Élémens de chimie/Partie 1/0
DES PRINCIPES CHIMIQUES.
INTRODUCTION.
LA chimie est une science, dont le but est de connoître la nature et les propriétés des corps.
Les moyens qu’elle emploie pour y parvenir, se réduisent à deux : l’analyse et la synthèse.
Les principales opérations du Chimiste se font dans un attelier qu’on appelle laboratoire.
Un laboratoire doit être grand et bien aéré, afin d’éviter le séjour des vapeurs dangereuses qui sont produites dans quelques opérations, ou qui s’échappent par quelqu’accident imprévu ; il doit être sec, sans quoi les vases de fer s’y rouillent, et la plupart des produits chimiques s’y altèrent ; mais le principal mérite d’un laboratoire, est d’être meublé de tous les instrumens, qui peuvent être employés à l’étude de la nature des corps et à la recherche de leurs propriétés.
Parmi ces instrumens, il en est qui sont d’un usage général et applicables au plus grand nombre d’opérations, il en est d’autres qui ne servent que dans des cas particuliers : cette division nous indique déjà, qu’il ne sera question, en ce moment, que des premiers, et que nous nous réserverons de faire connoître les autres, lorsque nous serons dans le cas de les employer.
Les instrumens chimiques les plus employés, ceux qui se présentent les premiers dans un laboratoire, sont les fourneaux.
On appelle fourneaux des vaisseaux de terre appropriés aux diverses opérations qu’on fait sur les corps par le moyen du feu.
Un mélange convenable de sable et d’argile forme ordinairement ces vaisseaux : il est difficile, il est même impossible, de prescrire et de déterminer, d’une manière invariable, les proportions de ces principes constituant ; elles doivent varier, selon la nature des terres qu’on veut employer : l’habitude et l’expérience peuvent seules nous fournir des principes à ce sujet.
La diverse manière d’appliquer le feu aux substances qu’on veut analyser, a fait donner aux fourneaux différentes formes que nous réduirons en ce moment aux trois suivantes.
1°. Fourneau évaporatoire. Ce fourneau a reçu son nom de ses usages : on s’en sert pour réduire en vapeurs, par le secours du feu, toute substance liquide, et séparer, par ce moyen, des principes plus fixes et plus pesans qui étoient mêlés, suspendus, combinés, ou dissous dans le fluide.
Ce fourneau est composé d’un cendrier et d’un foyer : ces deux parties sont séparées par une grille qui supporte le combustible : le cendrier a une porte qui donne passage à l’air ; et c’est par celle du foyer qu’on introduit le combustible.
Le foyer est recouvert par le vase évaporatoire, et on pratique deux ou trois échancrures, canelures ou dépressions, dans l’épaisseur des parois du fourneau, vers son bord supérieur, pour faciliter l’aspiration et la combustion.
On appelle vase évaporatoire, le vaisseau qui contient la substance qu’on évapore.
Ces vases sont de terre, de verre ou de métal : les vases de terre non vernissés sont trop poreux, et les liquides filtrent à travers leur tissu ; ceux de bisquit de porcelaine se laissent aussi pénétrer par les liquides fortement chauffés, et donnent passage aux substances gazeuses : on connoît à ce sujet les belles expériences de M. Darcet, sur la combustion et la destruction du diamant dans les boules de porcelaine ; j’ai confirmé ces résultats, par des expériences en grand sur la distillation de l’eau forte, qui perd en quantité et qualité, quand on la fabrique dans des vaisseaux de poterie-porcelaine.
Les vaisseaux de terre vernissés ne peuvent pas servir, lorsque le vernis est fait avec les verres de plomb ou de cuivre, puisque ces matières métalliques sont attaquées par les acides, les graisses, les huiles, etc. Ils ne peuvent pas non-plus être employés lorsque la couverte est en émail, parce que cette espèce de verre opaque est presque toujours gercée et fendillée, et que le liquide s’introduit dans le corps du vase.
Les vaisseaux de terre ne peuvent donc servir, que pour ces opérations peu délicates, où la précision et l’exactitude ne sont pas de rigueur.
On doit préférer les vaisseaux évaporatoires de verre : ceux qui résistent le mieux au feu sont ceux qu’on prépare soi-même, en coupant, à l’aide d’un fer rouge, une sphère de verre ou un récipient en deux calottes égales : les capsules qu’on fait dans les verreries sont plus épaisses dans le milieu, et conséquemment plus susceptibles de casser en cet endroit, quand on les expose au feu.
Dans les atteliers des arts on fabrique des évaporatoires de métal : le cuivre est le plus employé, parce qu’il réunit la propriété de résister au feu, à la solidité et à la facilité de pouvoir être travaillé ; on en fait, des alambics pour la distillation des vins et des aromes, des chaudières pour la cristallisation de certains sels et pour quelques travaux de teintures, etc. Le plomb est encore d’un usage assez étendu, et on s’en sert, toutes les fois qu’il est question d’opérer sur des substances qui ont pour base l’acide sulfurique, telles que les sulfates d’alumine et de fer, et pour la concentration et rectification des huiles de vitriol. On emploie également les vaisseaux d’étain dans quelques opérations ; le bain d’écarlate donne de plus belles couleurs dans des chaudières de ce métal que dans toute autre ; on commence déjà à substituer des chapitaux d’étain à ceux de cuivre dans la construction des alambics ; et, par ce moyen, les divers produits de la distillation sont exempts de tout soupçon de ce métal dangereux. On se sert encore de chaudières de fer pour des opérations grossières, comme, par exemple, lorsqu’il est question de rapprocher des lessives de salin, de salpêtre, etc.
Les évaporatoires d’or, d’argent ou de platine, doivent être préférés dans quelques opérations délicates : mais le prix et la rareté n’en permettent pas l’usage, sur-tout dans les travaux en grand.
Au reste, c’est la nature de la substance qu’on évapore, qui doit décider du choix du vase qui convient le mieux à l’opération : on ne peut point adopter exclusivement tel ou tel évaporatoire ; tout ce qu’on peut dire, c’est que le verre présente le plus d’avantages, parce que la matière qui le constitue est la moins attaquable, la moins soluble, et la moins destructible par les agens chimiques.
Les vaisseaux évaporatoires sont connus sous les noms de capsules, de cucurbites, etc. selon la variété de leur forme.
Ces vases doivent être, en général, très-évasés et peu profonds : pour que la distillation et l’évaporation soient promptes et économiques, il faut, 1°. que le vase évaporatoire ne soit point étranglé à sa partie supérieure ; 2°. que la chaleur soit appliquée au liquide dans tous les points et d’une manière égale ; 3°. que la colonne ou masse du liquide présente peu de hauteur et beaucoup de surface : c’est sur ces principes que j’ai fait construire, dans le Languedoc, des chaudières propres à distiller les vins, qui économisent les onze douzièmes de temps et les quatre cinquièmes de combustible.
L’évaporation peut se faire de trois manières, 1°. à feu nud, 2°. au bain de sable, 3°. au bain-marie.
L’évaporation se fait à feu nud, lorsqu’il n’y a aucun corps interposé entre le feu et le vaisseau qui contient la substance à évaporer, comme lorsqu’on fait bouillir de l’eau dans un chaudron.
L’évaporation se fait au bain de sable, lorsqu’on interpose un vaisseau rempli de sable entre le feu et le vaisseau évaporatoire : alors la chaleur se communique plus lentement et d’une manière plus graduée, et les vaisseaux, qui casseroient par l’application immédiate de la chaleur, résistent par ce moyen ; la chaleur est en même-temps plus égale et plus soutenue, le refroidissement est plus gradué, et les opérations se font avec plus d’ordre, plus de précision et plus d’aisance.
Si, au lieu d’employer un vase plein de sable, on se sert d’un vaisseau rempli d’eau, et qu’on plonge dans le liquide le vase évaporatoire, l’évaporation se fait au bain-marie : dans ce cas, la substance qu’on évapore n’est chauffée que par la chaleur que lui communique le liquide ; cette forme ou méthode d’évaporation est employée, lorsqu’il est question d’extraire ou de distiller quelques principes très-volatils, tels que l’alkool, l’arome des plantes, etc. Elle a l’avantage de fournir des produits qui ne sont point altérés par le feu, parce que la chaleur leur est transmise par l’intermède d’un liquide ; c’est ce qui rend ce procédé précieux pour extraire les huiles volatiles, les parfums, les liqueurs étherées, etc. : elle a encore l’avantage de présenter une chaleur à-peu-près égale, parce que le degré de l’ébullition est un terme assez constant ; et on peut graduer et varier à volonté cette chaleur, en ajoutant des sels au liquide du bain-marie, et rendant, par ce seul moyen, l’ébullition plus ou moins prompte et plus ou moins facile ; on peut y parvenir encore, en gênant l’évaporation, car, dans ce cas, le liquide peut prendre une chaleur beaucoup plus forte, comme on le voit dans la marmite de Papin, les pompes à feu, l’éolipile, et les chaudières des avivages dans la teinture en rouge du coton.
La sublimation diffère de l’évaporation, en ce que la substance qu’on volatilise est solide : les vases qui servent à cette opération sont connus sous le nom de vaisseaux sublimatoires : ce sont ordinairement des boules surmontées d’un long col, et alors on les appelle matras.
Pour sublimer une substance, on entoure de table une partie de la boule du matras ; la matière que la chaleur volatilise va se condenser contre la portion du vase la plus froide, et forme une couche ou calotte qu’on enlève en cassant le vase ; c’est ainsi qu’on forme, dans le commerce, le sel ammoniac, le sublimé corrosif, etc.
La sublimation se pratique ordinairement, ou bien pour purifier certaines substances et les dégager de quelques matières étrangères, ou bien pour réduire en vapeurs et combiner sous cette forme des principes qui s’uniroient difficilement, s’ils n’avoient pas été ramenés à ce point de division.
2°. Fourneau de réverbère. On a donné le nom de fourneau de réverbère à celui qui est approprié aux distillations.
Ce fourneau est composé de quatre pièces : 1°. d’un cendrier destiné à livrer passage à l’air, et à recevoir les cendres ou le résidu de la combustion ; 2°. d’un foyer séparé du cendrier par la grille, c’est dans cette pièce qu’est contenu le combustible ; 3°. d’une portion de cylindre, qu’on appelle laboratoire, parce que c’est cette partie qui reçoit les cornues employées au travail ou à la distillation ; 4°. ces trois pièces sont couvertes d’un dôme ou d’une portion de sphère percée vers son milieu par un trou qui livre passage au courant d’air et forme la cheminée.
La forme la plus ordinaire qu’on donne au fourneau de réverbère, est celle d’un cylindre terminé par une demi-sphère surmontée d’une cheminée plus ou moins longue, ce qui détermine une aspiration plus ou moins forte.
Pour qu’un fourneau de réverbère soit dans les bonnes proportions, il faut, 1°. établir un large cendrier, afin que l’air y aborde frais et sans altération ; 2°. donner au foyer et au laboratoire réunis la forme d’une véritable ellipse dont le feu et la cornue occupent les deux foyers, alors toute la chaleur, soit directe, soit réfléchie, se porte sur la cornue.
Le fourneau de réverbère est employé aux distillations : on appelle distillation, cette opération par laquelle on cherche à désunir et à séparer par le feu les divers principes d’un corps, selon les loix de leur pesanteur et de leurs affinités.
Les vaisseaux distillatoires sont connus sous le nom de cornues.
Les cornues sont, de verre, de grès, de porcelaine ou de métal : on se sert de l’une ou de l’autre de ces matières, selon la nature des substances qu’on veut distiller.
De quelque nature que soit la cornue, la forme en est toujours la même, et elles ont toutes la figure d’un œuf terminé par un bec ou tuyau qui diminue insensiblement de largeur et est légèrement incliné.
La portion ovale de la cornue, qu’on appelle la panse, se place dans le laboratoire du fourneau, et est supportée sur deux barres de fer qui séparent le laboratoire du foyer, tandis que le bec ou col de la cornue sort au dehors du fourneau par l’ouverture circulaire pratiquée sur les bords du dôme et du laboratoire.
On adapte au bec de la cornue un vase destiné à recevoir le produit de la distillation ; c’est ce vase qu’on nomme récipient.
Le récipient est ordinairement une sphère qui présente deux ouvertures ; l’une assez grande, pour recevoir le col de la cornue ; l’autre plus petite, pour donner issue aux vapeurs : c’est celle-ci qu’on appelle tubulure du récipient ; de là, récipient tubulé ou non tubulé, etc.
Quoique le fourneau de réverbère soit spécialement affecté aux distillations, cette opération peut s’exécuter au bain de sable ; et ici, comme ailleurs, c’est au seul génie de l’Artiste à varier ses appareils selon le besoin, les circonstances et la nature des matières sur lesquelles il opère.
On peut également varier la construction de ces fourneaux ; et le Chimiste doit apprendre de bonne heure à se servir de tout ce qu’il a sous la main pour exécuter ses opérations ; car, s’il se laisse maîtriser par les circonstances, et qu’il se persuade qu’on ne peut travailler à la chimie, que dans un laboratoire pourvu de tous les vaisseaux convenables, il laissera échapper le moment d’une découverte qui ne se présentera plus ; et on peut dire avec fondement, que celui qui se traîne servilement sur les pas d’autrui ne s’élèvera jamais jusqu’à des vérités nouvelles.
3°. Fourneau de forge. Le fourneau de forge est celui où le courant d’air est déterminé par un soufflet : cendrier, foyer, laboratoire tout est réuni ; et cet ensemble ne forme qu’une portion de cylindre percé, vers l’angle inférieur, d’un petit trou où aboutit le tuyau du soufflet ; on recouvre quelquefois cette partie d’une calotte ou dôme, pour concentrer plus efficacement la chaleur, et la réverbérer sur les corps qui y sont exposés.
Ce fourneau est employé pour la fonte, la calcination des métaux, et généralement pour toutes les opérations qu’on exécute dans les creusets.
On entend par creusets, des vases de terre ou de métal, qui ont presque toujours la forme d’un cône renversé : un creuset doit supporter la plus forte chaleur sans se fondre ; il doit encore être inattaquable par tous les agens qu’on expose au feu dans ces vases : ceux qui se rapprochent le plus de ces degrés de perfection, sont ceux de Hesse et de Hollande ; j’en ai fabriqué de très-bons, par le mélange de l’argile crue et de l’argile cuite de Salavas dans le Vivarais.
On a pourvu nos laboratoires de creusets de platine qui réunissent les plus excellentes propriétés ; ils sont presque infusibles, et en même-temps indestructibles par le feu.
On peut fabriquer à la main, ou travailler au tour, les divers vaisseaux de terre dont nous venons de parler ; le premier procédé les rend plus solides, la pâte en est mieux battue, et c’est le seul usité dans les verreries ; le second est plus expéditif.
L’agent des décompositions par le moyen des fourneaux, est le feu : il est fourni par le bois, le charbon de terre ou celui de bois.
Le bois n’est employé que pour quelques travaux en grand ; et nous préférons le charbon de bois dans nos laboratoires, parce qu’il ne fume point, n’a pas de mauvaise odeur et qu’il brûle mieux en petit volume que les autres combustibles ; nous choisissons le plus sonore, le plus sec et le moins poreux.
Mais, dans les diverses opérations dont nous venons de parler, il est nécessaire, de garantir les cornues de l’action immédiate du feu, de coercer et de retenir des vapeurs expansibles, précieuses et souvent corrosives, et c’est pour remplir ces vues qu’on emploie différens luts.
1°. Une cornue de verre exposée à l’action du feu casseroit infailliblement, si on n’avoit la sage précaution de la revêtir d’une chemise ou enveloppe de terre.
Je me sers avec avantage, pour lutter les cornues, d’un mélange de terre grasse et de fiente fraîche de cheval : pour cet effet, on fait pourrir pendant quelques heures de la terre glaise dans l’eau, et lorsqu’elle est bien humectée et convenablement ramollie, on la pétrit avec la fiente de cheval et on en forme une pâte molle, qu’on applique et qu’on étend avec la main sur toute la partie de la cornue qui doit être exposée à l’action du feu. La fiente de cheval réunit plusieurs avantages ; 1°. elle contient un suc glaireux qui durcit par la chaleur et lie fortement toutes les parties ; lorsque ce suc a été altéré par la fermentation ou la vétusté, ce fumier n’a plus la même vertu ; 2°. les filamens ou brins de paille, qui se distinguent si aisément dans la fiente de cheval, unissent toutes les parties du lut.
Les cornues luttées de cette manière résistent très-bien à l’impression du feu ; et l’adhérence du lut à la cornue est telle que, lors même qu’une cornue se fend pendant l’opération, la distillation se soutient et continue, comme je l’éprouve journellement dans les travaux en grand.
2°. Lorsqu’il s’agit de coercer ou de s’opposer à la sortie des vapeurs qui se dégagent d’une opération, il suffit, sans-doute, d’enduire les jointures des vaisseaux avec le papier enduit de colle, la vessie mouillée, le lut de chaux et de blanc d’œuf, si les vapeurs ne sont ni dangereuses ni corrosives ; mais, lorsque les vapeurs rongent et corrodent, on se sert alors du lut gras pour les contenir.
Le lut gras est fait avec l’huile de lin cuite mêlée et bien incorporée avec l’argile tamisée : l’huile de noix pétrie avec la même argile forme un lut qui a les mêmes propriétés, il s’étend aisément sous la main ; on en garnit les jointures des vaisseaux et on l’assujettit ensuite avec des bandes de linge trempées dans le lut de chaux et de blanc d’œuf.
Avant d’appliquer le feu à une distillation, il faut laisser sécher les luts : sans cette précaution, les vapeurs les soulèvent et s’échappent, ou bien elles se combinent avec l’eau qui abreuve et humecte les luts, et rongent la vessie, la peau, le papier, en un mot, toutes les matières qui les assujettissent.
Le lut de chaux et de blanc d’œuf sèche très-promptement, et il faut l’employer dès le moment qu’il est fait : c’est aussi celui qui oppose le plus de résistance à l’effort des vapeurs, et adhère le plus intimement au verre : on le fait, en mêlant un peu de chaux vive très-divisée au blanc d’œuf, et battant de suite ce mélange pour faciliter la combinaison, on le porte dans le moment sur des morceaux de vieux linge qu’on applique sur les jointures.
Dans les travaux en grand, où il n’est pas possible d’apporter tous ces minutieux détails, on lutte les jointures du récipient à la cornue avec le même lut qui sert à enduire les cornues ; et il suffit d’une couche de l’épaisseur de quelques lignes, pour que les vapeurs d’acide muriatique ou d’acide nitrique ne s’échappent point.
Comme dans certaines opérations, il se dégage une si prodigieuse quantité de vapeurs, qu’il est dangereux de les coercer, et que, d’un autre côté, la perte fait un déchet considérable dans le produit, on a imaginé un appareil aussi simple qu’ingénieux pour modérer la sortie et retenir sans risque les vapeurs qui s’échappent ; cet appareil est connu sous le nom de son auteur, M. Woulf, fameux Chimiste anglois : son superbe procédé consiste à adapter l’extrémité d’un tube creux et recourbé à la tubulure du récipient, tandis que l’autre bout plonge dans l’eau d’un flacon à moitié plein qu’on place à côté : de la partie vide de ce même flacon, part un second tube qui va se rendre dans l’eau d’un second flacon : on peut en ajouter plusieurs, en observant les mêmes précautions, avec l’attention néanmoins de laisser le dernier ouvert, pour donner une libre issue aux vapeurs non coercibles : et l’appareil ainsi disposé, on lutte toutes les jointures. On sent déjà que les vapeurs qui s’échappent de la cornue sont obligées d’enfiler le tube adapté à la tubulure du récipient et de passer à travers l’eau du premier flacon : elles éprouvent donc une première résistance qui les condense en partie ; mais, comme presque toutes les vapeurs sont plus ou moins miscibles et solubles dans l’eau, on a calculé la quantité d’eau nécessaire pour absorber la quantité de vapeurs qui se dégagent d’un mélange donné, et on a soin de distribuer dans les flacons de l’appareil le volume d’eau convenable.
On obtient par ce moyen les produits les plus purs et les plus concentrés, puisque l’eau qui est toujours l’excipient et le véhicule de ces substances en est saturée ; c’étoit là peut-être encore le seul moyen d’obtenir des produits d’une énergie toujours égale et d’un effet comparable, ce qui est très-important dans les opérations des arts et nos expériences de laboratoire.
J’ai appliqué cet appareil aux travaux en grand, et je m’en sers pour extraire l’acide muriatique ordinaire, l’acide muriatique oxygéné, l’ammoniaque, etc.
Comme il arrivoit fort souvent, que la pression de l’air extérieur faisoit passer l’eau des derniers flacons dans le récipient par le simple refroidissement de la cornue, on a obvié à cet inconvénient en plaçant un tube droit dans le goulot du premier et du second flacon, de façon qu’il plonge dans l’eau et s’élève à quelques pouces au-dessus du goulot ; on sent d’après cette disposition que, lorsque les vapeurs dilatées du récipient et de la cornue se condenseront par le refroidissement, l’air extérieur se précipitera par ces tubes pour rétablir l’équilibre, et l’eau ne pourra pas passer de l’un dans l’autre.
Avant que cet appareil fût connu, on laissoit un trou dans le récipient qu’on avoit soin de boucher et d’ouvrir de temps en temps pour donner issue aux vapeurs : cette méthode avoit plusieurs inconvéniens ; le premier de tous, c’est que, malgré toutes ces précautions, on couroit risque d’une explosion à chaque moment par le dégagement peu gradué des vapeurs et l’impossibilité de calculer la quantité qui s’en produisoit dans un temps donné : le second, c’est que les vapeurs qui se dissipoient entrainoient un déchet notable dans le produit et en affoiblissoient même la vertu, puisque ce principe volatil est le plus énergique : le troisième, c’est que cette vapeur incommodoit l’Artiste à tel point qu’il étoit impossible d’exécuter la plupart des opérations dans les cours de chimie en présence de nombreux auditeurs.
L’appareil de Woulf réunit donc plusieurs avantages : d’un côté, économie dans la fabrication et supériorité dans le produit ; de l’autre, sûreté pour le Chimiste et les Assistans : et, sous tous ces rapports, l’Auteur a des droits à la reconnoissance des Chimistes qui trop souvent atteints de ces funestes exhalaisons traînoient une vie languissante ou périssoient victimes de leur zèle pour la science.
Il est nécessaire de pourvoir un laboratoire de balances d’une précision rigoureuse : car le Chimiste qui n’opère souvent que sur de petites masses doit retrouver, par la rigueur de ses opérations et l’exactitude de ses appareils, des résultats comparables avec ceux des travaux en grand : c’est souvent sur le simple essai d’un échantillon de mine qu’on détermine une exploitation, et l’on sent de quelle conséquence il est d’écarter toute cause d’erreur puisque la plus légère dans les travaux de laboratoire entraîne les suites les plus funestes lorsqu’on fait l’application des principes aux travaux en grand.
Nous parlerons des autres vases et appareils chimiques à mesure que nous aurons occasion de nous en servir ; nous avons cru, qu’en rapprochant ainsi la description de leurs usages, nous parviendrions à les faire mieux connoître et que nous fatiguerions moins la mémoire de nos lecteurs.