I. —ACIDE CARBONIf^tlE — CO
Équivalent en poids = 22. Équivalent en volume = 2.
•*t. — L'acide carbonique a été découvert par Yan Helmont en 1648. C'est un gaz incolore, d'une saveur aigrette, d'une odeur faiblement piquante. Il rougit la teinture bleue de tournesol, mais en lui donnant seulement la nuance rouge vineux; on le constate en versant un peu de cette teinture dans une éprouvette pleine de ce gaz, et agitant le mélange.
Ce composé est fortement exothermique :
C + 20 = C0* gaz + 48,5 calories.
G -f 20 = 00* solide -j- 51 ,5 calories.
On conclut de ces nombres qu'en passant de l'état solide à l'état gazeux sans changer de température il absorbe 5 calories.
Fig. 75. — Combustion du charbon dans Foxygéne.
L'acide carbonique se produira donc sans difficulté par l'union directe de ses éléments. En effet, si dans un flacon plein d'oxygène on descend une petite coupelle de terre soutenue par un fil de fer et contenant un fragment de charbon incandescent celui-ci brûle avec une lumière bleuâtre et donne naissance à de l'acide carbonique (fig, 75).
S 9 3. LIqaéfaciloit. — Il se liquéfie à 6^ sous la pression de 36 atmosphères ; en le comprimant dans l'appareil de M. Gailletet (Y 9), on le voit se transformer en un liquide incolore, transparent, mobile^ dont la densité à zéro est 0,93.
On obtient de grandes quantités d'acide carbonique liquide avec un appareil récemment imaginé par M. Gailletet, et qui applicable à tous les gaz remplace avantageusement celui de Thilorier, qui ne servait qpje pour l'acide carbonique. Cet instrument se compose d'un bâti en fonte MM [fig. 76) qui porte à sa partie supérieure un arbre coudé, fai-
sant corps avec un vêlant muni d'une manivelle : le mouvement communiqué à Tarbre se transmM à la bidle F dont Textrémité inférieure
Fig. 76. ~ Appareil de M. Cailletet pour liquéfier de grandes quantités d'acide carbonique. ,
est reliée au double balancier EE', et grâce à cette disposition le piston reçoit un mouvement rectiligne alternatif dans le cylindre BB (fig, 77). Ce piston A, en acier doux, est recouvert d'une «ouche de mercure qui
dM
en se mouTant dans le corps de pompe soulète, à chaque révolution du volant, une soupape d'ébonile S, et chasse devant lui le gaz qU*il comprime, tandis que celui-ci pénètre dans le corps de pompe par un tuyau coudé BO, muni d'un robinet R. Quand le piston est au bas de sa course, le robinet R est ouvert par un système de cames, et Facide carbonique arrive dans le corps de pompe qui par BO communique alors avec le réservoir contenant ce gaz ; quand le piston remonte, au contraire, le robinet R se ferme, le gaz comprimé soulève la soupape S, et de là se rend par un tube flexible en cuivre dans un réservoir R,m en fer forgé muni d'un robinet conique «; il se liquéfie dans ce réservoir qu'on entoure de glace pour absorber, à mesure qu'elle se produit, la |chaleur (dégagée par la compression du gaz.
Cette pompe de compression permet d'obtenir en une heure de 4 à 500 grammes d'acide carbonique liquéfié.
S94. SoUdlfiettUon. ^ Quand on laisse échapper dans l'air un jet d'acide carbonique liquide, celui-ci se vaporise subitement, et, empruntant à lui-même sa chaleur latente de vaporisation, la partie qui se volatiUse refroidit suffisamment l'autre portion pour en amener la solidification. On recueille de cette manière une neige blanche et légère dont la température est voisine de — 8(K>, et qui se vaporise lentement à l'air. Cette neige sert à produire de grands froids ; comme eUe ne mouille pas les corps on ne l'emploie pas seule, mais si on la mélange avec de l'éther de manière à obtenir une pâte dont le contact est bien intime avec les corps qu'on y plonge, ceux-ci prennent au bout de quelques instants la température de >— 80\ Ainsi quand on immerge dans cette pâte un tube fermé contenant de l'acide carbonique liquide, celui-ci se sohdifie en beaux cristaux transparents.
On emploie l'éther uniquement parce qu'il ne se soUdifie pas à ces températures très basses ; son action est purement mécanique, il ne sert qu'à facihter le contact du hquide froid avec le corps à refroidir.
Fig. 77. — Corps de pompe et piston de l'appareil â hquéfler Tacide carbonique.
S95. Densité. — ■ L'acide carbonique est formé de un équivalent ou un volume de vapeur de carbone, combiné avec deux équivalents ou deux volumes d'oxygène; par conséquent, d'après la loi de Gay-
Lussac (i80),il y a condensation de =, et il se forme deux volumes d'acide carbonique. On a donc pour sa densité :
D = 0,0692x22 = 1,52 et un litre de gaz pèse :
1, 293x1, 52 = lr,97.
SlfU. SoIabtUté. — L'acide carbonique se dissout dans Teau» qui à la température ordinaire en retient un volume égal au sien ; cette dissolution effectuée sous la pression de 4 à 5 atmosphères, de manière à condenser dans un litre d'eau 4 à 5 litres de gaz acide carbonique, constitue Veau de Seltz,
syy. Action de la ehalenr. — L'acide carbonique, formé avec un dégagement considérable de chaleur, est difficile à décomposer ; cependant M. H. Sainte-Claire Deville a montré que, lorsqu'on le fait passer dans un tube rempli de fragments de porcelaine (afin d'augmenter l'étendue de la surface chaude avec laquelle le gaz est mis en contact) et chauffé dans un fourneau à Teyeybère à une température voisine de celle à laquelle la porcelaine se ramollit, le gaz acide^ carb<K nique qui sort du] tube contient une petite quantité d'un m^angé d'oxygène et d'oxyde de carbone qui proviennent de sa dissociation.
Sous l'influence d'une série d'étincelles électriques, l'acide carbonique éprouve une dissociation analogue.
L'acide carbonique, ne se dissociant qu'en très faible quantité et à haute température, n'est pas décomposé par un corps enflammé, et comme celui-ci ne peut brûler que dans l'oxygène libre, il s'éteindra si on le plonge dans l'acide carbonique.
Le fait que l'acide carbonique éteint les corps en combustion permet de montrer facilement la grande densité de ce gaz; pour cela, on place une bougie allumée dans une éprouvette à pied, et par-dessus on verse l'acide carbonique contenu dans une autre éprouvette, tout comme on verserait un liquide ; cet acide, plus lourd que l'air, tombe sur la flamme et l'éteint immédiatement.
tt8. Action dn eharlM»n snr les oxydes. — A la chaleur de formation de l'acide carbonique se rattache l'action du charbon sur les oxydes métalliques ; toutes les fois qu'en se combinant à l'oxygène de l'oxyde pour faire de l'acide carbonique, le carbone dégagera plus de chaleur que n'en a dégagé l'oxydation du métal, l'oxyde sera réduit et le métal mis en liberté ; ainsi :
CuO -f C = C0« + 2Cu + (^8.5 — 2 X 19,2) calories
^=48,5 — 58,4 = 9,1 calories; par suite l'oxyde de cuivre chauffé avec du charbon donnera de l'acide carbonique et du cuivre
Au contraire la chaux ne sera pas réduite par le charbon, car on aurait :
2CaO -f C = CO* + 2Ca + (48,5 — 2 X 66) calories ;
ici q serait fortement négatif.
11 ne faudrait pas cependant considérer le nombre 48,5 comme une hmite numérique rigoureuse au-dessous de laquelle la réaction a heu sans rinlervention d'une énergie étrangère, tandis qu'il n'en est pas de même au-dessus. Considérons, par exemple, l'oxyde de plomb ; en le chauffant avec du carbone il se forme du plomb et de Facide carbonique :
2PbO + C = CO» + 2Pb -♦- (48,5 — 2 X 25,5) calories
g=.48,5— 51 = — 2,5 calories est négatif, et la réaction semble endothermique; mais il faut bien prendre garde qu'au premier membre le charbon est solide, qu'au deuxième dans l'acide carbonique, il est gazeux, et que nous n'avons pas tenu compte du changement d'état, car nous ne connaissons pas la chaleur latente de volatilisation du carbone ; or, si elle est seulement un/ peu supérieure à 2,5 calories, cela suffit à changer le signe du second membre.
Bans l'application du pnncipe du travail maxhnum il faut donc avoir grand soin de tenir compte de l'état des corps qui réagissent et des variations de chaleur qui les accompagnent; ces variations, dont beaucoup n'ont pas encore été mesurées, laissent parfois de l'incertitude sur le signe de g, et souvent aussi il n'est pas possible de déterminer par un nombre exact la hmite qui sépare deux ordres de réactions.
S 99. Action du charboii sur l'acide carbonique. — Quand on fait passer un courant d'acide carbonique sur du charbon contenu dans un tube de porcelaine chauffé au rouge, il se transforme en oxyde de carbone :
C0« + C = 2G0 + (2x14— 48,5) calories
g=28 — 48,5 = — 20,5 calories * ; nous sommes en présence d'un corps exothermique, l'acide carbonique, qui se change en un autre corps exothermique, mais moins que lui, l'oxyde de carbone ; donc la transformation absorbe de la chaleur et est endothermique. Or nous savons qu'une telle réaction ne se forme jamais directement^ et en effet il ne suffit pas de chauffer le charbon et de 'le plonger dans l'acide
1. Le nombre — 20,5 n'est pas rigoureuX; puisque le charbon est solide au pre- III iur membre, gazeux dans l'oxyde de carbone du second, et que nous ne tenons pas compte de la chaleur qu'il absorbe en passant de l'état solide à celui du gaz ; mais même en en tenant compte q testerait négatif.
carbonique pour que la formation d*oxyde de carbone ait lieu, de la même manière que nous avons vu se former Tacide carbonique luimême en introduisant le charbon allumé dans un flacon plein d'oxygène. Ici Tapplication continue de la chaleur pendant toute la durée de la réaction endothermique est indispensable , et c'est à la chaleur fournie par le foyer qu'est empruntée l'énergie nécessaire à l'accomplissement de cette réaction. Celle-ci serait impossible directement sans l'intervention d'une énergie étrangère, et le principe du travail maximum nous en avertit.
38t. AcUon dea métaux. — Les métaux dont l'oxyde est plus exothermique que l'acide carbonique le décomposent facilement; ainsi quand sur du sodium légèrement chauffé, et placé dans un tube de verre» on fait passer un courant d'acide carbonique, celui-ci est décomposé, il se forme de la soude et du charbon :
2Na + CO* = 2NaO solide -f G -h (2 X 50,1 — 48,5) calories.
L'hydrogène agit à température élevée en donnant de l'eau et de l'oxyde de carbone :
C0« H- H = HO -f CO + (29,2 + 14 — 48,5) calories
g =—5,5 calories, est négatif, et la réaction endothermique; mais la yaleur négative de q est faible, et la chaleur nécessaire à l'accomplissement de cette réaction sera aisément fournie par une énergie étrangère. Il suffit en effet, pour qu'elle ait lieu, de faire passer le mélange d'acide carbonique et d'hydrogène dans un tube porté au rouge, mais l'application de la chaleur doit être maintenue pendant tout le tenq>s que l'opération dure, afin de fournir constamment l'énergie nécessaire. Si on ne chauffe que pendant un instant, la réaction ne se fait pas ; ainsi un mélange d'hydrogène et d'acide carbonique dans lequel on fait éclater une seule étincelle électrique ne donne pas lieu à la formation d'eau et d'oxyde de carbone.
Le mercure, .au contraire, sera sans action sur l'acide carbonique, car on aurait :
2Hg + CO» = 2HgO -f C 4- (2 X 15,5 — 48,5) calories
g = — 17,5 calories, a une valeur numérique déjà grande; cette réaction endothermique ne pourrait s'opérer qu'avec l'intervention d'une énergie étrangère telle que la chaleur ; or l'oxyde de mercure ne peut se former dans de telles circonstances, puisqu'il est facilement décomposé par la chaleur (tM).
S8t. Préparation. — L'acide carbonique se combine facilement avec les oxydes métalliques pour donner des sels, les carbonates, et ce sont eux qui décomposés par d'autres acides permettent de le préparer (55S, 554).
