneau à réverbère, et soutenue par un petit cylindre de terre ou fromage; l'extrémité du tube abducteur se rend sous une petite cap-

suie de terre ou de porcelaine (têt à gfaz) échancrée de côté et percée en son centre d'un trou destiné à laisser passer le tube; enfin sur le têt est placée une éprouvette remplie d'eau. L'appareil étant ainsi disposé, on met des charbons allumés sur la grille du fourneau, on achève de remplir avec du charbon noir, et on met le dôme en place ; le charbon s'allume peu à peu, chauffe graduellement la cornue, et quand on arrive au rouge, le bioxyde de manganèse se décompose et l'oxygène se dégage ; on laisse perdre les premières portions qui se trouvent mélangées avec l'air de la cornue, et quand celui-ci est chassé, on recueille l'oxygène dans des éprouvettes. On reconnaît que ce gaz est pur lorsque, introduisant dans l'éprouvette une allumette présentant quelques points incandescents, celle-ci se rallume subitement et se met à brûler avec une flamme éclatante.

tSO. AetloD de FoxjgéDe sur les oxydes. — L'oxygène est capable de se combiner avec certains oxydes ; si par exemple on chauffe doucement dans un courant de ce gaz du protoxyde de baryum ou baryte BaO, elle en absorbe une certaine quantité et se transforme avec dégagement de chaleur en un oxyde plus riche, le bioxyde de baryum BaO« ; on a :

BaO H- = BaO* + 6 calories.

Cette réaction est conforme au principe du travail maximum, puisque le système BaO-|-0 dégage de la chaleur en devenant BaO« ; de plus, la quantité de chaleur dégagée étant petite, nous en concluons que le bioxyde de baryum, qui se forme à une température peu élevée, se décomposera en oxygène et protoxyde de baryum, si on le chauffe un peu fortement. C'est en effet ce qui se passe, et cette propriété de la baryte sera appliquée à l'extraction de l'oxygène de l'air (6t4).

Parmi les combinaisons oxygénées des métaux, l'une d'elles présente un très grand intérêt ; c'est Veau qui provient de l'union de l'hydrogène avec l'oxygène.

PROTOXYDE D'HYDROGÈNE ou EAU — HO.

Équivalent en poids = 9. Équivalent en volume = 2.

tSi. Combustion de l'hydresène. — Lorsqu'on fait arriver dans l'oxygène, ou dans l'air qui en contient, un jet d'hydrogène se dégageant par un tube effilé, puis qu'on en approche une allumette enflammée, l'hydrogène prend feu, et le jet donne naissance à une flamme bleu pâle, presque invisible et à peine éclairante; si on la recouvre avec une cloche de verre, celle-ci se ternit presque immédiatement, et bientôt des gouttelettes liquides ruissellent le long de ses parois. Ces gouttelettes sont de l'eau pure provenant de la combinaison de Thydrogèfte avec de l'oxygène (fig, 42).

EAU

»SS. — Les deux gaz mis en contact l'un avec Tautre à la température ordinaire ne réagissent pas, mais il suffit de les échaufter en un point pour que la combinaison ait lieu (46) ; si par exemple on a rempli une éprouvette de ces deux corps mélangés en proportions convenables, et qu'on approche une allumette enflammée de son orifice, le mélange brûle presque instantanément avec une détonation d'autant plus violente qu'il est en plus grande quantité ; en général, Téprou-

Fig. 42. — Formation de l'eau par la combustion de l'hydrogène dans l'air.

vette est brisée. Cette rupture provient de ce que le mélange gazeux se transforme en eau qui se condense contre les parois froides de Téprouvette, et dont le volume à l'état liquide est environ dix-sept cents fois plus petit que celui des gaz primitifs ; il se fait donc un vide subit dans l'éprouvette, el l'air en y rentrant brusquement produit contre les parois un choc souvent assez énergique pour briser le vase.

tSS. — Au lieu de se servir d'un corps enflammé, on peut faire •jaillir en un point du mélange une étincelle électrique dont la haute température détermine la combinaison au point où elle éclate.

La combinaison en ce point dégage de la chaleur qui échauffe les couches voisines, celles-ci se mettent à brûler à leur tour, et de proche en proche la combustion de tout le mélange s'effectue en un temps très court. On opère dans une petite bouteille de fer-blanc (fig. 43) (pistolet de Volta), dont la paroi C est traversée par une tige métallique isolée AB, ce qui permet de faire passer une étincelle entre elle et la tige ; le col de la bouteille est fermé par un

Fig. 43. - Pistolet deVolta.

bouchon de liège, et ce dernier est violemment projeté au moment où Tétincelle part; cela tient à ce que la quantité de chaleur dégagée presque instantanément par la combinaison du mélange échauffe fortement la vapeur d'eau produite ,* cette vapeur se dilate, et sa pression devient assez grande pour chasser au loin le bouchon retenu par un simple frottement dans le col de la bouteille.

tS4. — n suffit aussi de comprimer brusquement un mélange d'hydrogène et d'oxygène fait en proportions convenables pour que la chaleur développée par la compression (SS) détermine la combinaison des deux gaz.

tS6. — Nous avons vu qu'un jet d'hydrogène brûle avec flamme dans l'oxygène ou dans l'air, mais inversement, on peut faire brûler un Jet d'oxygène en l'introduisant avec quelques précautions dans une cloche pleine d'hydrogène. Il serait donc inexact de dire que c'est l'un des deux gaz qui brûle dans l'autre ; l'incandescence est due à la chaleur dégagée dans la combinaison, et c'est indifféremment celui des deux corps qui arrive en filet plus ou moins mince dans un excès de l'autre qui prend cette forme allongée qu'on appelle une flamme.

tsa. De la flamme. — Flammes homogènes. — La flamme n'est pas, du reste, un caractère constant des combustions vives, et nous n'en avons pas observé, par exemple, quand nous avons fait brûler du fer dans l'oxygène (ti8). Gela tient à ce qu*elle est toujours produite par la combustion ttun gaz ou d'une vapeur; tout corps facile à réduire en vapeur brûlera avec flamme ; tout corps difficile à volatiliser brûlera avec incandescence, mais sans flamme. Ainsi le fer, le cuivre, brûlent dans l'oxygène en devenant incandescents, mais ils ne se volatilisent qu'avec une très grande difficulté et à une température bien supérieure à celle à laquelle ils arrivent dans leur combustion vive ; aussi a-t'elle lieu sans flamme. Au contraire, le zinc, le magnésium se volatilisent aisément, leurs vapeurs se produisent en abondance grâce à la chaleur que leur oxydation dégage, aussi cette dernière s'effectue-t-elle, conmte nous l'avons vu, avec flanmie.

Les flammes de l'hydrogène, du zinc, du magnésium sont constituées, identiquement dans toutes leurs parties; on les appelle flammes homogènes.

asv. TempérAture des flammes. — Une flamme est plus ou moins chaude, et cela se comprend; en effet, pendant que la combustion a lieu> de la chaleur se dégage, et elle sert à échauffer les corps qui brûlent ; donc, toutes choses égales d'ailleurs, une flamme sera d'autant plus chaude que la combustion dégagera une quantité de chaleur plus considérable

SS8. Éelat des flammes. — Il est à remarquer que l'éclat d'une flamme n'est pas en rapport direct avec sa température ; celle de l'hydrogène brûlant dans l'oxygène est presque invisible, et c'est cepen-

EAU. 97

dant une des plus chaudes que Ton connaisse. Le fait tient à ce qu'une flamme n'est brillante, c'est-à-dire éclairante, que lorsqu'elle renferme à son intérieur un corps solide qui ne brûle pas, mais qui y devient incandescent, et qui rayonne alors de la lumière dans tous les sens autour de lui. Il est facile de prouver qu'il en est bien ainsi ; considérons en effet la flamme que donne un jet d'hydrogène brûlant dans l'air au milieu d'une chambre obscure ; elle ne donne aucune clarté, mais si l'on y introduit un fil de platine enroulé en spirale, celui-ci rougit, devient incandescent, et la salle s'éclaire d'une belle lumière; il en sera de même si Ton remplace le platine par un autre corps réfractaire, tel que le charbon, la chaux, etc.

C'est avec la flamme d'un mélange d'oxygène et d'hydrogène projetée sur un morceau de chaux qu'elle rend incandescent, qu'est formée la lumière de Drummondy si employée dans les expériences de physique.

Ainsi une flamme n'est brillante ou éclairante qu'à deux conditions : la première est qu'elle soit très chaude, et nous savons ce qui la rend telle; la seconde est qu'elle contienne à son intérieur un corps soUde capable d'y devenir incandescent. On comprend donc pourquoi la flanmie de l'hydrogène et de l'oxygène n'est pas brillante, puisque le produit de la. combustion est un gaz, la vapeur d'eau; au contraire celle du magnésium est très éclatante, le produit de l'oxydation étant un corps sohde, la magnésie, que la chaleur dégagée par sa formation môme porte à une vive incandescence.

f S9. Température de la Oanmie de l'hjdrogène. — Quand un équivalent d'hydrogène se combine avec un d'oxygène pour former de l'eau, la quantité de chaleur dégagée est très considérable ; on a :

H + = HO gazeuie + 29,1 calories ou

H H- = HO liquide + 34,5 calories.

(La différence entre ces deux nombres de calories 3i,5 — 29,1 =5,4 calories représente la chaleur latente de vaporisation de l'eau.)

On en conclut que la flamme de l'hydrogène et de l'oxygène est très chaude, et, en effet, si l'on introduit un petit fil de platine à son intérieur, il y fond sans difficulté. Aussi cette flamme est-elle employée pour amener à l'état liquide les substances très réfractaires, telles que le platine et l'iridium ; mais on se garde bien d'effectuer préalablement le mélange des deux gaz et de le faire écouler par un orifice étroit pour l'y enflammer; un tel mélange détonant pourrait prendre feu et exposer l'opérateur à de très sérieux dangers.

f 40. chalumeau & gaz oxhydrique. — Pour amener l'oxygène et l'hydrogène en contact seulement à l'instant où leur combinaison s'effectue, on se sert du chalumeau de M. H. Sainte-Glaire Deville. Il se compose d'un premier tube de cuivre D {fig, 44), muni d'un robi-

net R' par lequel on fait arriver un courant d'hydrogène; dans le tube D en passe un second CK également en cuivre, muni lui aussi d'un robinet R par lequel arrivera le courant d*oxygène ; il est soutenu par une vis qui permet de Fenfoncer plus ou moins dans le tube D. A cause de la haute température qui se développe à rextréiiïilë de J appareil, on termine D par une extrémité légèrement coniqup m en platine qui continue le tube D lui-même, et on adapte à l'extrémité de CK uu ajutage de platine qui s'y fixe avec une vis. En réglant coiivpnahlemeiil la distance de cet ajutage à l'extrémité de m, on obtîi^iil Ip maitiiiïUîïi de température, et on peut fondre des matières exlrêuiement réfractaires placées dans un petit creuset de chaux que îa flamme pnTcloppe de partout.

f 4i. Eau solide OU glace. — L'eau peut aft'ertcr l'une des trois formes : solide, liquide ou gaz. L'eau solide ou glace, i]m se forrno poii- P^ dant l'hivor dans Ips climats

tempérés, existe toute Tannée dans les pays froids, et au sommet des hautes montagnes où elle constitue les glaciers; elle est incolore,, légèrement verdâtre quand on la voit en grandes masses, et plus légère que l'eau. Celle-ci augmente de volume en se solidifiant, de telle manière que 930" d'eau à 4" donnent 1 litre de glace, et cette propriété a une grande importance; si, en effet, la glace qui se forme à la surface des eaux tombait au fond, elle serait remplacée par de l'eau plus légère qui se gèlerait à son tour, retomberait au fond, etc., si bien que la couche de glace accumulée au fond irait en augmentant sans cesse; le phénomène ne s'arrêterait que lorsque toute la masse d'eau considérée serait solidifiée, ce qui amènerait la mort de tous les animaux aquatiques. Au contraire, la glace plus légère que l'eau restant à la surface, forme un abri protecteur pour les animaux qu'elle recouvre, et empêche la solidification du liquide placé au-dessous d'elle.

Fig. 44. — Chalumeau à gaz oxygène et hydrogène.

EAU. 09

On montre facilement cette augmentation de volume en exposant à la gelée une carafe pleine d*eau, fermée par un bouchon. Au moment où la congélation s'effectue, le bouchon est projeté au loin et remplacé

Figf. l>. — Cristaux de glace (givre et neige).

par un cylindre de glace qui sort de la carafe ; si le bouchon trop bien enfoncé ne s'échappe pas, l'eau en se dilatant exerce une telle pression contre les parois de la carafe, qu'elle les fait éclater. 11 en est de même

avec un tube de fer, une bombe, ou un obus, remplis d'eau et solidement fermés, puis exposés à la gelée; Feau, ne pouvant se dilater librement au moment où elle se solidifie, fait éclater les parois qui l'environnent.

t4t. CristallIsatloB de Teau. — L'eau peut cristalliser en se solidifiant, et les cristaux qu'elle fournit appartiennent au système rhomboédrique. Le givre et la neige sont formés par de l'eau qui a cristallisé en se solidifiant, ils présentent de très jolis assemblages de petits cristaux représentés fig, 45 et faciles à voir au microscope. On observe fréquemment aussi des arborisations très belles, formées de petits cristaux de glace, sur les vitres des appartements fermés quand il gèle au dehors ; elles proviennent de l'humidité toujours contenue dans l'air qui se dépose sur les vitres refroidies, et qui y cristallise.

t4S. Eau liquide. — Elle est inodore, sans saveur, incolore quand on la voit en petite quantité, verdâfre quand on l'observe en grandes masses ; elle se solidifie à zéro, et bout à 100" sous la pression de 760 millimètres.

L'eau, telle qu'on la rencontre dans la nature, n'est pas pure (StS) ; pour la rendre telle, on la distille dans un alambic. Cet instrument (/î^. 46) se compose d'une chaudière ou cucurhite C placée dans un four-

Fig. 46. — Alambic.

neau F et remplie d'eau ; sur la chaudière se place un chapiteau K qui communique par un tube T avec un serpentin de métal SS plongé dans un vase Y rempli d'eau froide constamment renouvelée. L'eau bouillant en C, sa vapeur va en K, puis en T, enfin arrive dans le serpentin où elle se refroidit et se liquéfie. L'eau pure ou eau distillée coule par l'extrémité du serpentin dans un vase destiné à la recevoir. Quant aux impuretés, elles restent dans la chaudière.

EAU

S44. Eau gazeuse. — L'eau se vaporise à toutes les températures jusqu'à ce qu'elle ait atteint sa tension maximum ; la vapeur d'eau se rencontre en particulier dans notre atmosphère (619); c'est elle qui, entraînée par le vent dans ses régions hautes et froides^ s'y condense et forme les nuages qui, par un refroidissement plus considérable encore, se résolvent en pluie. Celle-ci provenant, comme l'eau distillée, de la condensation de la vapeur d'eau, serait tout à fait pure si elle ne rencontrait dans l'air des poussières diverses qu'elle entraine et qui en souillent la pureté.

1146. Action de la ehalenr. — DIssoeiatlon 4e l'eaa. — La vapeur d'eau, formée avec dégagement de 29,1 calories par équivalent, est un corps très stable ; cependant on peut, quand on la chauffe fortement, la décomposer partiellement en hydrogène et oxygène, dont la tension, à une température donnée, limite bientôt le phénomène; la décomposition de l'eau par la chaleur est donc réglée par les lois de la dissociation.

Si l'on fait passer un courant de vapeur dans un tube porté au rouge blanc, elle éprouve une décomposition partielle, mais il est impossible de le constater directement, car les produits de cette décomposition se recombinent en arrivant dans les portions plus froides du tube, et l'on

Fig. 47. — Dissociation de la vapeiir d'eau par la chaleur.

ne retrouve que de la vapeur d'eau. Pour mettre cette dissociation en évidence, M. H. Sainte-Claire Deville s'est servi de la propriété qui appartient à l'hydrogène (80-88) de traverser les parois poreuses bien plus facilement que les autres gaz :

L'appareil se compose d'un tube de porcelaine vernie dans lequel est placé un autre tube de terre poreuse (fig, 47), et le système est fortement chauffé dans un fourneau. On dirige alors un courant de vapeur

d'eau dans le tube central, où elle est particifieaiail décomposée en hydrogène et oxygène; le preraier de ces gaz passant à travers les parois poreuses comme à travers un filtre, tandis que Toxygène reste à leur intérieur, vient dans Tespace annulaire compris entre les deux tubes ; on l'entraîne en faisant passer dans cet espace annulaire un courant d'un gaz inerte, et on peut recueillir au sortir du tube cet hydrogène dont la présence prouve bien que l'eau a été dissociée sous l'influence de la chaleur.

»4«. Action de réleetrieité. — Composiaoïi de l'eau «■ volame. — L'étincelle électrique décompose la vapeur d'eau et agit

Fig. 48. — Décomposition de l'eau par un courant électrique.

comme la chaleur; mais, en outre, l'eau liquide est décomposée par un courant électrique. Si, dans un voltamètre V (fig, >18), on introduit de l'eau mélangée avec une petite quantité d'un acide, pour la rendre conductrice, et qu'on fasse passer le courant, on voit des gaz se dégager dans les cloches fl,0 qui recouvrent les fils de l'appareil; ces gaz sont de l'hydrogène et de l'oxygène et, comme le volume de l'hydrogène est toujours le double de celui de l'oxygène dégagé, cette expérience démontre que l'eau est formée de deux volumes d'hydrogène unis à un d'oxygène.

«4*. — Cette conclusion peut se vérifier à l'aide d'une synthèse directe effectuée au moyen d'un eudiomètre. On nomme ainsi un tube de verre fermé à sa partie supérieure, dans laquelle on a soudé deux fils de platine qui permettent de faire passer une étincelle (fig, 49) ; le tube dé verre est divisé avec soin en parties d'égale capacité.

Pour faire une expérience, on le remplit de mercure, on le renverse

EAU

sur une cuve et on y introduit deux volumes d*hydrogène et un d'oxygène, puis on fait passer une étincelle entre les deux ûls de platine; le mélange gazeux brûle en formant de Teau, il ne reste aucun résidu, et le mercure monte jusqu'au sommet de Teudiomètre.

Fig. 49. — Synthèse de l'eau dans reudiomètre.

Si Ton avait mis dans Finstrument deux volumes d'hydrogène et deux d'oxygène, il serait resté un résidu égal au quart du volume total, et il eût été facile de constater que ce résidu est de l'oxygène pur.

Ainsi l'eau est formée d'un volume d'oxygène et de deux d'hydrogène qui, d'après la loi de Gay-Lussac, se condensent en deux volumes de vapeur d'eau ; nous obtiendrons donc facilement la densité de cette vapeur, à l'aide de la formule déduite de la loi de Gay-Lussac même (195). Le volume d'équivalent de la vapeur d'eau est 2, son équivalent en poids 9 ; on a donc :

t48. Rôle de l'eau eomme dissolvant. — Un très grand nombre de corps se dissolvent dans l'eau. En général, la solubilité d'un solide augmente quand la température s'élève ; au contraire, celle d'un gaz diminue à mesure que l'eau qui le dissout s'échauffe davantage (tS-t*).

Quand un corps solide se dissout dans l'eau, il passe de l'état solide à

rétat liquide, et doit absorber pour cela sa chaleur latente de fusion; il en résulte que cette dissolution doit être accompagnée d'un abaissement de température ou d'une absorption de chaleur. De plus, à mesure qu'on ajoute de Teau, c'est-à-dire que la dilution devient plus grande, il faut accomplir un travail plus considérable pour répartir les particules du corps dissous dans tout le dissolvant, puisque la solution est homogène^ et comme pour cela il faut fournir de la chaleur, le nombre de calories absorbées par la dissolution sera d'autant plus grand que la proportion d'eau sera plus considérable ; c'est ce qui a lieu en général.

549. Température d'mt>er«ton.— Toutefois, la température à laquelle la dissolution s'effectue joue un grand rôle dans le phénomène. La chaleur spécifique d'une solution n'est pas égale à la somme des chaleurs spécifiques de l'eau et de la matière dissoute, elle lui est ordinairement inférieure, et l'écart, qui va en croissant avec la dilution, semble tendre vers une limite déterminée. M. Berthelot a déduit de ce fait qu'il y a pour chaque corps un certain degré de température qu'il appelle fempérature d'inversion, auquel la dissolution s'effectue sans qu'il y ait ni absorption ni dégagement de chaleur; au-dessus de ce degré, la dissolution donnera lieu à un dégagement de chaleur qui croîtra avec la température ; au-dessous, elle s'effectuera au contraire avec un refroidissement d'autant plus considérable qu'on opérera à température plus basse.

550. — S'il s'agit de la dissolution d'un gaz ou d'une vapeur dans l'eau, comme ce corps en se dissolvant passe de l'état gazeux à l'état liquide, il abandonne sa chaleur latente de vaporisation ; aussi cette dissolution s'effectue-t-elle en général avec dégagement de chaleur, c'est-à-dire avec élévation de température.

SSi. — On voit donc que par ses propriétés dissolvantes, qui provoquent des changements d'état, l'eau jouera dans, les réactions un rôle de très grande importance. Considérons, en effet, des corps À et B solides, par exemple, qui peuvent en se combinant en former un troisième C, avec dégagement d'une certaine quantité de chaleur; on a :

A + B = G + Q calories *.

Si ces corps sont solubles dans l'eau, on aura, en opérant dans ce hquide, et tenant compte des changements d'état :

A dissous + B dissous = C dissous + Q' calories.

(y diffère de Q; il peut être plus grand, ce qui, en vertu du principe

* Toutes les fois que nous parlerons de corps dissoui en indiquant les données thermiques qui les concernent, il demeurera entendu que la matière considérée est dissoute, vers 15*, dans une quantité d'eau suffisamment grande pour qu'on n'observe aucune variation de chaleur quand on ajoute à la dissolution une quantité d'eau quelconque, prise à la même température.

EAU

du travail maximum, rendra la réaction plus facile ; il peut être inférieur, ce qui la rendra plus difficile ; et Q^ peuvent même être de signes différents, c'est-à-dire que telle réaction impossible à sec, si Q est négatif, deviendra possible en présence de Teau, si Q' est positif. Ce sera le contraire si Q est positif, et que les dissolutions aient pour effet de donner à (y une valeur négative. Nous aurons Toccasion de vérifier sur de nombreux exemple^ ce rôle particulier de Teau dans les réactions.

S5t« Combinaisons de Tean. — L'eau peut s*unir directement soit à des corps simples» soit à des corps composés ; on donne le nom particulier d'hydrates aux combinaisons ainsi formées.

Si, par exemple, on refroidit vers zéro une dissolution aqueuse de chlore, on la voit se remplir de cristaux jaunes qui sont un hydrate de chlore renfermant C1,10HO,- ce composé se dissocie quand on le chauffe en dégageant du chlore, et comme* sa tension de dissociation à + 8° est égale à 760 millimètres, 'il ne peut plus exister à 8" dans une atmosphère de chlore sous la pression atmosphérique ; mais il se forme aux températures inférieures à 8".

t5S. Liquéfaction du chlore. — Cet hydrate permet de liquéfier facilement le chore ; il suffit d'en introduire une certaine quantité dans un tube en V {fig, 50) fermé aux deux extrémités, et de chauffer dou-

Fig. 50. — Liquéfaction du chlore par décomposition de l'hydrate.

cernent la branche qui C contient Thydrate en plongeant l'autre Ë dans l'eau froide ou dans la glace; la combinaison se détruit, le chlore se

dégage, sa pression augmente dans le tube, et bientôt elle est suffisante pour que^ le gaz se liquéfie dans la branche refroidie.

tS4. — L'eau se combine ayec presque tous les oxydes en donnant des hydrates cToxydes ou oxydes hydratés ; ayec les acides en donnant des hydrates d'acides ou acides hydratés; avec les sels en donnant des sels hydratés (SSV, 544).

555. AetioB des métaax sur Teaii. — Un métal en agissant sur Teau ne peut donner qu'un oxyde et de Thydrogène.

M + HO = MO-|-H + Q calories

En vertu du théorème du travail maximum la réactjon aura lieu si Q est positif. Or, en se formant, le système du premier membre dégage 54,5 calories (SS9), et le système du deuxième dégage la chaleur de formation de Foxyde MO; donc Q, chaleur dégagée quand le système du premier membre se transforme en celui du second, est la différence entre la chaleur de formation de roxjde et 34,5 calories si Ton opère à froid, entre la chaleur de formation de Foxyde et 29, i calories, si Ton opère à chaud (Feau étant alors en vapeur).

Ainsi, le potassium décompose Teau sans difficulté, on a en effet :

K + HO = KO dissoute + H + (82,3 — 34,5) calories,

= 82,5 — 54,5 = 47,8 calories étant considérable, la réaction a lieu à la température ordinaire ; il suffit, en effet, de laisser tomber un fragment de potassium sur de Teau pour qu'il se dégage de l'hydrogène, et la chaleur dégagée est assez grande pour que ce gaz s'enflamme et brûle avec une flamme pourpre (couleur due à la présence des vapeurs de potassium)^ la surface de l'eau.

Avec le zinc et l'eau en vapeur on a :

Zn + HO = ZnO solide + H + (43,2 — 29,1) calories.

Q = 45,2 — 29,i =:i4,i calories; donc la réaction a lieu, et eUè s'effectue à température relativement basse ; il suffit de chauffer du 45inc dans un tube de verre vers 500* ou 400', et de faire passer sur lui un courant de vapeur d'eau pour qu'il se forme de l'oxyde de zinc et de l'hydrogène.

Avec le cuivre et l'eau en vapeur on a :

Cu + HO = CuO solide + H + (19,2 — 29,1) calories.

Q =: 19,2 — 29,1 = — 9,9 calories étant négatif, la réaction n'aura pas lieu, et en effet le cuivre ne décompose pas la vapeur d'eau.

556. — D'une manière générale, on peut dire qu'un métal décompose l'eau quand son oxyde dégage plus de chaleur en se formant, que les éléments de l'eau lorsqu'ils s'unissent; la réaction sera d'autant

EAU

plus facile que la différence positive, entre ces deux quantités de chaleur, sera plus considérable.

tSV. Analyse de Tean en poids. — C'est en décomposant Teau par un métal, le fer, que Lavoisier et Meusnier firent son nnalyse en 1783. Un tube de porcelaine {fig, 51) rempli de fil de fer communiquait par une de ses extrémités avec une petite cornue contenant un cer-

Fig. 51. — Appareil de Lavoisier et Meusnier pour l'analyse de l'eau.

tain poids d*eau. Ce tube étant porté au rouge, on chauffait la cornue; la vapeur d'eau passait sur le fer et se décomposait en partie en formant de Toxyde de fer et de Thydrogène, la portion non décomposée allait se condenser dans un serpentin entouré d'eau froide ; quant à l'hydrogène dégagé, il était recueilli sous une cloche. On pesait l'eau avant et après l'expérience, de manière à savoir quelle quantité de ce liquide avait été décomposée ; Taugmentation 4e poids du tube à fer donnait celui de l'oxygène qui s'y était fixé, et enfin du volume de l'hydrogène on déduisait facilement le poids de ce gaz. Ces savants trouvèrent ainsi que l'eau ne renferme que de l'hydrogène et de l'oxygène, dans la proportion de l gramme du premier pour 8 du second.

L'oxyde de fer qui se forme dans ces circonstances est de l'oxyde magnétique Fe'O*. C'est en effet le plus exothermique des oxydes du fer, et par suite celui qui résiste le mieux à l'action d'une température élevée.

SSy bi8. Préparation de V hydrogène en décomposant Veau par le fer, — La décomposition de l'eau par le fer donne un moyen commode d'obtenir de petites quantités d'hydrogène ; on introduit un faisceau de fils de fer dans un tube de grès ou de porcelaine placé dans un four-

neau à réverbère A et qui porte à Tune de ses extrémités un tube de dégagement Ë, tandis que par Tautre il communique avec une petite cornue G contenant de Teau {fig, 52). Ce tube étant porté au rouge, on

Fig. 52. — Préparation de Thydrogéne en décomposant au rouge la vapeur d'eau par le fer.

fait bouillir Teau de la cornue, la vapeur passant sur le fer incandescent se décompose, Toxygène €*unit au fer . et Thydrogène se dégage. On a:

3Fe + 4H0 = Fe'O* + 4H -f (134,5 — 4 X 29,i) calories.

S58. Action d« Hiydrogéne sar les oxydes. — Elle est la contre partie ou l'action inverse de celle qu'exercent les métaux sur Teau ; avec un oxyde et de l'hydrogène, on peut avoir :

MO + H = HO + Q calories;

Q sera la différence entre la chaleur de formation de Teau et celle de Foxyde. Si donc celui-ci en se formant dégage moins de 29,1 calories, Q sera positif, Toxyde sera réduit par Thydrogène, et avec d'autant plus de facilité que Q sera plus grand; si, au contraire, Toxygène en s'unissant au métal dégage plus de 29,1 calories, Q sera négatif et la réduction de l'oxyde impossible. Exemples :

Avec l'oxyde d'argent

AgO -h H = HO + Ag + (29,1 — 3,5) calories

Q = 29,1 — 5,5 = 25,6 calories ; aussi la réaction a lieu dès 100* ; il suffit de faire passer à cette température de l'hydrogène sur de l'oxyde d'argent contenu dans un tube de verre (fig. 53) pour obtenir de l'eau et de l'argent.

Avec l'oxyde de cuivre :

CuO + H = HO + Cu + (29,1 — 19,2) calories.

EAU. 109

Q = 29,i — 19,2 = 9,9 calories ; la réaction est facile ; elle a lieu vers 200^ Avec Toxyde de plomb :

PbO -h H = HO + Pb + (29 1 — 25,5) calories

Fig. 55. — Réduction de l'oxyde d'argent par riiydrogénc.

Q = 29,1 — 25,5 = 3,6 calories ; la réaction a lieu, mais elle est plus difficile. Au contraire, avec la chaux :

CaO + H = HO + Ca -h (29,1 — 66) calories

Q = 29,1 — 66 = — 36,9 calories ; on voit que la réaction est directement impossible, et en effet, dans aucune circonstance Thydrogène ne réduit la chaux.

D est à remarquer qu'aucune de ces réactions exothermiques n'a lieu d'elle-même à la température ordinaire ; il faut chauffer Toxyde en un point pour les déterminer, mais d'autant moins que la quantité de chaleur qui se dégage est plus grande; on a ici une apphcation très nette du principe énoncé* plus haut (46), que le travail préliminaire qui détermine une réaction dans une série de corps analogues doit être d* autant plus grand, toutes choses égales d'ailleurs, que la chaleur dégagée par la réaction elle-même est moindre,

SSO. Synthèse de Tean. — C'est en réduisant l'oxyde de cuivre par Thydrogène que MM. Dumas et Boussingault ont déterminé la composition de l'eau en opérant par voie de synthèse.

Un baUon B (fig, 54) contient une quantité pesée d'oxyde de cuivre sur lequel on fait arriver un courant de gaz hydrogène qui s'est purifié et

complètement desséché dans une série de tubes en U renfermant divers réactifs convenablement choisis, puis on chauffe le ballon avec une lampe à alcool. 11 se forme du cuivre et de Feau; celle-ci, entraînée par Texcès d*hydrogène, se condense en partie dans un deuxième ballon B', et la vapeur qui échappe à la condensation est complètement retenue dans une série D de tubes en U remplis de substances avides d'eau. Au bout d'un certain temps on arrête l'expérience, et on pèse le

Fig. 54. — Appareil de] MM.'Dumas et Boussingault pour la synthèse de Teau.

ballon à oxyde de cuivre ; il a perdu unej'partie p de son poids qui représente la quantité d'oxygène devenue eau; d'autre part, on pèse le ballon B' et les tubes D avant et après l'expérience, leur augmentation de poids p' donne celui de l'eau formée ; enfin, la différence p' ^ p entre ce dernier nombre et la perte d'oxygène éprouvée par l'oxyde de cuivre, indique la quantité d'hydrogène qui entre dans Peau produite. On trouve par cette méthode, comme par la précédente (tSIf), que l'eau renferme un gramme d'hydrogène pour huit d'oxygène.