CHAPITRE II
CUVES
Les procédés que je viens de décrire s’appliquent surtout à la récolte des gaz opérée directement. Mais dans les laboratoires il est plus commode de les recueillir par une cuve à eau ou sur la cuve à mercure de forme spéciale. Nous allons décrire ces deux genres de cuves.
§ 1. — Cuve a eau.
Un grand vase de bois, garni de plomb à son intérieur et contenant de 201 à 2001 d’eau, constitue une cuve à eau, telle qu’elle était usitée à la fin du xvme et au commencement du xixe siècle. La forme en est rectangulaire. Le vase doit être suffisamment profond pour les manipulations faites avec éprouvettes et grandes cloches.
Il est pourvu d’une planchette horizontale, fixée latéralement dans une double rainure et sur laquelle on dépose les éprouvettes, flacons, vases de toute nature.
Des trous sont percés dans cette planchette de distance en distance; au-dessous de chacun d'eux, se trouve ajusté une sorte d’entonnoir renversé, disposé pour le passage des gaz.
Le principe de ce passage est facile à concevoir : il est fondé sur ce double fait que les gaz sont moins denses que l’eau et que cette dernière peut demeurer soulevée jusqu’à une hauteur de 10 mètres par la pression atmosphérique dans un vase vide, dont l’orifice serait placé à sa partie inférieure .
Ceci posé, remplissons un tel vase, flacon, matras ou éprouvette cylindrique, avec de l’eau, l’oritice étant en haut. Puis fermons l’orifice, par exemple en bouchant le flacon, ou bien en posant sur l’éprouvette un petit disque de verre ou de papier épais, ou tout simplement le creux de la main. Retournons le vase et plaçons-Ie sur la cuve à eau, en en enfonçant la base au-dessous du niveau de l’eau. On peut alors enlever la main, ou bien le disque de verre, ou le bouchon, et le vase retourné demeure rempli d’eau.
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Si maintenant on adapte, au-dessous de sou orifice, l’extrémité d’un tube ajusté à un appareil qui dégage un gaz, celui-ci s’élèvera bulle à bulle dans l’éprouvette et ne tardera pas à la remplir.
On a coutume de remplir ainsi une série d’éprouvettes, ou de flacons, avec les gaz destinés aux expériences.
§ 2. — Cuve a mercure.
La cuve à mercure est l’instrument essentiel de toutes les manipulations exactes relatives aux gaz et à leur analyse. Wici les dimensions et la forme précises que j’ai adoptées depuis un demi-siècle dans mon laboratoire et mon cours du Collège de France, dispositions qui ont été souvent imitées par mes élèves.
Fig. 20.
Pour l’usage courant des études et des expériences de cours, les dimensions d’une cuve à mercure doivent être telles qu’on puisse y remplir et y manier aisément des flacons d’un litre, et qu’on puisse immerger verticalement sous le métal liquide des éprouvettes de 25cm de longueur.
Une telle cuve, ayant la forme décrite ci-dessous, renferme de 161 à 201 de mercure. Elle est taillée dans un bloc de liais, bien homogène, sans fissures, ni cavités.
La forme est celle d’un prisme droit, à base rectangulaire. La base de ma cuve ordinaire a om,54 de long sur om,44 de large; la hauteur est de om,38; l’épaisseur des parois est de om,o45.
La partie profonde est placée au milieu entre deux parties pleines,
servant de banquettes.
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Les bords extérieurs dépassent de 4cm à 5cm le niveau du mercure. H est avantageux que ces bords soient plats, et non .arrondis (comme on les fait souvent à tort); afin que l’opérateur puisse y déposer, à sa portée, des verres et autres menus objets.
Fig. 21.
La partie creuse centrale est profonde de om,2Zj environ, et longue de om,4i. La profondeur doit être égale sur toute la longueur, afin de rendre facile la manœuvre des grands flacons ou éprouvettes.
Les parties latérales pleines, ou banquettes, longues de om, 45 et larges de om,io, sont creusées de rainures profondes et larges de icm; on y loge les extrémités des tubes de verre amenant les gaz que l’on recueille sur la cuve.
La quantité de mercure contenue dans une cuve ayant les dimensions que nous venons d’indiquer doit être suffisante pour que, les banquettes étant recouvertes normalement par une couche de 2cm à 3cm de mercure, elles restent encore immergées lorsqu’on enlève un litre, ou plus, de liquide : ce point est important.
Vers l’extrémité du bloc, sont creusés cinq trous, de om,o32 de diamètre et de om,25 de profondeur : de telle façon qu’on puisse y enfoncer verticalement, et y immerger complètement sous le mercure des tubes gradués, ayant une longueur de om,2o à om,25. L’un de ces trous est placé juste en regard d’une plaque de verre épaisse, ajustée vers le milieu et en haut de la paroi, en vue de la lecture des tubes gradués. Les autres trous servent à déposer provisoirement les autres tubes, que l’on veut conserver pendant le cours des opérations.
La plaque de verre, au travers de laquelle se font les lectures, est longue de om,io, et épaisse de om,oo5. Elle doit être scellée dans l’échancrure de la pierre, de manière que sa surface intérieure soit exactement dans le même plan que la surface intérieure de la paroi de la cuve. Lorsqu’elle est placée dans l’épaisseur même de l’échancrure (et c’est ce que les constructeurs font généralement), le nettoyage du mercure est beaucoup plus difficile.
La cuve à mercure est posée elle-même sur un bâti de bois de hêtre.
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assez solide pour supporter 35oks à 4ooks. Le plateau de bois sur lequel repose la pierre déborde autour d’elle, de façon à former une sorte de gouttière, peu profonde et large de om, i5. Dans cette gouttière s’accumulent le mercure projeté au dehors de la cuve, et les résidus provenant des raclages et nettoyages de la surface métallique. Cette gouttière doit être imperméable au mercure. Elle est taillée dans un bois bien sec. Au besoin, on bouche avec du mastic les fissures qui s’y produisent à la longue, par suite du retrait presque inévitable du bois.
La surface libre du mercure doit être située à une hauteur d’environ im ou im,io au-dessus du plancher, pour permettre à l’opérateur de travailler debout. Cette cuve sera placée de manière qu’on puisse l’aborder de tous les côtés.
Différentes autres formes de cuves à mercure sont usitées dans certains cas. On emploie notamment de petites cuves en porcelaine ( Jig , 22), en bois, ou en fonte, facilement transportables et qui per-
Fig. 22.
mettent de recueillir à l’extrémité d’un appareil de petites quantités de gaz.
Un grand nombre d’instruments spéciaux ont des cuves à mercure de formes particulières, comme celles des appareils de Régnault, de Runsen, de Doyère, de la trompe de Sprengel.
Une éprouvette de verre à pied, dont la partie supérieure est élargie, peut aussi dans quelques cas servir de cuve à mercure.
Une cuve à mercure très profonde , formée d’un cylindre de fonte étroit, de im de long, de i5 à 20 centimètres de diamètre, terminé au sommet par une partie plus évasée, rend des services dans certaines expériences, où l’on se propose d’opérer sous pression réduite, ou même dans le vide barométrique. Une telle cuve sert par exemple à la mesure des tensions de vapeurs, à l’examen spectroscopique de l’étincelle au sein des gaz raréfiés, etc.
On emploie aussi une cuve à mercure, en bois de hêtre, étroite, longue de im,2o, large de i2cm à i5cm, profonde de iocm à 12e"1, à cavité demi-cylindrique, qui sert à remplir de mercure et à vider de gaz des tubes barométriques ou analogues, longs de im.
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Voici encore un petit appareil {fi g. 23), qui permet de recueillir des échantillons de gaz sur le mercure, sans employer aucune espèce de cuve. On introduit, par r extrémité ouverte, le tube à dégagement amenant le gaz. Le gaz qui remplit ainsi le tube-éprouvette est protégé contre le contact de l’air par le mercure demeuré dans la partie courbe.
Fig. 23.
Entretien du mercure de ta cuve. — Il est très important d’entretenir le mercure de la cuve dans un état de pureté complète. Voici comment on y arrive.
En général le mercure que l’on trouve dans le commerce est assez pur, pour qu’on puisse, après une simple tiltration sur un entonnoir effilé, l’employer tel quel aux différents usages de l’analyse des gaz. Cependant il est utile de l’agiter au préalable avec de l’acide sulfurique concentré.
S’il était impur, il serait nécessaire d’avoir recours aux procédés ordinaires de purification, distillation, ou traitement par l’acide azotique.
La distillation s’effeclue commodément dans une cornue de fer (potiche à mercure, à laquelle on visse un tube en fer coudé pour le dégagement de la vapeur). L’extrémité libre de ce tube plonge de quelques millimètres sous de l’eau contenue dans une terrine, où la vapeur du métal se condense.
Le traitement par l’acide azotique est plus simple et plus efficace que la distillation, quoiqu’il n’en supprime pas toujours la nécessité.
Il suffit, à la rigueur, lorsqu’il s’agit d’éliminer les métaux plus oxydables, tels que le sodium, le zinc, et même le plomb, le cuivre et
l’étain.
A cet effet, on introduit le mercure impur, par masses de 25ocmS à 3oorm', dans des flacons de verre, et l’on verse à leur surface 3ocm3 à 4ocm3 d’acide azotique ordinaire. Le métal s’attaque à froid avec
dégagement de vapeur nitreuse. On agite et il se forme une couche d’azotate mercureux, renfermant les métaux plus oxydables. Après quelques heures de digestion et d’agitation, on décante le mercure dans un autre flacon; on le lave d’abord avec de l’acide étendu, puis avec de l’eau pure. On le jette ensuite sur un filtre de papier percé d’un très petit trou, de façon à séparer le mercure de l’eau, et l’on achève de le sécher avec du papier gris buvard. On peut ensuite le remettre dans la cuve.
Ce procédé serait insuffisant, si le mercure était souillé par de l’or, ou par de l’argent. Il faut alors recourir ensuite à la distillation.
Une fois la cuve remplie de mercure pur, il s’agit de le conserver dans cet état. On y parvient aisément, en nettoyant de temps en temps la surface à l’aide de morceaux de papier gris mouillés. On achève ensuite de le purifier au moyen d’un bâton de verre épais, ou d’un gros tube, bouché aux deux bouts, ayant exactement comme longueur la largeur de la cuve. En faisant glisser horizontalement cette tige de verre à la surface du liquide, d’un bout de la cuve à l’autre, et en appuyant légèrement sur cette surface, on entraîne vers l’une des extrémités toutes les impuretés qui s’y trouvent. Lorsque la tige arrive vers le bout de la cuve, on lui donne un petit mouvement de rotation, qui fait adhérer les impuretés sur le verre.
On enlève alors le gros tube et l’on en essuie la surface avec un papier sec, au-dessus de la gouttière de bois. On renouvelle ces opérations jusqu’à ce que le métal de la cuve présente partout l’aspect brillant d’un miroir.
Ce nettoyage du mercure delà cuve doit être effectué pour ainsi dire incessamment : chaque fois que la surface se ternit; chaque lois qu’on y plonge la main; chaque fois qu’on y laisse tomber une goutte d’un réactif quelconque.
Le remplissage des éprouvettes, les lectures des tubes gradués, toutes les manipulations en général deviennent beaucoup plus faciles et plus exactes, lorsqu’un entretient ainsi la surface du mercure dans un état constant de propreté.
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On doit éliminer d’ailleurs de cette façon la légère couche d’oxyde qui tend à se reformer constamment au contact de l’air ordinaire.
La plupart des autres impuretés, provenant soit de l’emploi de certains réactifs, soit de l’attaque du mercure par certains gaz (chlore, gaz hypoazotique, ozone, acide iodhydrique, etc.), restent également à la surface, au moins pendant un certain temps; et elles peuvent être facilement enlevées.
Mais ce qu’il importe d’éviter avec le plus grand soin, c’est d’introduire dans la cuve, soit des fragments de métaux susceptibles de s’amalgamer, tels que le plomb, l’or, l’argent, le cuivre, le zinc, l’étain; ou bien encore du mercure renfermant de petites quantités de ces amalgames tels que ceux qui proviennent de l’amalgamation du zinc de la pile; les amalgames des métaux alcalins, employés souvent comme agents de réduction, sont particulièrement nuisibles : contact et agitation très prolongés avec un acide sont indispensables pour éliminer complètement dans ces amalgames Je métal alcalin.
§ 3. — Fontaine a mercure.
Le mercure souillé provenant du nettoyage de la cuve est recueilli de temps à autre dans la gouttière qui entoure celle-ci. 11 peut être très suffisamment purifié, en le recouvrant d’acide sulfurique concentré, dans une fontaine à mercure, dont j'ai introduit l’usage dans les laboratoires. Je désigne sous ce nom un flacon de 21 environ (fig- 23) portant à sa base une tubulure avec robinet de verre. On y introduit une certaine quantité d’acide sulfurique concentré. Les résidus mercuriels qu’on verse dans celte fontaine sont purifiés d’abord grossièrement par leur passage à travers un entonnoir à pointe effilée. On peut aussi filtrer le mercure sur un filtre de papier percé au fond avec une pointe d’épingle.
Fig. 24.
L’usage d’une telle fontaine est très recommandable dans tout labo-
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ratoire où l’on manie couramment du mercure; on a toujours ainsi à sa disposition une provision de mercure pur, sec et brillant, propre au remplissage des divers appareils ou instruments de mesure.
§ 4. — Nettoyage des vases.
Au cours de toutes les manipulations effectuées sur la cuve à mercure, et d’une façon plus générale dans le laboratoire, j’ai adopté l’usage de carrés de papier gris, de i2cm à i5cm de côté, que l’on obtient aisément en déchirant régulièrement, ou en découpant de grandes feuilles de ce papier. On en dispose des provisions, sur tous les points où l’on a l’habitude de travailler.
Toutes les fois que la surface d’un vase, ou d’une table, ou celle de la cuve à mercure, est mouillée, on se sert de ces carrés pour l’assécher en enlevant par imbibition les petites quantités d’eau qui peuvent rester sur ces objets, après décantation ou essuyage avec une éponge ou un linffe.
Cette petite manipulation, facile à effectuer avec des carrés de papier qu’on rejette à mesure, est plus prompte et assure mieux la propreté que l’emploi des linges, bientôt souillés, et laissant partout leurs e fil Jures.
J’ajouterai que nous avons l’habitude de placer sous la cuve à mercure une terrine, destinée à recevoir immédiatement les divers objets : flacons, éprouvettes, entonnoirs, salis au cours des manipulations. On fait enlever à mesure et remplacer cette terrine.
On se gardera toutefois d’y déposer des éprouvettes et tubes gradués, lesquels doivent être mis à part et nettoyés avec soin, par l’opérateur lui-même, dès la tin de chaque manipulation et sans attendre au lendemain.
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