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L’École normale de l’an III. Vol. 3, Leçons de physique, de chimie, d’histoire naturelle

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Étienne Guyon

Leçons de chimie de Berthollet

Cinquième leçon

12 ventôse/2 mars

Texte intégral

1Si l’on avait annoncé aux chimistes de l’Europe qu’on avait mêlé deux substances, dont l’une A formait environ le sixième en poids de l’autre B ; qu’à une chaleur forte, ces deux substances avaient perdu les propriétés qui les distinguaient, et avaient été remplacées par une substance égale en poids aux deux premières, mais jouissant de propriétés caractéristiques.

2Si l’on avait ajouté : la substance résultant de l’opération précédente a été, en lui appliquant les affinités d’un autre corps, séparée de nouveau en deux principes semblables aux premiers par et dans les mêmes proportions. Les expériences délicates qui ont produit ces phénomènes ont été faites et répétées avec une précision qui, à des balances très exactes, n’a pas laissé une incertitude d’un deux centième sur les poids.

  • 1 L’incertitude des mesures est devenue un leitmotiv des sciences expérimentales à l’issue d’un sièc (...)

3Tous les chimistes auraient répondu : vous avez fait une combinaison de deux principes, en les élevant à une haute température ; il en est résulté une substance composée, qui a dû jouir de propriétés qui lui étaient particulières : vous avez ensuite décomposé cette substance par le moyen d’un corps qui avait plus d’affinité avec l’un des deux principes que n’en avaient ces deux principes entre eux. Quant à la petite incertitude de poids dont vous parlez, nous l’éprouvons dans toutes nos expériences ; elle tient aux moyens humains que nous avons à notre disposition, et il n’y a presque point d’épreuves où nous parvenions à la précision que vous annoncez, sans que nous élevions pour cela quelque doute sur leurs résultats1.

4Je viens de vous tracer le précis des expériences qui ont été faites sur la composition et la décomposition de l’eau ; mais tous les chimistes n’ont pas fait la réponse que j’ai supposée : il est vrai que les contradictions qu’à éprouvées cette grande découverte ont été la source de plusieurs observations, dont la science a profité.

  • 2 On remarque ici que Berthollet attribue sans hésitation la connaissance de l’oxygène à Priestley p (...)

5Le gaz oxygène, l’air vital, l’air pur, dont nous devons la connaissance à Priestley2, est cette partie de l’air atmosphérique qui seule sert à entretenir la combustion, la respiration, et qui contribue à l’oxydation des métaux et à la formation de plusieurs acides, objets dont nous nous occuperons successivement ; sa pesanteur spécifique est à celle de l’air atmosphérique, à peu près 50/46 ; il pèse, le pouce cube à la température de 10 degrés du thermomètre et à la pression de 28 pouces de mercure, 0,506 grain, et le pied cube 1 once 4 gros.

6Le gaz hydrogène ou air inflammable ne peut entretenir la combustion lorsqu’il est seul ; mais il s’enflamme et brûle avec l’air vital. La pesanteur spécifique de ce gaz bien pur est à celle de l’air atmosphérique à peu près dans le rapport 1/13.

7Le gaz hydrogène exposé à la chaleur ne fait que se dilater dans une proportion que nous laissons à la physique le soin de déterminer ; le gaz oxygène se conduit de même, lorsqu’il est isolé.

  • 3 Le pistolet de Volta est un instrument inventé par Alessandro Volta (1745-1823) avec l’idée d’util (...)

8Lorsque ces deux gaz se trouvent en contact, mêlés ensemble et exposés à une température élevée, ils s’enflamment avec grand bruit ; ils paraissent se détruire à peu près dans les proportions de deux parties en volume de gaz hydrogène, et d’une partie de gaz oxygène : c’est ainsi qu’on imite les effets de la poudre dans le tube qu’on appelle pistolet de Volta, et dans lequel on enflamme le mélange par le moyen d’une étincelle électrique3.

9Si le gaz hydrogène n’a qu’un contact partiel avec le gaz oxygène, la combustion se fait d’une manière successive et sans explosion ; c’est ce qui arrive lorsqu’on fait passer un faible courant de l’un des gaz dans un vase rempli de l’autre : alors le phénomène est paisible ; on peut l’examiner dans tous ces détails.

10On a employé avec un égal succès ces deux méthodes, pour reconnaître le résultat de la combinaison de l’hydrogène et de l’oxygène.

  • 4 Monge expose le montage de son expérience dans « Mémoire sur le résultat de l’inflammation du gaz (...)

11Monge a employé la première4 : il a fait le vide dans un ballon, ensuite il y a introduit une quantité de gaz oxygène, qui, à la pression ordinaire de l’atmosphère, aurait rempli le douzième de sa capacité, par le moyen d’un robinet qui conduisait à un cylindre rempli de gaz oxygène, placé sur l’eau, et gradué de manière que, par le point auquel s’élevait l’eau, il jugeait de la quantité précise du gaz qui était passée dans le ballon : après cela, il a fini de remplir le ballon de gaz hydrogène par le moyen d’un autre robinet qui communiquait avec un second cylindre rempli de ce gaz, comme le premier l’était de gaz oxygène. Après avoir fermé ce second robinet, il a fait une explosion par le moyen d’une étincelle électrique, portée dans le mélange par un excitateur. Après cette première explosion, il a introduit un nouveau douzième de gaz oxygène, et ainsi de suite.

12Lorsque le résidu gazeux s’opposait à l’explosion, il le retirait par le moyen d’une pompe pneumatique, et il recommençait l’introduction des gaz et les explosions successives. Il a formé ainsi 3 onces 189,1 grains. Cette eau ne présentait que des indices très légers d’acidité, elle était presque entièrement semblable à l’eau distillée. Les résidus ont été examinés, et pesés avec beaucoup de soins (Mémoires de l’Académie des sciences, 1783).

  • 5 Voir « Mémoire dans lequel on a pour objet de prouver que l’eau n’est point une substance simple, (...)

13Lavoisier et Meusnier ont employé la seconde méthode ; leur appareil consiste en deux gazomètres ou réservoirs qui contiennent, l’un du gaz hydrogène, l’autre du gaz oxygène, et qui servent à mesurer les quantités de gaz employées et la pression qu’on leur fait éprouver en un grand récipient de verre, privé d’air par la machine pneumatique, et rempli après cela de gaz oxygène ; en deux tubes de communication entre les gazomètres et le récipient, l’un qui amène le gaz oxygène dans le récipient, l’autre qui y conduit le gaz hydrogène. On enflamme le courant du gaz hydrogène par le moyen de l’étincelle électrique, et la combinaison se fait dans le ballon, ou récipient, où l’on en recueille les résultats (Voyez les Mémoires de l’Académie de 17815).

14Les précautions qui doivent fixer l’attention dans cette expérience concernent le choix des matières employées, leur pesée exacte, la rapidité plus ou moins vive de la combustion, l’estimation précise des résidus.

15L’air vital peut être retiré du muriate oxygéné de potasse, des oxydes de mercure, de l’oxyde de manganèse.

  • 6 Le « muriate oxygéné de potasse » (sans doute chlorate de potassium) fut la source d’oxygène dans (...)

16Si on retire l’air du muriate oxygéné de potasse, avec des précautions qui excluent tout air atmosphérique et toute matière combustible, on a un air parfaitement pur ; mais ces précautions sont difficiles et ne peuvent être suivies dans une opération en grand. Celui qu’on retire des oxydes de mercure se trouve toujours mêlé d’une portion plus ou moins grande de gaz azote ; celui qu’on retire de l’oxyde de manganèse contient aussi plus ou moins de gaz azote, et plus ou moins d’acide carbonique. On peut retirer le gaz oxygène de l’oxyde de manganèse ou par l’action seule du feu, ou par l’action combinée de la chaleur et de l’acide sulfurique : il faut une chaleur beaucoup plus vive dans le premier procédé que dans le dernier. Pour l’expérience qui est sous vos yeux, on emploie le gaz retiré du muriate oxygéné de potasse6.

  • 7 Sur les difficultés de pesée des gaz et les diverses manières de les surmonter, voir T. Levere, «  (...)

17La pesée des gaz demande des attentions particulières7 : on fait le vide dans un ballon qu’on pèse dans cet état à une balance très exacte ; on le remplit du gaz qu’on examine ; on le pèse de nouveau : la différence qu’on observe donne le poids du volume de gaz qu’on a introduit dans le ballon, dont on connaît la capacité ; mais on ne peut faire un vide parfait : il faut donc évaluer la quantité d’air qui est resté dans le ballon ; mais la pesanteur des gaz varie selon leur dilatation relative à la température et à la pesanteur de l’atmosphère ; il faut donc déterminer la hauteur du baromètre et le degré du thermomètre, et pour rendre les résultats comparatifs, ramener les effets du baromètre à une pression de 28 pouces de mercure, et la température à 10 degrés du thermomètre, divisé en 80 parties entre la glace et l’ébullition de l’eau.

18Quand on a ainsi pesé un échantillon des gaz dont on fait usage, on détermine par le gazomètre la quantité qui est employée dans l’expérience ; mais dans le courant de l’expérience, il faut déterminer de temps en temps les variations de chaleur, et les changements de pression qu’éprouvent les gaz, pour estimer leur influence sur les produits.

19La vivacité ou la longueur de la combustion exigent qu’on augmente ou qu’on diminue la pression de chaque gazomètre qui doit être considéré comme une balance, dont on fait pencher, ou dont on élève un bassin, en diminuant, ou en augmentant les poids contenus dans le bassin opposé.

20Quand l’opération est achevée, le ballon où s’est faite la combustion se trouve rempli d’un gaz composé du mélange de l’acide carbonique qui a passé avec les autres gaz, ou qui s’est formé dans l’opération, d’une portion de gaz hydrogène et de gaz oxygène, qui n’ont pas subi la combustion, et du gaz azote qui accompagnait ces deux gaz.

21On peut juger des proportions de ces gaz en soutirant une partie du résidu par le moyen d’une pompe pneumatique : on détermine, après cela, la proportion d’acide carbonique en l’absorbant par l’eau de chaux : celle du gaz hydrogène et celle du gaz oxygène, par le moyen de l’eudiomètre de Volta.

22Pour cette dernière opération, il faut deux détonations : dans l’une, on ajoute une certaine quantité d’oxygène ; alors, on est sûr de détruire tout le gaz hydrogène qui se trouve dans la portion qu’on éprouve, et par la diminution que produit la détonation, on apprécie la quantité de gaz hydrogène. Dans l’autre, au contraire, on ajoute du gaz hydrogène, et par la diminution qu’opère la détonation, on trouve la quantité de gaz oxygène qui était dans le gaz dont on fait l’épreuve.

23On peut encore trouver la quantité du gaz oxygène par les autres moyens eudiométriques que nous analyserons dans une autre séance.

24Quand on a déterminé la quantité de l’acide carbonique, celle du gaz hydrogène et du gaz oxygène, le reste est nécessairement du gaz azote. On connaît donc les proportions des parties du résidu gazeux, dont on n’a plus qu’à fixer le poids total.

25On conçoit par l’exposé succinct que je viens de faire, combien d’attentions délicates exige cette expérience, quand on veut répondre de toutes les circonstances et parvenir aux résultats les plus approchés : elle demande non seulement une grande habitude dans l’art des expériences, une connaissance exacte des méthodes physiques de déterminer les poids variables des volumes de gaz ; mais encore des instruments d’une perfection rare. On ne pourra donc se flatter que rarement de réunir les circonstances nécessaires pour faire cette opération importante avec l’exactitude qui était nécessaire, pour établir une vérité si opposée à l’idée qu’on s’était faite peut-être toujours sur la nature simple de l’eau : elle demande même des soins qu’on ne peut se donner dans un cours de chimie.

26Toutefois il est nécessaire que cette expérience puisse se répéter dans les écoles centrales, avec une précision suffisante pour entraîner la conviction de ceux que vous devez instruire.

27Ayez un ballon d’environ 20 pintes de contenance ; qu’il soit muni d’un robinet, d’un tube de communication pour y introduire le gaz qui doit s’enflammer et d’un excitateur : vous y faites le vide avec soin.

28Vous avez d’un autre côté un cylindre de verre, qui porte à son extrémité un robinet qui peut se visser avec le premier ; vous placez ce cylindre sur l’eau que vous aspirez jusqu’au haut par le moyen d’un tube recourbé ; vous y introduisez une mesure d’air vital qui sera par exemple de 10 pouces cubes ; vous marquez sur une bande de papier collée au cylindre l’espace occupé par ces 10 pouces cubes et vous pouvez le sous-diviser ; vous ajoutez une nouvelle mesure ; nouvelle marque : vous remplissez ainsi votre cylindre et vous continuez à le graduer. Quand cette opération est finie, vous établissez une communication entre le globe et le cylindre en ouvrant leurs robinets ; vous reconnaissez exactement la quantité de gaz qui est entrée dans le ballon par la graduation de l’échelle : quand il est rempli à refus, vous le séparez.

29Alors vous faites remonter l’eau jusqu’à l’extrémité du cylindre ; vous y introduisez des mesures connues de gaz hydrogène ; vous établissez entre le cylindre et le tube qui doit porter le gaz hydrogène dans l’intérieur du ballon une communication, par le moyen d’un tube flexible de cuir, recouvert avec soin d’un taffetas vernissé, pareil à celui qui contient le gaz hydrogène des aérostats ; vous pressez le cylindre contre l’eau pour déterminer le courant du gaz hydrogène, et tout de suite vous l’enflammez par le moyen d’une étincelle électrique. Vous fournissez à l’emploi du gaz hydrogène et, sans renouveler le gaz oxygène, vous pouvez faire à peu près une once d’eau. Vous pouvez adapter au tube flexible de communication un tube de verre ou de cuivre dans lequel vous placez du muriate de chaux desséché pour retenir l’eau contenue soit dans le gaz oxygène, soit dans le gaz hydrogène.

30Si vous voulez faire une plus grande quantité d’eau, il vous faut deux cylindres, l’un pour le gaz oxygène, par lequel vous devez remplacer ce qui se consume dans le ballon ; l’autre destiné au gaz hydrogène, et alors deux tubes de communication. Vous appréciez le résidu de la manière que j’ai décrite.

31Un doute se présentait d’abord : l’eau qu’on voit se déposer ne pouvait-elle pas être tenue en dissolution par les gaz employés ? Pour dissiper ce doute, Lavoisier, Meusnier, ont fait passer les gaz dans les tubes qu’ils avaient remplis de muriate de chaux desséché. Dans cet état, le muriate de chaux enlève puissamment l’eau qui est tenue en dissolution par les gaz, ils ont donc employé des gaz très secs ; et la quantité d’eau qu’ils ont pu retenir n’était certainement qu’une très petite partie de celle qui se dépose, partie qui est absolument étrangère à la combinaison qui se fait, et qui ne peut pas plus influer d’une manière sensible, sur les résultats qu’on obtient, que l’eau contenue dans presque tous les agents chimiques n’influe sur la plupart des combinaisons qu’on forme.

32Cavendish a observé que dans la composition de l’eau, il se forme quelquefois de l’acide nitrique, dont on détermine la quantité par le moyen de la potasse, surtout lorsqu’on emploie un air vital qui n’est pas bien pur, et qui contient une certaine proportion de gaz azote ; il a bien fait connaître la cause de ce phénomène ; mais Priestley, qui a fait un grand nombre d’observations intéressantes sur cet objet, a cru que c’était l’acide nitreux qui se formait dans cette opération, et que l’eau tenue en dissolution dans les gaz était simplement déposée.

33Il résultait déjà des observations de Cavendish : 1) que l’on obtenait une eau sans acide, lorsqu’on faisait brûler un mélange de gaz hydrogène et de gaz oxygène, tel que la proportion du gaz hydrogène fût suffisante pour qu’il ne restât pas de gaz oxygène surabondant. La raison de ce phénomène est que l’hydrogène ayant plus d’affinité avec l’oxygène que l’azote qui donne naissance à l’acide nitreux, celui-ci ne peut plus se former, dès qu’il y a une proportion convenable de gaz hydrogène. 2) Que l’on obtenait une plus grande quantité d’acide nitreux, lorsqu’on ajoutait à l’air vital une certaine proportion de gaz azote, à peu près jusqu’au quart de son volume ; mais qu’on obtenait, au contraire, moins d’acide lorsqu’on se servait d’air atmosphérique, dont plus des trois quarts sont du gaz azote. Pour entendre l’explication de ce fait, il faut connaître l’observation suivante : Fourcroy, Vauquelin et Seguin ont répété la composition de l’eau avec le plus grand soin, et ils ont observé une circonstance nouvelle qui détermine la formation de l’acide nitreux, ou la production d’une eau parfaitement pure ; cette circonstance est la vivacité plus ou moins grande de la combinaison : lorsque la flamme a une vivacité suffisante, il se forme de l’acide nitreux ; lorsque la combinaison se fait avec beaucoup de ménagement, l’eau est pure, même quoiqu’on se serve d’un gaz oxygène qui contienne une proportion de gaz azote, favorable à la production de l’acide.

  • 8 L’acidité de l’eau formée dans la fameuse expérience de 1785 a préoccupé Laplace et Lavoisier. La (...)

34On a donc trois moyens d’éviter la production de l’acide nitreux : le premier est d’employer des gaz parfaitement purs, ce qui est très difficile ; le second, de faire la combustion avec une proportion de gaz hydrogène suffisante pour se combiner avec tout le gaz oxygène : ce qui est facile en faisant brûler les deux gaz dans les proportions convenables, en les faisant arriver ensemble dans le vase où s’opère la combustion, comme faisait Cavendish : ce qui a lieu également dans le procédé de Monge, qui mêle des portions successives de gaz oxygène au gaz hydrogène ; ce qui, enfin, peut s’exécuter dans le procédé suivi par les autres chimistes français, en tenant le récipient rempli de gaz hydrogène, au lieu de le remplir de gaz oxygène ; le troisième moyen est de ménager beaucoup la combustion.8

35À présent, vous voyez pourquoi on peut accroître la quantité d’acide nitreux, en augmentant, jusqu’à un certain point, la proportion du gaz azote ; mais si cette augmentation est trop grande, alors la combustion devient trop languissante pour qu’il se forme de l’acide nitreux.

36Puisqu’on a réussi à faire l’eau sans acide nitreux, puisqu’on connaît les circonstances qui servent à sa production, il n’y point de doute que la formation de l’eau n’en soit indépendante.

37Si l’eau est composée de deux substances simples, on doit parvenir à séparer ces deux principes, en cherchant une substance dont l’affinité soit plus forte pour l’une des deux : plusieurs ont cette propriété ; mais c’est le fer qui le fait de la manière la plus convenable, pour qu’on puisse évaluer toutes les circonstances de l’opération.

38On avait déjà observé que le fer abandonné dans l’eau laissait échapper du gaz inflammable ; mais on avait été fort éloigné de la véritable explication de ce phénomène.

39Lavoisier et Meusnier, considérant qu’en plongeant dans l’eau un fer rouge, il s’en dégageait dans l’instant un volume assez considérable de gaz hydrogène, imaginèrent qu’ils obtiendraient cet effet, de manière à remplir leurs vues, en faisant passer de l’eau dans un tube de fer élevé à une haute température.

40On se sert, pour cette expérience, de l’appareil qui est sous vos yeux, et qui consiste, lorsqu’il est complet, en un entonnoir par lequel on fait tomber goutte à goutte, par le moyen d’un robinet fixé dans sa tige, de l’eau distillée dans un tube de fer incliné : ce tube passe dans un brasier et se termine à un serpentin, dont l’extrémité s’ouvre dans un flacon. L’eau qui échappe à la décomposition coule dans le flacon, et le gaz qui se forme passe par un tube, sous un appareil pneumatico-chimique. On a soin de préserver la surface extérieure du tube de fer par le moyen d’une enveloppe de fil de fer, qu’on presse circulairement autour, et qu’on recouvre encore d’un lut convenable mêlé de charbon.

41Le cuivre n’a point d’action sur l’eau, et par cette raison un tube de cuivre dans lequel on place des lames et des copeaux de fer est plus propre à une expérience exacte qu’un tube de fer.

42Dans les commencements de l’opération, presque toute l’eau est décomposée ; mais la quantité de celle qui se dépose dans le flacon va en augmentant jusqu’à ce que la décomposition cesse.

43On pèse avec exactitude l’eau distillée qu’on emploie et celle qui passe sans se décomposer ; on trouve que le fer, qui a subi complètement l’action de l’eau, a acquis un peu plus du quart du poids qu’il avait et qu’il a pris les propriétés d’un oxyde métallique. Le résultat est que le poids acquis par le fer répond au poids de l’oxygène, qui devait être l’un des principes de l’eau décomposée, et que celui du gaz hydrogène qui s’est dégagé répond au poids du gaz hydrogène qui est entré en combinaison avec l’oxygène dans l’expérience de composition.

44Ainsi nous retrouvons ici l’inverse de la première expérience ; nous avions composé l’eau, ici nous la décomposons et nous la réduisons en ses deux principes, l’oxygène et l’hydrogène. L’expérience de la décomposition ne peut cependant se faire avec le même degré d’exactitude que celle de la composition, parce qu’il est beaucoup plus difficile d’y éviter quelques pertes.

45Une circonstance qui accompagne la composition de l’eau, c’est qu’on retrouve dans le produit une certaine quantité d’acide carbonique : on n’a pas manqué de le considérer comme le produit direct de la combustion du gaz ; mais la quantité de cet acide est si variable, suivant les circonstances de l’opération, que dans celle de Monge dont nous avons parlé, il ne s’en est trouvé qu’environ 9 grains, c’est-à-dire moins de deux-centièmes de l’eau produite. Peut-on considérer la production de l’eau comme un accident qui accompagne celle d’une si petite quantité d’acide carbonique ?

46Cavendish d’ailleurs a évité, dans quelques expériences, la production de l’acide carbonique ; et Lefèvre de Gineau a éprouvé qu’il n’en avait point lorsqu’il avait lavé son gaz oxygène dans une eau de chaux mêlée avec un excès de chaux.

47Nous trouvons clairement la cause de l’existence accidentelle de l’acide carbonique dans cette opération : 1) le gaz oxygène peut en contenir une petite quantité, sans qu’elle soit même perceptible par l’eau de chaux ; 2) la plus petite quantité de matière charbonneuse suffit pour en produire avec l’oxygène ; 3) le gaz hydrogène peut dissoudre un peu du carbone qui se trouve toujours, en plus ou moins grande quantité, combiné dans le fer dont on se sert pour la production du gaz hydrogène, et alors il forme, par sa combustion, une quantité d’acide carbonique qui représente par son poids environ cinq fois celui du carbone, ou bien l’eau décomposée par le carbone le produira immédiatement.

48Il résulte de cette dernière considération que pour éviter la production de l’acide carbonique, il faut choisir un fer doux, et non l’acier et la fonte, surtout celle qui est grise.

  • 9 Dans un mémoire lu le 6 avril 1785 sur l’acide marin déphlogistiqué, Berthollet évoquait l’explica (...)

49On s’était aperçu, depuis longtemps, que quelques métaux, en se dissolvant dans l’acide muriatique, laissaient échapper des vapeurs inflammables ; on avait appris à les contenir, à les peser : c’est le gaz hydrogène ; mais la cause de sa production était ignorée, ou plutôt elle n’avait reçu que des interprétations vagues et hypothétiques. Laplace, souvent témoin et coopérateur des premières expériences de Lavoisier et Meusnier sur la composition de l’eau, indiqua dès lors la source du gaz hydrogène qui se dégage dans les dissolutions métalliques : il fait voir qu’il était dû à une décomposition d’eau occasionnée par l’affinité combinée du métal, de l’oxygène de l’eau, et de l’acide9. Cette première application de la connaissance des principes constituants de l’eau fut une théorie des plus fécondes en chimie.

  • 10 Joseph-Michel (1740-1810) et son frère Jacques-Étienne Montgolfier (1745-1799) ont réalisé en 1783 (...)

50Quand Montgolfier eut fixé l’attention des physiciens sur l’ascension des aérostats rendus spécifiquement plus légers qu’un pareil volume d’air, par l’action expansive de la chaleur, Charles et Robert firent une application heureuse de la légèreté reconnue du gaz hydrogène qu’on retire par le moyen de la dissolution du fer dans un acide10 ; Lavoisier et Meusnier prouvèrent qu’on pouvait retirer le gaz de l’eau par le moyen du fer seul exposé à une forte chaleur.

51Depuis un an, ce moyen, perfectionné dans tous ses détails, est devenu, par les soins et les lumières de Guyton, un instrument de victoire pour la liberté.

52Le gaz hydrogène se mêle, quelque précaution que l’on prenne, à une petite portion d’air atmosphérique qui produit un grand changement de pesanteur spécifique, et qui laisse ensuite dans le résidu plus ou moins de gaz azote.

53Telle est l’origine de l’acide nitreux que l’on retrouve dans l’eau, mais dont on peut prévenir la formation, et de celle du gaz azote et du gaz acide carbonique, dont on peut rendre la quantité très petite, mais qu’on ne peut éviter entièrement, lorsque l’expérience se fait sur de grandes quantités.

54Vous apercevez de quelle importance est pour toute la chimie, pour l’interprétation de presque toutes les opérations de la nature, la connaissance des principes qui entrent dans la composition de l’eau et des circonstances qui décident ou qui accompagnent sa formation et sa décomposition : l’histoire de cette découverte importante intéressera ceux qui s’occuperont de chimie.

  • 11 Cet appareil est décrit dans la dixième leçon.

55Depuis qu’on avait appris à recueillir le gaz hydrogène, et à l’assujettir à différentes expériences, depuis surtout qu’on faisait usage de l’eudiomètre de Volta11 pour déterminer les proportions d’air vital qui se trouvent dans un gaz, les chimistes s’étaient souvent demandé ce que pouvait être la combinaison qui avait dû se former par cette combustion ; l’analogie paraissait indiquer qu’il s’était produit un acide ; mais les premières tentatives ne confirmèrent pas cette conjecture.

56Pendant l’été de 1783, Blagden, secrétaire de la société de Londres, qui se trouvera à Paris, nous apprit que Cavendish s’occupait de cet objet, et que le résultat de ses expériences paraissait annoncer que l’on retirait un poids d’eau égal à celui des gaz qui éprouvaient la combustion.

57Plusieurs chimistes se réunirent chez Lavoisier pour s’assurer de ce résultat. Une première expérience, faite sans les précautions convenables, donna à la vérité beaucoup d’eau ; mais cependant une quantité trop inférieure à celle des gaz, pour qu’on pût en conclure la composition de l’eau. Lavoisier s’occupa dès lors avec Meusnier de la belle et grande expérience dont la précision ne dut laisser aucun doute : bientôt après, ces deux savants firent les expériences qui confirment les résultats de la première par les produits de la décomposition.

  • 12 Gaspard Monge entreprit cette expérience à l’École du génie de Mézières avec l’aide de Jean-Franço (...)

58Pendant le même été, Monge était à Mézières, et sans savoir ce qui se passait à Londres et à Paris, il s’occupait du même problème, dont il donna une solution très rigoureuse, en employant des moyens différents12.

  • 13 Louis Lefèvre de Gineau, chevalier d’Ainelle (1751-1829), fut titulaire de la chaire de physique d (...)
  • 14 Antoine François de Fourcroy (1755-1809), professeur de chimie au Jardin du roi, disposait d’un la (...)

59La formation de l’eau par la combustion lente fut répétée avec encore plus de soin par Lefèvre de Gineau.13 Fourcroy, Seguin et Vauquelin renchérirent encore sur la précision de Lefèvre14.

60Dans l’expérience faite par Lavoisier et Meusnier, la production en eau a été de 5 onces 339 grains. La différence du poids des gaz consommés dans l’opération a été de 32 grains en moins.

61Lefèvre a fait 2 livres 3 onces 33 grains d’eau, et la différence du poids des gaz consommés a été de 31 grains en plus.

62L’eau produite par Fourcroy, Vauquelin et Seguin a pesé 12 onces 333 grains : la différence du poids des gaz a été de 4 grains en plus. Enfin cette opération a été répétée avec un égal succès en Hollande par Van Marum.

63Toutes ces expériences prouvent que 100 parties d’eau, sont formées à très peu près de 85 parties d’oxygène en poids, et de 15 parties d’hydrogène.

64A présent considérons quelques points de théorie qui pourront peut-être jeter un plus grand jour sur quelques phénomènes de la nature.

65Nous avons vu que le calorique s’accumulait dans une substance qui prenait l’état de vapeur ou de gaz ; la vapeur, qui abandonne le calorique par un simple abaissement de température, ne le retient que par une faible affinité ; mais le gaz qui conserve un état élastique, à quelque abaissement de température qu’on parvienne, annonce une grande affinité avec ce principe.

66Néanmoins, plus le calorique se trouvera accumulé dans ce gaz, plus la force élastique qu’il exerce prendra d’intensité parce que, conformément aux principes que nous avons reconnus dans la théorie des attractions chimiques et dans celle de la chaleur, la tendance à la combinaison doit diminuer à mesure qu’on approche de l’état de saturation ; et l’élasticité des dernières portions du calorique doit devenir de plus en plus prédominante.

67Pendant que s’accroît la force élastique du calorique, ou celle par laquelle il tend à reprendre son état naturel, l’affinité de l’hydrogène sur l’oxygène agit d’une manière peut-être constante, peut-être même dans une proportion croissante, et la combinaison qui doit en résulter tend à se combiner avec une proportion déterminée du calorique.

68On doit donc arriver à un moment où l’affinité de l’hydrogène pour l’oxygène, secondée par la force élastique du calorique, l’emporte sur l’affinité que le calorique a pour l’oxygène et pour l’hydrogène : alors commencera l’explosion, et la chaleur, qui en sera d’abord produite, accroîtra la cause de séparation.

69On peut donc se représenter ainsi les forces qui détermineront la formation de l’eau, et le dégagement d’une partie du calorique : forces quiescentes ; affinité du calorique pour l’hydrogène, affinité du calorique pour l’oxygène ; forces divellentes : affinité de l’hydrogène pour l’oxygène, et de leur combinaison pour une proportion déterminée du calorique, effort expansif du calorique.

70Le calorique qui se dégage prend plus ou moins la forme de lumière ou de chaleur rayonnante, ou passe immédiatement dans les corps environnants, selon les circonstances de l’opération. L’eau en retient dans sa combinaison la quantité qui convient à son affinité ; mais dans le premier moment, elle en est surchargée, elle est dans l’état de vapeur incandescente ; de là, elle tend à briser les vaisseaux, si l’on fait usage du procédé de Monge ; ce qui rend ce procédé dangereux dans son exécution.

71Nous nous occuperons dans la prochaine séance, de la combinaison de l’oxygène avec le carbone, de la combustion et de la respiration.

Notes

1 L’incertitude des mesures est devenue un leitmotiv des sciences expérimentales à l’issue d’un siècle qui a étendu la mesure à tous les domaines de la nature et de la société et qui a multiplié par dix la précision des mesures en moins de cinquante ans. C’est pour analyser les causes d’erreur qu’une réflexion théorique sur les conditions de la mesure se développe en parallèle avec les efforts pour perfectionner les instruments. Ce travail réflexif sur les incertitudes de la mesure, qui conduira au début du xixe siècle à l’invention d’outils mathématiques de traitement des erreurs par Legendre et par Laplace, n’a pas engendré de scepticisme quant aux résultats des expériences, mais plutôt un changement des règles de crédibilité, dont témoignent ces propos de Berthollet ainsi que la fin de la deuxième leçon d’Haüy.

2 On remarque ici que Berthollet attribue sans hésitation la connaissance de l’oxygène à Priestley plutôt qu’à Lavoisier. Pourtant le gaz que Priestley a isolé et caractérisé le 1er août 1774 en chauffant du mercure per se (oxyde de mercure) à l’aide d’un verre ardent n’a pas été identifié tout de suite comme « air vital », ou futur oxygène, et jusqu’à la fin Priestley le considérera comme « air déphlogistiqué ». Lavoisier, à qui Priestley a fait connaître ses résultats en octobre 1774, a repris les expériences de Priestley et les réinterprète dans un mémoire lu à l’Académie : « Sur la nature du principe qui se combine avec les métaux pendant leur calcination », Œuvres, op. cit., t. 2, p. 122-128. L’attribution de cette découverte, qui deviendra plus tard un enjeu de controverses, ne pose pas de problème en 1795 aux disciples de Lavoisier. Toutefois, contrairement à Fourcroy dans l’article « Chimie » de l’Encyclopédie méthodique. Chimie, pharmacie et métallurgie, t. 3, Paris, 1795. Berthollet méconnaît la contribution de Scheele qui avait isolé et caractérisé en 1774 un air du feu nommé Feuerluft parce qu’il avait la propriété de stimuler la combustion d’une chandelle. Ce dernier avait informé Lavoisier de sa découverte par une lettre que ce dernier n’a jamais mentionnée dans ses publications (voir B. Bensaude-Vincent, Lavoisier, mémoires d’une révolution, op. cit., p. 171-179. et la pièce en deux actes de C. Djerassi et R. Hoffmann. Oxygène, trad. et adapt. fr. par A. et J.-M. Kornprobst, Toulouse, Presses universitaires du Mirail, 2003).

3 Le pistolet de Volta est un instrument inventé par Alessandro Volta (1745-1823) avec l’idée d’utiliser la force explosive de l’air inflammable (ou hydrogène) découvert par Cavendish en 1766. Un mélange d’hydrogène et d’oxygène est enflammé au moyen d’un électrophore portable. L’appareil pouvait projeter une balle de plomb avec une énergie suffisante pour pénétrer un morceau de bois à 15 pieds. (cf. Opere, t. 6, p. 134-135 et p. 155). Volta a cherché à optimiser les proportions du mélange pour augmenter la puissance explosive et a déterminé deux parties d’air inflammable (hydrogène) pour une partie d’air déphlogistiqué (oxygène) (ibid., p. 190, note). Ainsi a-t-il – sans le vouloir et sans le savoir – formé de l’eau à l’aide de son pistolet.

4 Monge expose le montage de son expérience dans « Mémoire sur le résultat de l’inflammation du gaz inflammable et de l’air déphlogistiqué dans des vaisseaux clos », Histoire et mémoires de l’Académie royale des sciences de Paris, (1783) 1786, p. 78-88. Le dispositif utilisé par Monge était beaucoup moins coûteux que celui de Lavoisier et Meusnier si l’on en juge d’après un article non signé paru au Journal gratuit en 1790 comparant le prix de revient des diverses expériences de décomposition et recomposition de l’eau. Cet article est cité par J.-P. Poirier dans « La contribution d’Armand Seguin (1767-1835) aux programmes de recherche de Lavoisier ». in A. L. de Lavoisier. Correspondance, t. 6, p. 427-428.

5 Voir « Mémoire dans lequel on a pour objet de prouver que l’eau n’est point une substance simple, un élément proprement dit, mais qu’elle est susceptible de décomposition et de recomposition », Histoire et mémoires de l’Académie royale des sciences de Paris, (1784) 1781. p. 468-474 (in Œuvres, t. 2, p. 334-359). La date de 1781 est trompeuse car les expériences en question ont été faites en 1783 et Lavoisier y ajoute des résultats relatifs aux expériences ultérieures faites avec Jean-Baptiste Meusnier.

6 Le « muriate oxygéné de potasse » (sans doute chlorate de potassium) fut la source d’oxygène dans l’expérience de Seguin et Vauquelin au laboratoire de Fourcroy en 1790. En revanche. Lefèvre de Gineau avait obtenu l’oxygène à partir d’oxydes de manganèse dans son expérience publique de 1788. Quant à l’oxyde de mercure c’est historiquement la source première d’oxygène puisque Priestley l’a isolé par réduction du précipité per se.

7 Sur les difficultés de pesée des gaz et les diverses manières de les surmonter, voir T. Levere, « Measuring gases and measuring goodness », in F. L. Holmes. T. H. Levere (éd.) Instruments and Experimentation..., op. cit., p. 105-135.

8 L’acidité de l’eau formée dans la fameuse expérience de 1785 a préoccupé Laplace et Lavoisier. La troisième solution pour éviter la formation d’acide nitreux a été envisagée par Lavoisier en 1785. suite à des remarques de Laplace : il envisageait de refaire une synthèse en brûlant l’oxygène dans l’hydrogène au lieu de l’inverse (voir M. Daumas. D. Duveen, « Lavoisier’s relatively unknown large-scale decomposition and synthesis of water February 27-28 », Chymia, 5, 1959, p. 127-128).

9 Dans un mémoire lu le 6 avril 1785 sur l’acide marin déphlogistiqué, Berthollet évoquait l’explication de Laplace quant à l’origine du gaz inflammable produit dans la dissolution du fer ou du zinc dans l’acide en question (voir « Sur l’acide marin déphlogistiqué », Observations sur la physique, 29, 1785, 321-325). Ce mémoire est publié plus tard avec une réponse aux objections de Guyton de Morveau dans Histoire et mémoires de l’Académie royale des sciences, 1785 (1788), p. 276-295 ; voir aussi J.-R. Partington « Berthollet and the antiphlogistic theory », Chymia, 5, 1959, p. 130-136.

10 Joseph-Michel (1740-1810) et son frère Jacques-Étienne Montgolfier (1745-1799) ont réalisé en 1783 la première expérience aérostatique avec des ballons gonflés à l’air chaud : voir le compte-rendu qu’en donne B. Faujas de Saint-Fond, « Description des expériences de la machine aérostatique de MM. Montgolfier et de celles auquelles cette découverte a donné lieu, Paris, 1783 (cf. C. C. Gillispie, The Montgolfier Brothers and the Invention of Aviation, Princeton, Princeton University Press, 1983). Jacques-Alexande Charles (1746-1823), physicien, et les deux frères Anne-Jean (1758-1820) et Nicolas-Louis Robert (1761-1828), mécaniciens, constructeurs d’instruments, ont réalisé les premiers aérostats gonflés à l’hydrogène.

11 Cet appareil est décrit dans la dixième leçon.

12 Gaspard Monge entreprit cette expérience à l’École du génie de Mézières avec l’aide de Jean-François Clouet en juin 1783. Aux dires de Jean-Nicolas Hachette, l’un de ses élèves, Monge faisait cette expérience avec le pistolet de Volta bien avant 1783. Les résultats de Monge, lus à l’Académie par Vandermonde à la séance du 6 août 1783, furent publiés trois ans plus tard : cf. « Mémoire sur le résultat de l’inflammation du gaz inflammable et de l’air déphlogistiqué dans des vaisseaux clos », art. cité, p. 78-88. Entretemps, Monge s’était rallié aux vues de Lavoisier. (voir R. Taton, « L’œuvre de Monge en chimie, sa collaboration et ses relations avec Lavoisier », in M. Goupil, P. Bret, F. Masson (éd.), Lavoisier et la révolution chimique, Actes du Colloque tenu à l’occasion du bicentenaire de la publication du traité élémentaire de chimie, Palaiseau, Sabix-École polytechnique, 1992, p. 55-90.

13 Louis Lefèvre de Gineau, chevalier d’Ainelle (1751-1829), fut titulaire de la chaire de physique du Collège royal (futur Collège de France) de 1786 à 1823. Les résultats de son expérience sont présentés dans une lettre à Lavoisier du 11 juin 1788 (Lavoisier, Correspondance, Paris, Académie des sciences, 1993, t. 5, p. 180-181). L’expérience elle-même est décrite dans un mémoire lu à la séance publique du Collège royal le 10 novembre 1788 ; cf. « Sur la composition et décomposition de l’eau ». Observations sur la physique, 33, 1788, p. 457-465.

14 Antoine François de Fourcroy (1755-1809), professeur de chimie au Jardin du roi, disposait d’un laboratoire où travaillait également depuis 1783 son assistant Nicolas Vauquelin (1763-1829). Quant à Armand Seguin (1763-1835), il a collaboré avec Fourcroy à cette occasion et avec Lavoisier en 1789 et 1790 pour les expériences sur la respiration. Voir J.-P. Poirier, « La contribution d’Armand Seguin aux programmes de recherche de Lavoisier », art. cité, p. 427-428.

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

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