LES MERVEILLES DE

LA CHIMIE

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+ M. G. Aliverti - R. Brent

LES MERVEILLES DE LA CHIMIE

Texte (rançais de C. Roux de Bézieux

éditions des deux coqs d'or

Paris

8741

«} 1l:dniOll5 des Deux Coqs d'Or. 1963. Publi~ par les &lirion! Grapbiques lnll:rnationale5 (E. G. 1.), Pam.

Les illustrations non photographiques de I%t ouvrage: sont de: H. Lazarus.

Sommaire

Préface ......................... . T enninologie chimique . .......... . L'importance de la chimie ....... . . L.es chimiste~ du passé ...... . Les instruments de laboratoire Le laboratoire il domicile ......... . Appareils destinés aux expériences . . . Mesures scientifiques . ....... ... .. . Construction d'une balance .. .. ... . Technique de laboratoire , ........ . La bougie de Faraday ...... . ..... . 1 J'école des savants ............. . Eléments, composés et mélanges .. . L'eau ........................... . L'oxygène ....................... . L'hydrogène .................... . L'anhydride carbonique ..... . . . .. . t,'azote ......................... . L' llIl1 moniac .................... . Le chlnre ....................... . Sténographie chimique ... . ........ . Le système périodique des Éléments. Les solutions ... . ................ . I:es acides . ...... . . . ............ . Les hases ................... . Les sels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Neutralisation .................... . L'iode . . .. , .................. . .. . Le soufre ....................... . L'anhydride sulfureux ........ . . .. . ~ydrogène sulfuré ............. . L'acide sulfurique ......... . . . ... . Le silicium . . ... ........ ... ...... .

Pages

10 12 14 18 22 24 26 29 3D 33 36 39 42 44 48 53 56 58 60 62 64 66 68 70 7I 75 76 78 82 85 86 87 89

Le bore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le sodium .............. . ...... . Le potassium ...... . ............ . Le calcium ..................... . L'cau dure . .. .................. . Le magnésium - Le ?ine ......... . L'aluminium . ................... . Le manganèse . .................. . Oxydo-réduction ......... . . ...... . Le fer ................ . ......... . Le cuivre . ............... . ...... . L'argent . ............... . ....... . Valences ct formules . ............ . Le carbone . .................... . Les composés du carbone ........ . Les hydrocarbures ............... . Le pétrole ... ................... . Les hydrates de carbone ..... .. ... . kes alcools ..................... . Les acides organiques ............ . Les &caisses ... ........... . . . .... . Les ~von~ ...................... . Les protéines ................... . Les colloïdes ................ . ... . Les fibres textiles ............. . Les matières plastiques .......... . ~1cul des Équations chimiques L'avenir de la chimie .. .... ...... . ~

~Otre équipemenr de chimiste .... :t&s composés chimiques habituels

et leurs formules . ... . ......... . Index analytique ................ . Index des figures ................ .

Pages

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101 102 104 106 110 112 113 lI7 119 122 125 128 132 134 136 140 142 144 146 149 153 155 158 160 164 166

168 171 175

Préface

Le but th etC ouvrage n'est pas de faire double emploi avec les livres dL classe. Dans les écoles, les collèges, les lycées, la chimie est emeignie, et fort men enseignée. Nom n'avons nul/ement l'intention th ncus substituer aux profes~eurs.

Notre ambition eSI à la fais différente et plus modeste. Différente parce que nous ne vùons pas â faire de tout lecteur un chimiste confirmé,. plus modeste parce que les propor­tions de cet ouwage font qu'il ne saurait être exhaustif.

Naus voulons simplement illustrer le propos suroant : la chimù n'est pas une science an'Je qui use d'incompréhensibles hiéroglyphes SO,H2• H20 ... Quel sens ces formules ant­e/les? Quelle passionnante réalité tentent-elles d'expn"mer? Quels sont les faits qui se cachent dem"ère ce langage hennitique?

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Les écoliers qui aiment la littérature ont la possibilité, tout au long th leurs années d'élude, de faire la connaissance des meilleurs auteurs, de lire les plus beaux poèmes, de se passionner peur les romans les plus entraî­nants, ùs historiens en herbe disposent de Jjzaines d'auvrages non scolaires d'un grand intérêt " chrOtliques, repqrtages, récits, bio­graphies.

Les amoureux des mathématiqtu.'s n'ont besm'n que d'un crayon et d'une feuille de papier paur percer les mystères de l'arithmé­tique, construire des figures géométriques, ali­gner des pages d'équations alcébriqu2.s,

Mais ceux qw' aiment la chimie, que font­ils? Ils participent aux Irava:cc pratiques et réalisent les quelques exptriences que prévoit le programme, mais ne peuvent guère aller plus loin. Il faut, pensent-ils, un matériel

1 •

1

œûteux, des connmnanas techniques powsées, un assortiment de substances bizarres et toxiques.

Ce n'est pas exact ou, du mtJins, il n'est pas indispensable de posséder tout cela.

Faire des eXpériences, cela peut être aussi passionnant qta de colleciiunner des timbres ou de constituer un herbier, L'intelligenu, Je soin, l'art d'utih'ser les objets les plus $I'mp/es, autant de qualités qui suffisent à réaliser un matériel de fortune. Un encner vide, une mèche et un tube de ruuge à lèvres 'vuu. Voia" un brûleur à alcool. Une vieille boiu de conserves, c'est bon pour la poubelle... rtUlÙ avec le couvercle et le fond, on fabrique la deux plateaux d'une balance de laboratoire.

Grâa à un équipement réduit au mim'mum, le ,hi",ùte en herbe voit s'ouvrir derunJ lui des perspectives neuves. t: L'eau est un corps

compcsé fcmné de deux parties d'hydrogène pour une partie d'oxygène. » Bon. C'est une affinnation. V érifiom si ,'est fJTai et dicom~ posons l'eau en ses constituants.

• Les fibres ariificielles sont à base de cellulose. » C'est bien abstrait; et puis. est-ce vrai? Pour le lecteur des Merveilles de la Chimie qui a rlussi à fabriquer un fil de rayonne à partir de quelques bouts de papier­filtre. celle assertion revêt immédiatement un sens coru:rel.

Ainsi la chimie cesse d'appartenir à un monde é!Tanger, l'univers tUs formules, des symboles, des abstractions. Elle fait partie de la flie qumidienne. Et atIOuons qu'il est beau­coup plus amusant tU se laver les mains ~c un morceau de savon sorti directement de sen propre laboratoire qra de le faire cl l'aide d'une safJOnnette achetée au tmJgasin du coin ...

Il

• & -

Terminologie chimique

ACIDE; composê contenant de l'hydrogène qui, en solution, libère des ions d'hydrogène.

ALLIAGE: mélange résultant de Il combinai~on de deux ou de plusieurs ml!uul(.

ANALYSE : division d'un composé en ses éléments ou en composés plus simples.

ANHYDRE : qui est prIvé d'eau.

ATOME: la plus petite partie d'un élément qui inter­vient dans les combinaisons chimiques.

BASE: composé contenlnt l'oxhydrile (OH).

CATALYSEUR; substance qui favorise une réaction chimique sans subir de transformulons.

CHIM IE: science qui a pour objet les substances et les tr;a.niformatlons qu'elles peuvent subir.

C!-IIMIE ORGANIQUE : li/. chimie des composés du carbone.

COMBUSTION: une rbctlon chimique qui engendre chaleur et lumière.

COHPOS~ : $ubnance formée de deux ou de plu­sieurs atomes dans des proportions définies et cons­tantes.

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CRISTAL cor ps solide de forme polyédrique dans lequel les atomes et les molécules sont disposés de façon régulière.

DENSIT~ : on l'obtient en dl ... isant la mane d·un corps par la mane du même ... olume d'eau.

DISSOLVANT: liqUide dans lequel une tubsur"lce en dissoute.

DISTILLAT : liquide qui a été t randormé en vapeur puis, par refroidissement, i nou ... eau en liquide.

DISTILLATION : procéd~ qui permet d'obtenir un distillat.

DUCTILE : susceptible d'être réduit en fils.

~LECTROLYSE : dl ... lslon d'un électrolyte au moyen du courant électrique.

~LECTROLYTE substance qui, fondue ou en solu· tian, se dlnocle en Ions.

~LÉHENT : substance formée d·un seul type d'atome.

ÉQUATION : se compose de deux membres séparés par une nèche. Dans le premier membre on a les formules des substances qu i réagissent unies par le signe _; dans le second membre, on a. les formules des substances nou ... elles ainsi obtenues.

•

•

~VAPORATION : puu.ge d'une subsunce de l'eUt liquide i l'éut gn.eux.

FILTRAT liquide obtenu par Illtrulon.

FILTRATION: procédé de sépilr'l.tlon d'un liquide et d'un solide i tra~ers une matiere poreuse.

FORMULE: reprhentatlon d'un élément ou d'un composé au moyen des symboles des éléments et de leuu indices.

HYDRATE: composé contenant de l'eau. Cette uu peut être libéree grlce i la chaleur.

HYDROXYDE (OH).

composé qui contient le n.dia.1

INDICE: nombre placé en bas i droite du symbole qui Indique le nombre d'atomes qui font partie de la molécule.

ION: un atome ou un groupe d'atomes (radla.l) chlrg.! d'électriCité.

MALL~A8LE liusceptible d'être r&luit en feuilles minces.

M~lANGE : mélange de subu~nces non combinées chimiquement.

MËTAL : élément bon conducteur dc la chaleur et de "électricité, brillut, qui donne naissance ides ions po1it lfs.

M~TALlOIDE élément mauvais conducteur de la chaleur et de l'électricité, privé d'éclat, qui donne nalnance à des ions négatifs.

MOL~CULE : la plus petite partie d'un élément. d'un composé qui puisse exister à l'éht libre.

NEUTRALISATION; réaction d'un acide sur une ~se d'o ll rhultent un sel et de l'uu.

OXYDATION : procédé au moyen duquel une substance se combine avec l'oxn:ene ou cède de l'hydrogène.

POIDS ATOMIQUE: poids d'un atome compare au poids d'un atome d'oxygène arbitrairement fid à 16.

POIDS MOLÉCULAIRE: somme des poids atomiques des élémenu qui forment la molécule d'un composé.

PR.~C1PITÉ solide insoluble formé dans une solu­Uon.

RADICAL : groupe d'atomes qui se comportent chlmlcluement comme un seul atome.

RÉACTION CHIMIQUE : on appelle rélctlons les phénomenf!li chimiques et on les représente comme des équations.

R~DUCTION : procédé au moyen duquel un composé cède de l'oxygène ou se combine a~ec l'hydrogene.

SEL: composé formé de la réaction d'un acide et d'une base.

SOLU81L1TÉ : quantité d'une substance donnée nécusaire pour obtenir une solution saturée i partir de 100 grammes de dinolvant.

SOLUTION SATURÉE : solution qui contient la quantité maximum de substance dissoute dans cer­ulnel cond itions de température et de pression.

SUBLIMATION: procédé gr.tce auquel un solide, après a~ojr t!t~ transformé en vapeur, retourne à l'éut soUde en se refroid issant sans passer par l'éut liquide.

SUBSTANCE toute matière : élément, compos' ou mélang~.

SYMBOLE une ou deux le ttres représentant un élément.

SYNTHËSE formation d'un composé ~ partir de composés plus simples ou d'é léments; 'a synthb~ est le contraire de l'analyse.

VALENCE: Clp3.clté qu'a l'atome d'un élément de remplacer ou de se combiner a"ec un ou plUIÎeurs atomes d'hydrogène.

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1

..

L'IMPORTANCE

DE LA

CH IMIE

Le monde qui nous entoure reste, pour la plupart d'entre JlOUS, un mystère. La chimie a pour but précisément de nous renseigner sur la nature des choses et sur les modifica­tions qu'elles subissent. Elle concerne tout ce que nous voyons, mais aussi tout cc qui existe ct que nous ne voyons pas.

L'air que nous respirons est un mélange de substances chimiques et le phénomène de la respiration, une réaction chimique.

Le sang est oxydé par l'oxygène de l'air et l'anhydride caroonique, produit de la respiration, est le résultat d'un travail cellu-

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laire extrêmement compliqué. Les aliments sont, eux aussi, des compos~s chimiques, ks uns simples comme l'eau et les sels miné­raux, les autres très complexes comme les graisses, les sucres et les protéines.

Le phénomène de la digestion n'est autre qu'une série de réactions chimiques au moyen desquelles les aliments non solubles se transforment en composés chimiques plus simples et, par conséquent, assimilables. A leur tour, ces composés sont transformés en substances complexes qui forment les cellules des tissus et des organes.

Les vêtements, les livres, les remèdes, la maison où nous vivons, sont autant de créa­tions chimiques.

La nature elle-même est un extraordi­naire laboratoire où tout se transforme conti­nuellement. Sur la terre, plantes et animaux sc dévdoppem, se nourrissent, puis se démmposent.

Lorsque le processus vital s'interrompt, les substances organiques qui constituent les organismes animaux et végétaux se décom­posent cn substances inorganiques simples. Celles-ci sont alors absorbées par les racines

des plantes pour former à nouveau avec l'e"au et l'anhydride carbonique la substance organique des végétaux.

Les roches éclatent et se désagrègent sous J'action mécanique de" 1'C'au qui augmente de volume lorsqu'elle gèle. Mais l'eau de pluie qui contient un faible pourcentage d'anhy­dride carbonique exerce également une action chimique sur les carbonates qui se transforment en bicarbonates (c'est le cas des roches du Carso) ct sur les silicates, c'est ce qu'on appelle le phénomène de kaolinisation.

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Dans l'univers, de nouvelles étoiles appa­raissent, d'autres disparaissent. Le soleil, source de lumière, de chaleur et d'énergie, est un veritable creuset qui finira sans doutc par se détruire lui-même dans quelques millions d'anntts.

Tout cela illustre l'importance de la chimie.

Passons maintenant brièvement en revue ses différentes branches.

La chimie agraire a pour but d'étudier la composition chimique du sol ct l'usage des engrais, en vue d'un développement de la production agricole qui permeue de satis­faire aux besoins d'une population mon­diale en perpétuelle expansion.

La chimie analytiCJIU concerne la recherche et l'identification des éléments constitutifs des substances (analyse qualitative) et déter­mine dans quelles proportions un ou plu­sieurs de ces éléments se trouvent dans le corps analysé (analyse quantitative).

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La chimie appliquée aux matériaux de construction étudie précisément la compo­sition de ces matériaux, tels que chaux, ciments, alliages de métaux, bois, etc.

La chimie pharmaceutitpa est, sans doute, l'une des branches les plus anciennes de la chimie. L'homme a connu très tôt les pro­priétés thérapeutiques de certaines subs­tances, en particulier de celles extraites des plantes. La médecine a fait, depuis quelques années, des pas de géant grâce à de nouveaux remèdes comme les sulfamides ou les anti­biotiques. Aujourd'hui encore, les vita­mines utilisées en phannacie sont obtenues par des procédés synthétiques.

La chimie bromatologique veille au contrôle des aliments et décèle les fraudes et les falsi­fications.

La chimie physique étudie les rappom entre la constitution chimique et les pro­priétés physiques de la matière. EUe eH à l'origine de la physique nucléaire.

•

LA chimie indwtrùlle a pour objet les pro­cédés chimiques utilis6 dans les différentes industries. Elle étudie, cn outre, la résis­tance des matériaux, leur conservation et leur transport. Elle permet, ainsi, la cons­truction de véhicules capables de résister à la chaleur et à la pression et d'atteindre des vitesses très élevées. Ce qu'on appclle communément « la grande industrie chi­mique • fabrique J'acide sulfurique, J'acide chlorhydrique, J'acide nitrique, la soude, les engrais chimiques, etc.

• La grande industrie chimique orga­nique ,. fabrique les graisses, les savons, les explosifs, les fibres textiles artificielles, les sucres, les produits dérivés de l'alcool, etc.

Parmi les diverses industries chimiques, celle des résines synthétiques revêt, à l'heure actuelle, une importance particulière.

En effet, la fabrication du caoutchouc synthétique complète la production de caoutchouc naturel devenue insuffisante dans un monde où le nombre des véhicules augmente chaque année,

La chimie commerciale concerne la narure chimique des marchandises.

La chimie minéralogique traite des miné­raux dont eUe étudie la nature chimique en mettant à contribution la physique et la physicxrchimie. La cristallographie est une branche de la chimie minéralogique.

LA chimie orgam'que a pour objet l'étude des composés du carbone. On croyait, autrefois, qu'il exÎstait une différence fonda­mentale entre les composés inorganiques et les composés organiques, du faÎt que ceux-ci ne pouvaient !tre obtenus artificiellement, leur existence étant liée, croyait-on, à la • force vitale ».

En 1828 pourtant, Wohler réussit à pré­parer synthétiquement l'urée. Dès lors, rien n'emp&hait les chimistes d'envisager la création par synthèse des divers composés du règne animal et vegetal.

La chimie toricologique étudie la nature des poisons.

Depuis quelques années, les savants ont découvert la structure interne des substances chimiques et Ont commencé à utiliser la force redoutable qu'elles dissimulent et

qu'on a appelée l'énergie atomique. Celle-ci ouvre à l'homme des perspectives extraor­dinaires.

En fait, les ressources naturelles de la terre ne dureront pas toujours. Les mines qui fournissent à l'homme les matières premières, telles que les métaux et le charbon, s'épui­seront un jour et il en sera de même pour les gisements de pétrole.

Que deviendra l'homme privé de combus­tibles?

Voilà pourquoi physiciens et chimistes ont cherché à utiliser l'énergie atomique dans ce sens. A J'heure actuelle, ce procédé reste très onéreux, mais iJ n'co sera pas toujours ainsi.

Nous vivons donc dans un monde où la chimie est appelée à prendre de plus en plus d'importance.

Il est devenu inctispensable de connaître les lois qui la régissent, ainsi que la façon dont elles furent découvertes. Tel est préci­sément le but de ce livre.

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LES CHIMISTES

On peut imaginer ainsi la découverte du feu: il y a des milliers d'années, un homme toucha, avec un bâton, la lave bouillante qui sortait d'un volcan en éruption. Le bâton prit feu. Il le braneUr comme une torche. Le bois répandit lumière et chaleur, puis tomba en cendres.

Cet homme était le premier chimiste. Partant d'une substance appelcc bois, il l'avait tranliforméc cn d'autres substances au moyen d'un proct~é qu'on appelle, cn termes chimique .. , une combustion.

La découverte du feu fut le premier pas vers la chimie moderne; grâce à lui, les ali­ments devinrent comestibles. Avec l'argile cuite on put faire des vases. L'homme apprit également à fabriquer le verre et à extraire les métaux des minerais.

Longtemps, il se contenta des résultats obtenus sans se soucier d'expliquer ni de justifier les phénomènes. Il y a deux mille cinq cents ans seulement, les philosophes commencèrent à s'interroger sur la matière ct ses transfonnations.

Au VC siècle avant Jésus-Christ, en Grèce, un eertain Empédocle émit, à cc sujet, une hypothèse. Selon lui, tout cc qui existait sur la terre était composé de quatre substances fondamentales qu'il appela « éléments . : le feu, l'eau, l'air et la terre.

Considérant précisément la combustion d'un morcc-.:I.U de bois, Empédocle distingua les flammes (le feu), la fwnée (l'air), l'humi­dité dégagée (l'eau) et les cendres (la [erre).

Cependant, un autre philosophe grec, Démocrite, né à l'époque où mourait

DU PASSÉ

Empédocle, proposa une théorie différente. Selon lui, la nature était composée de minus­cules particules qu'il nomma atomes, ce qui signifie en grec indivisible.

Cette hypothèse fut Contestée par le plus grand philosophe du moment, Aristote, qui, lui, demeurait fidèle à la théorie des quatre éléments.

L'idée ariswtélicienne domina pendant deux mille ans la pensée scientifique.

Les plus anciennes civilisations eurent des notions de chimie pratique. Les Égyptiens, les Hébreux, les Hindous savaient comment Obtenir k cuivre, l'étain, le plomb et le fer.

En Égypte, également, on découvrit l'art de préparer le verre à partir de la potasse extraire des cendres végétales et l'art de la céramique est aussi ancien que celui du verre.

Les Égyptiens, les Lydiens, les Phéni­ciens et les Hébreux utilisèrent des colorants tirés de substances organiques naturelles, comme l'indigo et la pourpre. Ils utilisèrent également l'alun comme mordant.

Au début du IVe siècle, les Alexandrins furent les premiers à se consacrer à l'alchi­mie, bientôt suivis par les Arabes qui conquirent l'Égypte. Ce furent ces mêmes Arabes qui introduisirent l'alchîmie en Europe occidentale.

Les alchimistes voulaient transfonner les métaux vils en métaux nobles, au moyen de la pierre philosophale. Ils recherchaient éga­Iement l'élixir de longue vie. Pour cela, ils mélangeaient diverses substances, les fai­saient bouillir et les distillaient, sans jamais

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parvenir à créer le plus petit grain d 'or. Ils découvrirent un grand nombre de sub­stances et de phénomènes et mirent au point certaines méthodes de laboratoire. Néan­moins, la chimie, pendant longtemps encore, ne progressa guère.

C'est un Anglais, Robert Boyle, qui. en 1661, rejeta définitivement la théorie des quatre éléments.

Boyle établit que de nombreuses sub­stances ou éléments ne peuvent ëtre décom­posés. Il s'éleva contre les pratiques de J'alchimie ct mit au point la notion de réaction chimique. On le considère comme le créateur de la chimie analytique. Selon la théorie phlogistique élaborée par G.-E. Stahl, la combustibilité des corps est liée à leur valeur phlogistique. Ainsi le car­bone qui brûle presque complètement a une grande valeur phlogistique.

Priestley, lui-même, se laissa prendre à la logique de cene conception. En 1774, il réussit à isoler l'oxygène. La chimie moderne naissait.

Le Français Antoine-Laurent Lavoisier fut l'un de ses fondateurs: il mit en évidence l'importance des rapports de poids dans les

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(]

PeutoOn p,lrler de laboratolr.! Le haut four u(ept~, la , .. vure ci-dessus. ,auch. évoque bien davanu,. un. cuisine de c:ampa,ne; c'elt pourtant dans des Innal la.­tions au",i rudimenta ires et ,"vec des ustensiles a.ussi simplet que les preml .... chimiitH firent des d'cou.

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verte. senntionnelles. Ci.dessus, i droite, Cornue. et alambics des alchimistes. CI-dessous, cene gravure du XVIII· siècle reprèsente un échantillonnage d'instrument:!; plu. .;omplet et un muériel pl us perfectionné.

réactions chimiques, en expliquant la véri­table nature de la combustion. Il établit une première liste des éléments connus: vingt­huit en tout. Cene liste ne devait pas tarder à s'allonger.

Grâce à l'électricité, un chimiste anglais, Humphry Davy, isola six nouveaux métaux et, parmi eux, le sodium, le potassium, le calcium et le magnésium.

John Dalton fit d'importantes recherches sur le comportement des gaz et formula, en 1800, l'hypothèse atomique. Puis Avo­gadro établit la théorie atomieo-molécu1aire ct, partant de l'hypothèse d'Avogadro, Canizzaro élabora la théorie atomique. En 1828, un chimiste allemand, Friedrich Wohler, obtint, pour la première fois, en laboratoire, un composé organique : l'urée.

Cet extraordinaire développement de la chimie devait influencer considérablement l'industrie, l'agriculture et la médecine.

En 1898, Marie Sklodowska-Curic, savant d'origine polonaise, découvrit avec son mari, Pierre Curie, " l'élément mirade )) : le radium. .

Cette découverte devait marquer, pour la chimie, le début d'une ère nouvelle.

21

c

LES INSTRUMENTS DE LABORATOIRE

Bien des découvertes ont été faites par des savants qui n'étaient pas outillés de façon particulière, mais se bornaient à utiliser ce qu'ils avaient sous la main.

Rien ne vous empêche d'en faire autant.

bidon de 0,5 1 grille mét3I1i~u~ 10 cm x 10 (m

upports fl its l~e(

des fil. de fer

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Suivez les indications qui vous sont données, n'achetez que ce qui est absolument nécessaire.

Plus tard, lorsque vous serez des chimistes confirmés, vous pourrez compléter votre équipement.

FI,con t pOt500g~ ~ bouchure large

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/ verre

'-- 1.-> §-} 1 • , -

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entonnoir ------..,. de plastiqu e

bouteille ,::!\ ~ ~

lime triangulaire

é"rouvettes de pyrex 16 x 150 mm

(1 tasse de verre

pyrex

fllcons de plpier (ournesol bleu et. rouge

bro .. ., pou r 'pfouvette.

(queue de ru)

tubes de verre diar.letre extüicur 5 mIn

tuyl U d~ (aoutchouc diam~tre in t erne

5 mm

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--' b~lIon • • fond plat

fiole, coniqul!'l

pince pour éprouvette

pince pour tenir le i balioM

lMse du support t

crl"ut et couyercle

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bech~rs (' verre de montre ,.

+ l, . ) !::

~

upsule

éprouvettes &:raduél!!l

Il deuicuion

pinces pour

papier filtre

LE LABORATOIRE À DOMICILE

li est évidemment préférable d'installer ce laboratoire dans un endroit où l'on nc risque pas d'être dérangé et où J'on puisse laisser en pennancnœ)e matériel néœssaire.

Ce matériel doit comporter :

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'- III

Uni! table de travail. - Une vieille table solide fera l'affaire. Recouvrez-la de matière plastique, afin de protéger le bois. Dans un véritable laboratoire, chaque chose doit avoir une place déterminée et se trouver à portée de la main.

Organisez de la même façon votre labora­toire.

Provision d'eau. - A défaut d'une arrivée d'eau courante, vous pouvez transformer en siphon une grosse bouteille de 5 ou 10 litres.

Vide-ordures. - Jetez directement les déchets dans le vide-ordures, ou bien recueillez-les dans un seau de plastique.

Source de chaleur. - On utilise normale­ment dans un laboratoire des becs à gaz. Vous pouvez les remplacer par un réchaud à alcool dénaturé, que vous construirez vous-même.

Prenez, pour cela, une bouteille d'encre bien fermée par un bouchon dans lequel vous introduisez un étui de rouge à lèvres où passe une mèche. Posez le tour sur une assiette métallique pour éviter les incendies.

Récipients. - Conservez les substances chimiques dans des pots ou de petites bou­teilles sur lesquels vous collerez des éti­quettes.

Supports. - Fabriquez un support pour vos éprouvettes et pour tous les objets de verre qui devront être chauffés. Prenez pour cela une boite de carton dOn( vous couperez un côté que vous utiliserez pour y poser les éprouvettes. Pour avoir un porte--éprouvenes classique, procurez-vous des lattes de bois de 6 mm d'épaisseur. Trouez-les et réunis­sez-les à l'aide de clous minces.

r Consu uisu un siphon ~ ... ~t une bouteille de 5 ou 10 l itrn. Soufflez dans le t ube en verre en (orme dl! l. Unt pince Il lin, .. réglen

le flux de ,'"lU.

~ Coupuendeuxun fIt~H. \ \ . ~~~,:, d.~ ;':;~~:." / ' ~ .12 ~-==-_-"",dans un bouchon . .-:: ( ~ troué. :> ~- ~-

Fai tes un brûleur i alcool ln uti li ..... "t ""e boufellle d'encre f.rmu Il l',id .. du bouchon que vous venez de préparer. Oins le t ube de rouge i Ihrl'l. pllcez une

mèch e.

Pour const ruirt tes supports en fil de fer, utUlsez une p&ire d. pttites pinct::S. Constru isez i!lllemtnt le

support l entonnoi r reprhenti! Pllt 22.

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POl.i r fabriq uer Un supf'Ort il. éprou­~ ette,. vou. utili. serez une boite de ClIrtOn, ou mieux, des bandes de bois d. 6 mm. Voir le modè le ~i· d"'ISOUI.

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Il se compose de del,lx putles vert Icales et de trois part iel hor izonules .tunies lu,r des dotn minces. Faltu deux bandes ! ulnnt le modèle B et coupez-en

unt suinnt la ligne.

Pour soutenir h~s ~prouvettes. vous pouvu uti lise r du C3rtOn m&l, Il eH pn!fên.ble d'uti!!ur du ni de fer

(d. fi,ur. ti -dessous).

t . , ~

e ~

" • , 1

! • 1 <om

• 7 cm ---t 1

25

APPAREILS , , DESTINES AUX EXPERIENCES La majeure partie des expencnces s'effec­tuent dans des éprouvettes. Cependant, vous utilisert:l, dans certains cas, un appareil composé de fiacons, de bouchons, de tuyaux de verre et de caoutchouc.

Pour le construire, il vous faudra apprendre à couper un tube de verre, à le plier et à lui donner la forme d 'un bec.

··--+1 I~--·

t'<-::-:-'=,=m::_:_-+~ , t

•

Vou. aurez: besoin pour vos exp'" rienttl d'un gno· Cène de sécurite (p. 55). C,lculu tu me.ure~ des di (. Urents élêmenu qui le composent.

15 mm 17 mm

C> '",'

~_ 00 N . •

"'" 10 mm 13 mm

1 L .. Sp .. .,.,.

r 1 , , ,

, , " 1 ~ , , " ,

\1 19 mm

N_ 1

14 mm

• ,m p ....

20 mm

N_ ,

16 mm

Il convient d'utiliser, pour cela, des tubes de verre d'un même diamètre et les tuyaux de caoutchouc appropriés. Un robe de verre d'un ctiamètre extérieur de 6 mm entre sans difficulté dans un tuyau de caoutchouc ordi­naire. Un tuyau de caoutchouc d'un dia­mètre intérieur de 5 mm s'adapte aisément à un tube de verre de 6 mm .

··----+1

1

24 mm 26 mm 27 mm

... N. 3 N . • N_ ,

18 mm "-- .;1-20 mm 23 mm

Pour choisir du bO!Jchons adaptes aux ouvertlll"il$ des bouteilles de votre appareil, tomplrn ces embouchures lUX bouchons representes ici Irlndellr nature.

26 ,

Comment tailler un tube de verre

3. CUleZ le tube d 'un coup sec.

"""2. T~nez le t ube à deux mains IHI plaçant les pouces sou. la marque.

Comment obtenir un

environ l c;m \=0/;;:;/ lirn

lentement

,

4. Arrondln"z les bords rl/CUell>( du tube en le b iunt tourner dlns la

flamme .

bec

l

Chauffez uni formément la puti" du tube dlns IIGueile VOus dé.irez obtenir le bec. Pour cell , flites tourner

1. tube dans la fl amme. Quand le verre est mol,l, tirez lentement et coupez- le

quand il est redevenu dur.

Comment plier les tubes de verre

1.," Chauffn uniformément "" l''bc Jo l'endroit où vous dblru le recourO'r sur S (m environ en le f,lsant tournu dans la flamme et en le dép' • .,...nt d'nant en

Irritre. 1. QlQ.nd le vur. est mou. elOIlntu-le du feu et pUn. le nopidement. Gardez-le ~ la l'QIn jusqu'li ce qu'il ait

rfll'OUVé » sohdllê . •

~ lentement

(

~"'"

bien plié

mauvais pliage

rapidement

r t ro? chud

f

27

1..-

B"lance elearlque pour ptsh dt prlicision ut ilisée dans les laoornOÎres d 'analyse chimique qUlntlut jyt . les trois manettes .. Jauche permttttM ,~r:tctionnC'r lcoli poids de r eiOltérleur et le méanltme compUq u' est ainsi complètement

isolé de l'enér!,,ur.

28

J

MESURES SCIENTIFIQUES

Mesurer une grandeur, c'est la comparer à une autre grandeur de même nature, prise comme étalon et dite unité de mesure. Le résultat de cette confrontation est un nombre qui indique combien de fois l'unité de mesure, ou l'ml de ses sous-multiples, est contenue dans la grandeur considérée.

Les savants du monde entier ont préféré le système métrique décimal aux autres systèmes de mesure.

La base de ce système est le mètre et les autres unités de surface, de volume, de capa­cité et de poids, sont déterminées par rapport au mètre.

Avant l'adoption de ce système, les unités de mesure variaient d'un pays à l'autre jusqu'au jour où, eo 1790, une commission de savants français fut chargée d'élaborer un nouveau système de mesure,

Le kilogramme est le poids d'un déci· mètre cube d'eau distillée à 4 OC. Le gramme

est la millième partie du kilogramme et l'unité fondamentale des mesures de poids.

Le chimiste travaille toujours sur de très petites quantités de matière et, dans l'ana­lyse chimique quantitative, il utilise des balances de précision qui lui permett'ent d'apprécier les sous-multiples du gramme,

La balance analytique ou balance de pré­cision doit être préservée des agents exté­rieurs par une boîte de verre. Les poids sont, eux aussi, cnfcnnés dans une botte et doivent être posés sur la balance au moyen d'une pince. Les fractions de poids qui s'échelonnent de 0,1 à 10 mg sont déter· minées par un cavalier actionné du dehors. L'unité de capacité est le litre. Le chimiste utilise des récipients gradués (voir p. 23), des burettes et, enfin, des pipettes, moins exactes que les burettes et qui servent à mesurer des quantités déterminées de liquide allanl de 1 à 50 cm3•

MESURES DE CAPACIT~

Unité: litre (dm')

h«tolltre (hl) 100

déalim (dal) 10

lit .... (1)

dkHltre (d l) 0,1

centilitre (d) 0,01

millilitre (ml) 0.001

29

CONSTRUCTION D'UNE BALANCE

S'il n'est pas indispensable que vous ayez en votre possession l'une de ces extraordi­naires balances électriques qui permettent de mesurer des quantités infinitésimales, il vous faut une balance capable de mesurer des quantités de l'ordre du gramme. Sa construction demande le plus grand soin.

o modèle du f1eau o ... ---------------- - - - --- -- - - - - - - - - - - --- --

o o

o

Vous utiliserez, pour cela, une boîte de fer-blanc dont vous découperez soigneuse­ment le couvercle et le fond avec des ciseaux de ferblantier. De la même façon, vous fabriquerez le fléau et l'aiguille en les dessi­nant d'abord sur une feuille de papier et en les reproduisant ensuite sur le fer-blanc.

~t de l'aiguille o

o

o o

modèle du support

Pour connruire une balance port .. ti~e, utiH."z comme plate<lux le couvercle et le fond d'une boite méullique que vous décQupere:z: ll'lide de cisnux de ferblantier. Exécutez , lur une feuille de papier, les modèles du fléau, de l' aiguille et du support; puis reportez vos denin. sur le fer-blanc. Reunissez CeS deux parties et VOUli obtiendrez ainsi le SUPPQrt

de! deux plateaux de la balance (détail p. 31).

30

c:

Coupez Io"K d~s "InU~, pliez'e rer.bllnc ec, en assem_ blant les deux part ies qui s'Insérent r une dans rlutre,

"01.1$ obtiendrez Ilnsi 1. support.

• o o

~

----joker

~ /

L • ] l )-J

~

~ (,! ~

Montn 1.. balanc. I"ec les "ém~nu ql.le "ous l''U pNlj>u,,", comme on "01.11 1'1 indiql.lé. Si 1. nuu n'en pu iquiiibré. cllueu·le d 'un petlt « Joker» de fer.

blanc.

•

"

1 Il 1 Il III III ~ Des pl.ces de monnaie constltl.leront les poids néces· nires ~U~ pesées. Pour lu poids plus petiu, détOUp~1 une bande de fe r.blanc de Sgen qutcre partiel é,al.s

de 1 C ec deux parties de 0.5 g.

exécutez la lecture sur le ménisque infér ilur

10

, • , • ,

• ,

• 1

Pour mesuru les IIquldu, reproduisez très exactement la bande ,raduée qui se trou"e il droite de la fieure et fixu-la ur 1"prouYette lU moyen d 'un papier collant.

31

Vue pa~tielle d'un I~bo~atoi~e. De Jauche :l. droite, un pulvérisateur, un récipient t l'embouchure dépolie, un support et des pipettn ,~lduo!es, un mlt~~ ,n.du~ et un cylindre g~dué.

32

TECHNIQUE DE LABORATOIRE

Le travail de laboratoire exige : sécurité, propreté et, surtout, précision.

Sécun"té. - Aucune des expériences que vous réaliserez suivant les inclications données dans cc livre n'est dangereuse, à condition d'etre exécutée correctement.

Propreté. - Prenez l'habitude d'aligner devant vous les instruments et les substances chimiques dont vous avez besoin, d'une part, et les objets déjà utilisés, d'autre part, en ménageant entre eux un espace libre pour vos expériences. Dès que vous avez tenniné une expérience, remettez à leur place les substances chimiques et nettoyez les instru­ments de verre.

Précision. - Toutes les bouteilles et les pots contenant des substances chimiques doivent être munis d'étiquettes claires et faciles à lire.

Un bon chimiste ne pose jamais un bou­chon sur la table, mais il Je tient à la main (n'" 7 et 8).

Traitez les substances chimiques avec les précautions voulues. Ke goûtez à rien, à moins que cela ne soit nécessaire. Protégez vos vêtements à l'aide d'un tablier de plas­tique. Faites très attention au feu. Quand vous utilisez un réchaud à alcool, posez dessous une assiette métallique et, pendant

que vous chauffez une éprouvene contenant un liquide quelconque, maintenez-la légè­rement inclinée de façon que son orifice ne soit pas dirigé vers vous (voir pages sui­vantes nO 9).

Au cours de vos expériences. utilisez les substances nécessaires en très petite quan­tité. Un bon chimiste travaille toujours sur de faibles doses.

Avant de commencer, lisez soigneusement les instructions, puis préparez les instru­ments et les substances nécessaires. Observez attentivement les réactions obtenues et notez avec soin les différentes phases de l'opéra­tion sur un carnet.

Pour introduire un tube de vcrre dans un bouchon, humidifiez l'un et l'autre avec un peu d'eau. puis enfoncez lentement le tube conune un tournevis (no 3).

Lorsque vous préparez un appareil pour une expérience, assurez-vous que tous les joints sont en bon état. Utilisez des bouchons à la taille des récipients, des tubes de verre adaptés aux orifices des bouchons et des tuyaux de caoutchouc parfaitement adhé­rents (nO 6).

Chaque opération doit être effectuée avec calme et prttision. chacun de vos gestes doit être mesuré et efficace.

33

•

•

• 1, UlUliez la petite brosse destlnh ~ nettoyer les

eprouvRttes, Rincez, les i "uu frolcle,

2, Prenu l'hbitude cie lire deulI: foll une «iquette, pou r itre sOr cI 'avoir pris Il bonne lubulnce,

l, Pour Introduire un tube de verre dlnl un bouchon perlor', prenez loin de l'humlcllfter, puis de l'enfoncer

cloucement,

34

/ •

•

<4, E"lul cl. resp irer lei npeun qul lortent de l'~prou­"cne.

5, Vérifiez toujoun et Ir~ •• oigneusement que les bc>uchons des appulils et les tubes Iclh.rent parfaite.

ment.

•

• • .. ~SL"'.1. ~jl::s~

• •

• •

6. De I~ main g~uch! enlevn le bo~chon de la boutei ll e.

7. Tenu le bQuchon dan$ Il. main Eauche et la bouteille c:.cts la m:;un droi t e_ avec l'hiquette tournh vers le ~ po!ndant que vous en versez le COntenu. Puis

rebouchez. la,

&. - et>n eprouvett .. avec la pince et 19itez.l, douce­~t pa><hnt que VOUs la chauff .. z en la tenant incl inée , l e contenUl pevt vous édabou" .. r. auni ne tenez pu

",,"",en,,", tournée dans vOtre d irection.

-.. --i'.~ _____

9. Pour p".er un I! substance donnée. placez un mortel\! de papier égal lur chacun del: plateaux de la balance,

10. Utililez un bâtonnet de verre pour orienur le jet de. liqu ides à. ve rser d ' un récipient dans un lutre.

11. Pour chauffe r une subulnce solide. placez la base de l'é prouvette sur un support, puis déplacez le brû leur.

35

l .

LUMIERE (1 boull.)

po"' brOlar,

1 1

LA BOUGIE DE FARADAY température:

(100 "C)

v"peur d'eau (H,O)

anhydride carbonique (COJ

particules d. carbone incandescent

oxyde de carbone brOlant (CO)

LIQUIDE

SOLIDE

Durant l'hiver 1859, Michel Faraday tint plusieurs conférences au sujet des caracté­ristiques de la bougie et des divers phéno­mènes la concernant.

Le phénomène de la combustion fait inter­venir toutes les lois qui gouvernent l'univers.

Lorsqu'on brûle une bougie, on a, au départ, une substance solide qui se trans­forme d'abord cn liquide, puis en gaz (ou plus exactement en vapeur semblable au gaz). La graisse de la bougie se liquéfie et retombC:: en vertu de la pesanteur, tanctis que la mèt:he reste droite grâce à l'action capil­faire. En brûlant, la bougie produit de l'énergie sous forme de lumière et de chaleur. Elle est en même temps sujette à des réactions chimiques qui révèlent la nature de ses compo­sants.

Autant d'expériences que vous JXlurfe2 aisément réaliser ~ vom tour.

les gaz combustibles produisent une flamme

A l'aide de plusieurs IXpt rlencti, 01'1 peut ~'rifi., que la flamme de Ja boUCle provient da vapeurs de paraffine qui brûlent. Ete'rnn 1. bouCie et introduisez lUult6t d.ns les vapeurs qui s'en dépCent une allumette allum"e. La boUCle .'allumera t nouvuu. Filee. une autre IXp6r'ence en ,me"l"t le, ~.~ur, d'une boucle IlIum6. di"s un v.rr. lU moyen d'un tube de ~erre coud';. Les "'p.urs

blanchltres se condenseront en un solide: 1. piraffine.

36

La bougie contient de l'hydrogène

Une bou,ie en brûlant donne lieu l une format ion d'nu. Or, seul l'hydrogène en brillant dans l'oxYl:~ne donne de l'nu. Pilcez un verre sur une boulle allumh pendant quelques Innants. 11 se formera de Il rosh ~ l'Intérieur du verre. Ou enCOre écrasn quelques cubes de glace et as perlez-Ies de sel. Enveloppez-les dans unit feuille d'aluminium puis placu-Ies lu-deUils d'une

bougie lllum'c. Il se formera, i l'utér ieur de la feu ille. des gouttes d'nu.

La bougie contient du carbone

(' l'f,1 ' ,1 'J) , 1 l ' 1 li, ,

i C}1

Placez une ,rllie de fil de fer lu·de55uS de 1. flamme. Elle refroi_ dit la fl amme. Il se forme de la suie qui n'est autre que du car_ bone. Pournvolr quelle Ut la partie la pluli chaude dela flamme, pllcez lu-de •• us d'el le et obliquement Un mOrceau de carton. Le cercle denin" p .. r 1 .. fI .. mme serI plus foncé sur son pourtour

/--" extérieur.

Pour prouver que la bou,i .. contient du C:lrbone, on peut é,~ement vériller qu 'elle bruie en donnnt de l'anhydride carbonique. Retournez un entonnoir sur Il fllmme. L'lilumette s'éte indrl. Retournez une 'prou· vette sur I"entonnolr et recueillez l'a ir chaud. Dans 1 .. mS me éprouvette verse: de l',, .. u de chaux et .. ,itez.

Celle·ci se troublera sous l'effet de l' anhydride nrbonique.

37

Paril1896, _ Marie Sklodowlka,l~ célébre nvanl~lonals qui découvrit le radium, dans .on laboratoire, telle qU'Ille apparaît lur un denln dl l'époque. Elle e.ut pour collaborateur Ion mari, Pi~rr~ Curie.

38

A L'ÉCOLE DES SAVANTS

Nous avons déjà fait allusion à l'importante découvene des Curie en 1896. lis réussirent à isoler le radium après des années de recherche à partir d'un minerai d'uranium : la pechblende. Ce minerai émettait des rayons doués d'un exceptionnel pouvoir de pénétration, étant donné la proportion d'ura­nium qu'il contenait. Ces rayons impres­sionnaient les plaques photographiques et rendaient l'air conducteur.

Les Curie firent venir une certaine quan­tité de minerai en poudre des mines de Bohême septentrionale et sc mirent au tra­vail, un travail d'autant plus difficile qu'ils disposaient de moyens très précaires et d'un outillage rudimentaire.

Pour extraire du minerai ce fameux élé­ment qu'il était supposé contenir, ils com­mencèrent par faire bouillir la poudre avec des acides. Ils filtrèrent ensuite la solution obtenue et la firent bouillir une deuxième fois pour obtenir un résidu qu'ils purifièrent à l'aide de divers procédés.

Au bout de deux ans d'efforts, enfin ils toucherent au but. Une nuit, ils ouvrirent la pone de leur laboratoire et y pénétrèrent. Autour d'eux, les récipients contenant des solutions de la nouvelle substance resplen­dissaient dans l'obscurité!

11s avaient découvert un nouvel élé­ment - le radium - un million de fois plus actif que l'uranium.

La dttou.ene du radium et de la radio­acti\i.ré devait constituer une érape essen­rieUc: dans l'histoire de la chimie.

Elle fut suivie d'autres découvertes non moins étonnantes. Rutherford, le premier, tentl 1c: bombardement de l'atome el réussit li. c:kaxnposa son noyau. D'autres savants, tds Joliof:-Curie et l'Italien Fermi, provo-

quèrent la désintégration artificielle de nom­breux éléments et parvinrent ainsi à la con­ception moderne de l'atome conçu comme un minuscule système planétaire.

L'histoire des Curie a non seulement un immense intérêt scientifique, mais, égale­ment, une valeur humaine, car elle nous révèle la figure du véritable savant avec toutes ses caractéristiques.

La première d'entre elles est, sans doute, la curiosité. Les Curie voulaient éclaircir le mystère de cette poudre noire. Ils étaient hantés par le souci de la recherche, non pour des raisons d'intérêt ou de prestige mais dans le but d'établir une vérité scien­tifique.

Avant de commencer leurs travaux, ils recueillirent tous les renseignements concer­nant le sujet qu'ils entendaient traiter. Ils utilisèrent également toutes les ressources de leur imagination et, après d'innom­brables tentatives, mirent au point une méthode grâce à laquelle ils devaient arriver au résultat final.

Pendant deux ans, ils travaillèrent comme des esclaves dans la pauvre remise qui leur servait de laboratoire.

Une fois parvenus au but, ils firent connaître au monde entier leur méthode, afin que d'autres savants puissent, à leur tour, l'expérimenter et la vérifier.

Nous allons maintenant appliquer la méthode utilisée par les Curie pour isoler le radium, à un problème infiniment plus simple qui consiste à séparer deux sub­stances intimement mêlées.

10 Prenez une petite quantité de terre et mélangez-y un peu de sel ordinaire, raffiné. Comment faire pour extraire le sel de ce mélange?

39

20 Observez attentivement les deux sub­stances : la terre est brune et le sel est blanc. Les grains de terre ont des formes variées. Le: sel sc présente comme une cristallisation de petits cubes. La terre ne se dissout pas dans l'eau, le sel, par contre, est soluble.

3° En vous basant sur ces différentes remarques, vous devriez pouvoir séparer les deux substances à l'aide de petites pinces. Cette opération demanderait beaucoup de temps. Au cMcraire, en uaitant le mélange

avec de l'eau, vous les séparerez sans diffi­culté puisque l'une est soluble et que l'autre ne l'est pas.

4° En fait, cette méthode est la seule utilisable. Vous apprendrez, ainsi, à faire une solution, une décantation, une filuation, une évaporation et une cristallisation.

5° La substance blanche, résidu de l'éva­poration, est salée. Des réactifs chimiques vous permettront de vérifier qu'il s'agit effectivement de sel.

pliéz te papier·mtre

.:~~.~i~i!~~ _____ .

------

Solution Décantation Filtration 1

Traitez avec del'uu un mtlan,e de sel et dE terre. l 'eau d issout le sel

mais non la terre. Vous ave" nu.in­tenant une ", sohnlon aqueuse •.

40

l.lssn la terre repou!r dans la soludon AUne J usqu ' ~ ce qu'eUe se soit presque compllkement d.posh au fond du rklplent. VeneI lion

doucement la parti. liquld • .

La solution saline peut hre d.bar. r:l5s.e de la terre qu'eUe contient en suspension. Faites_la pu$tr lur un papier-filsre, la terre restera lur 1. filtr. et la lolution 1. trav.nera.

Dans le cas précédent, nous avions affaire au mélange d'un solide et d'un liquide, puisque le sel s'était dissous dans l'eau. Lorsqu'il s'agit de deux solides non solubles, il faut alors recourir à d'autres méthodes, comme la lévigation employée pour séparer l'or des sables aurifères. Cela consiste à soumettre le minerai à un violent jet d'eau qui entraîne les éléments plus légers. Si l'un des composants du mélange est magnétique, on peut utiliser un aimant ou un électro-aimant, etc.

Lorsqu'il s'agit d'un mélange de Iiqllides DOD miscibles, on commencera par les laisser reposer dans des entonnoirs spéciaux munis de robinets. Selon leurs poids res­pectifs, ils formeront deux couches. On ouvrira alors le robinet pour faire s'écouler d'abord la couche la plus basse, c'est-à-dire la plus lourde.

Dans le cas d'un mélange de gaz et de liquides, on opère industriellement la préci­pitation 'électrostatique des poussières qui polluent le gaz.

· · .:

· ·

Fi ltration 2 Évaporation Cristallisation

"tu 1. pcaptu-filt r lt u lon les lndl. catiON ~1IItt:S ci-contrt: (pl I e 10) et Imrod .. lIU~e dans l'entonnoir.

V U'IU 1. liquide sur le papier-filtre_

l e liqu ide r.ltr~ contient du se l en lolution. Celui-ci peut itre libéré d. Ion dluolvant en chauffant l'eau

quls'élimine alon par évaporation.

Une fois l'eau él iminée, II ni sI crlltall j u~ 10UI forme dl pltlu cristaux cubiques. la cristall isation est plus apparente si elle se produit

lentemlnt.

41

ÉLÉMENTS, COMPOSÉS ET MÉLANGES

On nomme matière tout ce qui occupe un certain espace et a un cenain poids (ou masse).

Le fer, l'eau, l'air lui-même, sont des états de la matière. Torricelli découvrit le premier, grâce au baromètre, que l'atmc­sphère exerce sur chaque centimètre carré une pression égale au poids d'une colonne de mercure de 760 mm de hauteur.

La matière se présente sous trois formes. Elle peut être solide (le fer), liquide (l'eau), gazeu.se (l'air).

Le fer est un élément, c'est-à-dire un corps simple. Si l'on pouvait diviser un petit morceau de fer en mille morceaux ct chacun

Deux éléments et un mélange

m"~n,e de soufre et de fer

Deux 'Umentl, loufre u fer. peuv,"nt ltre mélln,b d~ns n'Im portl quelle proport ion, puis léparu 1 nou­veau. Promenn un limlnt sur le mélln,e : Il recueille .. les parcelles de fer et le Joufre restera. Versez HCI Iur 1" mélange : le fer un dissous. ,. soufre non. On peut

les S ~jnrlr i»r filtntion.

42

d'eux en mille, puis encore en mille, cha­cune de ces parcelles infinitésimales serait encore du fer.

L'eau, par contre, est un composé. Elle est formée de deux éléments combinés et tou­jours unis dans les mêmes proporuons : deux parties d'hydrogène pour une partie d'oxygène. Les éléments qui s'unissent pour former un composé ne peuvent être disso­ciés, si ce n'est par des moyens chimiques.

L'air est un milange composé de divers gaz et de diverses substances, dont les pro­portions varient. Les divers composants d'un mélange peuvent être dissociés grâce à de simples moyens mécaniques.

Préparation d' un ,

compose

Milanlez 2 lumme, de ""ur de soulr •• t 3.5 Inmmes d. limaille de fer. Mettez le mélange dins une ... i.m. 'prou ... ette. Chauffe!. Il se produln n"idement une r'ltCtion chimiqui. L. mtllnge devient Inandescent et Il ,e forme <lu sulf~re de 1er. Les deux "émenu ont formé ~n (OmlMKé It désormais on n. "eut " lus les sé,,"rcr.

Le •• I.menu ou corps simples sont des n.b.unces que l'on ne peut décompour par analyse. 0" trouye dans 1. natUre 'Héltmentl. Cu .I.menu peuyent ~tre .ubdiyisés en : METAUX, I1ETALLOIDES, NON·METAUX.

Les (ompo.ts Inor,anlques lont tOus formé s de deu)( ou de plusieurs ~Iéments. Il . contl,nn .. nt .... rement du Clrb;)ne. lis n'ont jamal. fait par(ie cl_ la matlérc yinnte et ne prOy;ennent pu des Ives yiyant!.

HYDROCARBURES, ALCOOLS, ACIDES ORGANIQUES, ETC •

• ... • l ... composts or,anlques .ont les compolH du c;.o.rb;)ne. A l'ori,ine les composts produit! par les it~1 ylva"t. (plantes

et animau) furMt appelh compos" or,aniqun. L. chimie organiqui étudie les compo.4i. du carbone.

H~I.AHGES COLLOIOlS SOLUTIONS

..... -_E-'

Les m"lnge •• ont un ensemble d'él4iments It de composts uni. clans des proportions va riables. Les uns sont composés cie minuscules pircelles (on le. appelle subsunus colloldales). L .. s aucres (ou solut ions) pré.ent .. nt une

structure uniforme.

43

-L'eao est le plus important de tous les composés chimiques. Sans elle, ni les ani­maux ni les végétaux ne pourraient vivre.

Providentiellement, l'eau est le composé le plus répandu dans le monde, puisqu'elle occupe les trois quarts de la surface terrestre. Elle est toujours en mouvement, grâce à l'évaporation des océans, des lacs, des fleuves , des plantes, etc. Elle passe de l'état liquide à l'état gazeux et constitue l'atmo­sphère.

En se refroidissant, la vapeur d'eau se condense en gouttelettes et fonne les nuages.

L'eau est un dissolvant

l'eau eu un Ixullent dillolvlnt: elle dissout. en fait, Il plupart des substances chimiquis. Gr1ce • une .xp~­rience fKU •• r'~islf~ vou, v'rlfieru que l'el ... chaude est un mei lle ... r dissolvant que l' ....... froid •. Hettet une cuiller de ,oude SoIn.y dan. un demi·verre d'nu froide. ACitu. Une rani" seulement de la soude •• ~ d'iloute. Refaites l'uptrience aVIK d, l'eau chaude, la soude se dinoudra tout entitre et rapidement. Pour préparer une solution, Il conviendra donc de chauffer légèrement l'nu.

44 •

L'EAU

Si le froid augmente, les gouttes retombent sur la terre sous forme de pluie qui alimente les fleuves, les lacs et les océans, ou sous forme de neige qui constitue les glaciers.

Les chimistes utilisent les mêmes procédés que ceux de la nature pour obtenir de l'eau absolument pure. Ils transformem l'eau potable en vapeur, en la faisant bouillir, puis la vapeur en eau en la refroidissant. C'est ce qu'on appelle une i( distillation • et l'eau ainsi obtenue est de l'eau « distillée ».

On peut utiliser l'électricité pour dissocier les deux éléments qui composent l'eau :

L'eau est un catalyseur

l'nu facilite la plupart des rhct lons chim iques uns y prendre part. Elle constitue CI qu'on Ippelle un clulr"eur. Menu une Cuiller de levure sèche dans un pot. AtLlchu un fil mèallique ). une bou,le. Allumn-l" et plac:u-Ia dans le flacon. Elle conti. nue ). briller. Versu de l'eau chaude lu r la levure. Celle-ci u mousser. le ,n qLlI " dtlale (anhy. drlde cilrbo" i~u e) ~a faire vaciller ,. flamme et

l'éteindre.

Électrolyse de ,,(j ,~)

l'eau

" :-:; '.-;. '. ' ...

PCHJf obtenir 1'''I.nrkit'' n"cunir. 1 1'61.ctroIYUI, ... ti· Il,n troll ou qUitre piles de lampe de poche; Il vous f.ut 11,1111 deux morceaux d, culYre ,,01' et deux « ' tK-

0 0

o' • ,

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trodes ,. que YOUI fabrique­rn en cunnt en deux 1. petit blton de chirbon d'une yi,iU, pU •. D'couvru lur une lon,u .... r de 5 cm vos fils d, c",l.re. chaque Ixtré­mit' et Ittachez-Ies au bout d" chaqu. bltol'lRlt. R.cou­vrez .Ion d. ruban Isolant.

MA11:IUEL NkasAlltE A L"EXPU,IENCE

UIII pli. OI"d lllal ... "OUI fournira toue le ..... rI .. IItc~,. pour " ft • .xs"rienal.

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~« 1. Ouvrez 1. pile ,ne: un ovv!"t-bok., el: nel;­

toyez l 'en ... 'ow- lM zlrK.

2. Nettoya 1. morceau ch charbon avec: un coutnu.

]. Falta t"=her la poudre noi,. qui l',ntoure et qui eH dll bloxyd, d. IIWIJ&IIke: tonl.,.vu·la

pOlir d'autrel ell rienCH.

Exécution de l'é lectrolyse n ites d iuoudr. lin. cuiller de soude c;aultlque dans 10,5' d'nu ; .vec ceue solution remplissez un vtrrt tt de-ull eprouvtttts qu. vou, disposerez commt " ~ indique

l';Uustntion de 'luche. Introduisez la point. d'un. 6Iectrode daM chaque éprouvetu. Reunissez. au moyen d'lin papier collant, trois ail quure piles superpodes, le bu de l'unt é tant placé contre le haut de l''"tre. FI)(ez, tOllioUIli avec du papier collant. l'utr'mld denllde. du fll qui part d'une électrode ail sommet d. la premi.re plie et l'autre uvémité de ce iii ail fond de la d,rnler, pli •. Oes 'lu, 1. ionction en anurte, on volt

des bulles d. ,U se dé,a,.r dans réprouv.ue.

d'un dégagement d'hvl1rn

'" \ ,,\ Prttl1l!1. sans 1. retourner, l''prouvette remplie le plui rapidement de lU. bouchet_II "VIC l, pOUCI. Approchez une dhlmlu. Ilium"', le gaz YI s'enflammer : c'est d"

l'hydro''n. Hf_

d'oxygène

Prenu la .. conde éprouvette et rnollrnet·la en la tenant fermh. Plon,et_y une ail limette qu i n. prés.nt. plII' qu'un point incandescent. Elle va se nllumer : le

III est bien de l'o)(y,'ne : 0,.

45

•

l'hydrogène et l'oxygène. L'eau est mauvais conducteur de l'électricité, vous y ajouterez donc une petite quantité de soude caus­tique.

Séparer les éléments d'un composé revient à faire l'analyse de ce composé. Vous ferez donc l'analyse de l'eau.

L'eau facilite et rend possibles la plupart des réactions chimiques. Dans les labora­toires, en médecine, dans certains proœdés industriels, panîculièrement délicats, on emploie l'eau distillée parce qu'exempte de sels. Les eaux de pluie, les eaux de source, celles qui proviennent de la fonte des neiges, contiennent des sels en petite quantité, de l'air et diverses impuretés.

Pour obtenir de l'eau potable, il faut donc la soumettre à diverses analyses chimiques et bactériologiques. Pour être potable, l'cau doit être liquide, inodore et sans sa"·eur. EJ1e doit, en outre, contenir de l'air, de petites quantites de sels ne dépassant pas un demi-gramme par litre, avoir une tem­pérature comprise entre 7 OC. et 15 OC. et ne pas renfermer de micro-organismes.

li faut donc purifier les eaux naturelles pour obtenir de l'cau potable. Il arrive que cene épuration se fasse naturellement lorsque l'eau de pluie ou de source tra,'erse des couches de terrain qui retiennent les impu­retés. On peut également utiliser des couches de pierres, de cailloux et de sable, qui jouent alors le rôle de filrre.

Les eaux dures contiennent une grande quantité de sels; dies ne SOnt pas potables, dissolvent mal le savon et encrassent les chaudières.

Les eaux minérales SOnt des eaux de source contenant une quantité plus ou moins grande de sels variés, ce qui leur comere des vertus thérapeutiques. La nature des substances qu'elles contiennent est liée à la qualité des terrains qu'eUes traver5Cnt. Les eaux salées contienneOl SUrtout du sel ordi­naire, les eaux alcalines des carbonates, les eaux sulfureuses de l'anhydride sulfureux et des sulfures, etc.

De plus, l'eau représente, à l'heure actuelle, une grande richesse pour un pays. puisque la majeure partie de l'énergie Bec­trique est produite par les chutes d'eau.

46 r

On savait, depuis lon~emps, qu'un être humain ne peut vivre sans air, mais Karl Scheele, en 1772, et Joseph Priestley, en 1774, furent les premiers à identifier l'oxy­gène et à décrire ses propriétés.

Lavoisier, à son tour, mit en évidence l'importance prunordiale de ce gaz dans la respiration des végétaux et des animaux . Il approfondit le phénomène de la combustion, écartant définitivement la théorie phlogis­tique (1781).

Dans la nature, l'oxygène accomplit un cyde. Les plantes empruntent à l'air l'anhy­dride carbonique, c'est ce qu'on appelle la R fonction chlorophyllienne Il . Celui-ci se combine avec l'eau pour donner précisé­ment des substances organiques et de l'oxy-

.. L'OXYGENE

gène, lequel est ensuite utilisé par les ani­maux et par les plantes grâce à la respira­tion.

En laboratoire, on peut obtenir l'oxygène à panir de certains de ces composés, tels les oxydes métalliques. Priestley réalisa cette opération à partir de l'oxyde de mercure.

Dans votre laboratoire, vous pouvez l'extraire de l'cau oxygénée. Achetez chez le pharmacien de l'eau oxygénée à douze volumes qui est tout à fait semblable à J'cau. L'eau, vous le savez, se compose de deux parties d'hydrogène pour une d'oxygène. Les chimistes la désigne par la formule Hp où l'on retrouve les deux éléments présents dans la molécule sous forme de lettres symboliques accompagnées d'un chiffre

L'atmosphère contient de l'oxygène

-_.~

// l '

~;

Fixu ,,"ec ~ ne ,OUltl de cire fondue une bou l le sur une u siette que vous re mplirez d 'uu. All umez la bougie et plleez sur elle un pot yide. Au bout de pt u de t e mps

48

l, boulie s'éte ind ra et le niy u u de l'u u dans le pot s'élève ra, prenlnt Il pilee de l'oxYl,)me qui aura été

consomme l U COU r s de la combuniQn.

l

Production d'une petite quantité d'oxygène

Pour produi re une pe~ll" qUlntit' d'oxYIlni! '0'01,1' uli. IIoern de l'uu 0](1I'"é,. M'ttn dlns un pot 10 d d 'elu ox",,,,, et ajoutel-Y 2 , de bioxyde d, manganl'I (risidu de 1" pile , p. 45), lequer ser~ jl1ll de cl ulyteur. Prenu malntenlnt unt allumette Iyant un point inu '" daceM et Introdu ise:z-I" dlns le pot. la bn.ise devl.nd.,. plus lumineuK et braiera enfin '\lK une fb.mme ... r ....

t ClUse d, l'oxYC'"'' qui s'en formé.

De nombreuses brûlent stances

l'oxygène r---

.,' :r f ',:1 '._ " , . ,.

,'t',' " " .. ". ,

sub­dans

Fixu un peu d, limaille de fer il un fil mmltlque et chauffez-II la blanc ,ur le brûleur. alcool. Introdulsez-1. <llIlul te danl l, pot rempli d'O";Yl'ne. Le fer brOiera ;lvec une flamme. PI"cu un pttlt mon:::eau de soufre il l'ex trlmité d'une bande mtulliqUI repliée. Allumez le soufr • . Introduisu-Ie dans le pot d'oxyc~ne. le soufre

brOie en donn~nt une luml're bleUI b rillante.

Production de l'oxygène

,_" .-.cue. or l'ox1l~nl produit. Il vous faud", une c ~ de ~,». Il s'aei t d·unl cuv"te pro-­~ ~ d·_. dO(.~ d' un pont m'tal lique, lequI I ... ~ ~ \Inti bvode de m'ul I. r,e de 6,S cm. ~ ... boo;rt"" 1 U ·K un bouchon danl lequel _ L"'ItJ""Odo,[ ~... wb. de verre en fo rme de l, pro-

1"" ,.,. _ _ de ~tchouc qui puisse ar r iver au ~ Ji'I"U ~ e polit n'kal lique. Rempl i""et. un c;:;;:an: .. la lIocII;;uo, e de H"O. l 12 volumes, ajoutet.-y

une cuilln de bioxyde de maneln'u " fermu Ivec le bouchon. Re mplluet. le pot d'elu " p l~ceI-le Iur le pont métallique en diri,unt 1"000ven:ure vers le bu de façon que ,'oxyctnl Y forme de, buliRi et le remplisse ln Il lubstituant • l'nu. QUlnd 1" van ,e", plein d·O .. faites eUner uni Inlttte dl v.rr. SOUI l'ouverture. R.metlu-Ie rapide ment droit .n ~viunt de laiuer 1'0)<1I,nl "'cl"llpper. l 'oxyg'ne est plus lourd que l'air, par ,onl4:quent U faut tenir le r"lplent tourné .... n le haut.

49

placé à leur droite indiquant le nombre d'atomes.

L'eau oxygénée (ou peroxyde d'hydro­gène) est formée de deux parties d'hydro­gène et de deux panies d'oxygène. Sa for­mule est donc HzOz.

H 20 Z devient H~O en libérant un atome d'oxygène (0 ), gn\ce à un catalyseur, tel que le bioxyde de manganèse.

Outre ses diverses applications Indunrielles, j'oxyg4me an utilisé dans lu IIbplu.ux. par les pêchaurs sou.·

marins et pu les pilotes des navire:! spatiaux.

Industriellement, on obtient l'oxygène en faisant l'électrolyse de l'eau, ou encore à partir de l'air liquéfié puis distillé.

L'oxygène représente environ le cinquième

50

du volume de l'air, il se combine avec d'autres éléments pour former d'innom­brables composés inorganiques et organiques parmi lesquels l'cau.

L'oxygène, étant un comburant, a la pro­priété de provoquer les combustions et de les activer. Il possède une grande affinité chimique avec les autres éléments. Ses réactions de combinaison sont des « oxyda­tions • et toutes les oxydations SOnt des combustions se caractérisant par une émis­sion de chaleur ou même de lumière. La respiration des animaux et des végétaux est une combustion lente.

Cependant, l'oxygène pur est toxique pour l'organisme animal, car il active exagéré­ment les oxydations qui président aux phé­nomènes vitaux.

Dans l'air, son action est tempérée par la présencc de l'azote. On n'administre de l'oxygène pur qu'aux malades, dans cer­tains cas particuliers.

Les pêcheur.> sous-marins et les scaphan­driers utilisent parfois des appareils respi­ratoires alimentés par des réservoirs d'oxy­gène, ce qui déclenche dans certains cas des phénomènes d'embolie dus à un excès d'oxygène dans l'organisme.

L'oxygène a de nombreuses applications qui n'ont cessé de sc multiplier depuis 1772, date de sa découverte.

Dans l'industrie, on l'utilise comme oxy­dant mélangé à l'air; on l'emploie dans la préparation des explosifs, de l'anhydride carbonique, de l'ozone, pour assainir l'air des sous-marins, des avions et des navires spatiaux. Il sert également à produire la flamme oxhydrique et oxyacétylénique nécessaire à la soudure autogène,

Enfin. on l'a réccmme'nt utilisé pour les installations de lancement nécessaires à la mise sur orbite des satellites et des fusées.

L'ozone est un état allotropique de l'oxy­gène. huis sa molécule est triatomique (Os), alors que ceUe de l'oxygène est biato­mique (0 2) , En se décomposant, il produit de l'oxygène moléculaire et de l'oxygène atomique qui jouent l'un et l'auue un rôle important dans les oxydations et les décolo­rations,

'----------------------------------------------~--~

•

lo~ue Henry Cavendish détou. ric l'hydrolene. il ne penAit ~ que ce lU pulue a.oIr une force auul détonante. 0,.. t' ucili,. aujourd 'hu i -dan, t. lab,Îcatlo,.. d. ta bombe l hydrOlen.,

52

L'hydrogène est un élément d'une extrême importance. On le trouve dans tous les orga­nismes vivants j il représente 10 % du corps humain. L'eau est fonn~ d'hydrogène et d'oxygène. De plus, l'hydrogène fajt partie intégrante de très nombreux composés orga­niques, tels les aliments, les fibres textiles, la benzine et les carburants en général. Il fait également partie de composés inorga­niques, comme les acides et les bases, etc.

Cependant, il est rare de le rencontrer à l'état libre, si ce n'est panni les gaz volca­niques et dans les couches supérieures de l'atmosphère. On le trouve également dans le soleH et dans les autres sphères célestcs.

Henry Cavendish le découvrit en 1766 et le nomma (1. air inflammable ~.

L'hydrogène est l'élément le plus léger qui soit. Son poids représente le quatorzième de celui de l'air. Aussi l'a-t-on utilisé pen­dant plus d'un siècle pour remplir les aéro­stats. Ce fut un Français, Jacques Charles, qui le premier construisit un ballon en 1783 et le remplit d'hydrogène.

Cependant, ce gaz tend à se combiner avec l'oxygène de l'air pour fonner un mêlange détonant. Il provoqua un terrible accident en 1937 ; le dirigeable Zeppelin aplosa à son arriv~ en Amérique et fit trente-six victimes.

L'hydrogène se combine avec certains métaux pour fonner des composés qu'on oomme • hydrures ~ . Certains acides (les hydracides) sont composés exclusivement d'bydrogme et de métalloïdes, sans oxy­gè:nt:. Ainsi, J'acide chlorhydrique (HO) et l'acide sulfhydrique (HtS).

Par ailleurs, l'hydrogène, ayant de grandes affinitês avec l'oxygène, enlève ce dernier

... L'HYDROGENE

à beaucoup d'oxydes métalliques. De telles réactions doivent se faire à chaud.

Industtiellement, on le prépare par élec­trolyse de l'eau (voir oxygène).

Certains pays riches en charbon l'obtien­nent en faisant passer la vapeur d'eau sur du charbon brûlant. Celui-ci se combine avec l'oxygène de l'eau, libérant ainsi l'hydro­gène.

Vous pouvez vous-m!me obtenir de l'hydrogène en traitant à l'acide chlorhy­drique des copeaux de zinc. Cet acide est composé d'hydrogène (H) et de chlore (0 ). Sa formule est donc Ha. Le zinc remplace l'hydrogène de l'acide chlorhydrique et le libère. Il reste dans l'éprouvette du chlorure de zinc (Zn02) .

L'hydrogène est bon conducteur de la chaleur et de l'électricité. Il a également la propriété de traverser les plaques métal­liques chauffées au rouge. On l'utilise dans l'industrie chimique pour la production de J'ammoniaque, pour l'hydrogénation des graisses, pour la production de benzine synthétique et aussi pour la préparation de nombreuses substances organiques complexes, telle5 que le nylon, 1e5 colo­rants, etc.

L'atome d'hydrogène est le plus simple de tous les atomes. Il contient un électron et un proton. Le deutérium, par contre, qui est un isotope de l'hydrogène, est constitué d'un éleçtroD, d'un proton ct d'un neutron. Il donne par suite un composé qu'on appelle l'eau loUrde doot la formule est Op et à partir duquel les savants fabriquèrent les preoùères bombes atomiques dont la puis­sance est largement dépassée aujourd'hui par celle de la bombe à hydrogène.

53

l..,..... ........ rw _c,.,.... .• .",.." .• ~,.., ... d·......, ~_ rftfI!i. I6aIrld • .. f*ft-/..,..,.... .. · ....... .,..., .... t • ..",... CIl" '-i**., ............. ,.".,..., ........ ,... .... '-,.".. ra."'" .... le ~ ... ,.,.,. ....... ,." wh ,....,_ ~., •• _ .. ~ .1"'" _ ...... u • .".... • "[ '. c ..... .:.Ife.d. L·~., ... ..,..,.1'_..".. et .-c. • ct (el" ~ ...... ....... r. .... CIl 0II0M •• ,.,...,... • _ ~tiIIt ...,......".. ID

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1

'M •

L'hydrogène est le gaz le plus léger

Remplissez ,. quart d'une bototeme avlC un mêlanle d'acide chlorhydrique et d'elU en parties élales, puis introduisez danl Il bouteille 10 1 de eopeluK de zinc. Effectuez I·opén.tion loin de tout. flamme. flKel un ballon de caoutchouc 1 l'embouchure d. Il bo~teille. Lorsq ue le ballon est ,onflé. détachez.le et liez·l" Il l'aide d'une fi"II • . L. ballon s·éléven. danl l'air. ce qui prouve qu 'fI contient un IIZ buucoup plus Ii,.r que l'air. L'hydroCbt est. tn fait, le plui """ de tOUI

lu lU.

54

L'hydrogène brûlant

de en donne l'eau

Rtmpl1un aux 3/4 unt bouteille d'un mélanl' d'acide chlorhydrique et d·llu. AJou t u-y qvtlquel copeauK de I lnc. Des bulles d'hydrogilne apparaissent. Fe r mez l'éprCHJvette avec un bouchon de caoutchouc dlnl lequel vous aurel introduit un tube de VHrC 1 bec. Recouvrel l'appareil d'une serviette. Au botot de q uelquel In$unu. allumez le Cn qui st dé,ICe. S'il s'a,it d·hydro· ,iln, pur. Il brOie avec un. petite dlhonation; impur, il brOie avec dei ditonationl répit"'s. Un verre ftnVtrse au·deuu. de b. flamme st flKouvre de vap.ur d·lIu.

Production d'hydrogène en laboratoire

A

c •

2. Versez l'Kid .. de la bouteille A dans la bouteille B en Inclinan t une bouteill .. sur j'luue et en IOl/ffilnt dans le tI,.be C. ~rmn l, tube de 1 .. bouteille A tl'alde d'une pince t lin.e, Dès que l'hyd rogène commence t se d_,lle r dan. 1 .. cuvette de clol/tehoue, rleutillez-en un peu dans l''prouvette remplie d'nu et "è,ifin sa pureté. Lorsque l'Ilydrogène est pur, faites·le barboter

dans d"" VUH pleins d'nu tourn~s ~t!rs 1. bu.

l_ Placez en.uite la plllc, du tube de Ciloutchouc d, la bouteill, A ,ur celui de la baute;lI., B. l·hydro,~ne pouufln '·acide de Il bouteille B dans la bouteille A. lo"que l'lclde ne sera plu. au contilct a~ec le zinc, Il

réaction ce .. erl.

4. lonque ~ous auru vérifj~ que I" ~chlntlllcn cl, 'U rtCueilli dlnS l'épreuvette eH bien de I"hydre,'ne pur, rempllssu·en un petit r'tipient. Rlltirn ce r~clplent de "eu en lyant soin d. dlri,er ~en le bu .on embou. d'lur • . Mettu dans ce ,-jclpllnt une bou, .. allum' ... l ' hydre,be briilera t l'embouchure. la bou,le

s'éteindra.

,

l'

o o o

o •

• Montez le Inol~ne de ,kI/rit' décrit Pl'" 26. Rem-pllnu 1. bouteille A lux li) ,"ee un m4;Jan,,, d'acld" chlorhydrique et d'e.u en pan:IH "ales, Pri!plru la cuvette de caoutchouc (p. SOl. Introduisez quelques petits cailloUI< lU fond d. Il bouteille B et, sur les cailloux, placez du copeaux de zinc. Virlliez la parfaite

étanchi!lt' de l'appareil (f'l_ 1).

•

,

• r /1 r

l ,

55

Lorsqu'un composé contenant du carbone brûle dans l'air, par exemple une bougie allumée, il se forme un gaz : l'anhydride carbonique (COJ , qui est essentiel au main­tien de la vie. Dans les plantes exposées à la lumière, se produit un phénomène chimique complexe et encore mystérieux qu'on nomme la fonction chlorophyllienne. Les plantes réussissent à utiliser le carbone de l'anhy­dride carbonique, en le combinant avec l'oxygène et l'hydrogène de l'eau et avec divers minéraux absorbés par le sol, pour donner de la cellulose, de l'amidon et des substances protéiques qui servent à nourrir hommes et animaux.

Une fois refroidi et comprimé, ce gaz devient solide et prend le nom de « glace

L'ANHYDRIDE CARBONIQUE

sèche _. Dissous dans l'cau (H 20 ), l'anhy­dride carbonique (C02) donne un acide faible (H ZCû3) qu'on trouve en particulier dans l'eau de Seltz, dont les bulles sont de l'anhydride carbonique en liberté.

L'acide carbonique se combine aveç diffé­rents métaux pour donner des sels nommés « carbonates -. On peut extraire l'anhydride carbonique des carbonates au moyen d'un acide faible comme le vinaigre qui est de l'acide acétique dilué,

L 'anhydride carbonique liquide est uti­lisé dans la fabrication des extincteurs d'incendie,

Fabrication d'un modèle d'extincteur

56

le, ext!ncteun; chim iques contienn.nt une solution de bicarbonate de sod ium et une solution d'acide sulfu· rique, Lorsque ln deux compos~s entrent en conuct. Ils provoquent 1. formation d 'anhydrlde urbonlque qu i

chaue l'eau ayec force , 1. Introduisez Un tube de verre.t bec, dans un bouchon de caoutchouc. Impr~,nez de bicarbonate dB sodium une fe uill e de papier mince et Itt.lchu-Ia lU tube avec

un jl;astique. 2. Remplluez la moi ti ~ d'une boute il le d'nu et de

vinai l re , Puis, fer mez·la • l'aide d'un bouchon,

3. En tlnant wlidement le bouchon Ivec deux do it U. tournez 1. bouteille ve rs le b;as . L'i nhydride arbonique qu i r~su l te de 1. rh ct ion entre le vi nallre et le bicar.

bonne chaue l'eau avec force .

,

Le CO2 est plus lourd que l'air. Il n'entre­tient pas la combustion Pr6parft CO, en vernnt quelq ... es cendlitr~ de vln.l,re blatlc sur S d. biarbonlte de sodium. Suspendel une boull" Il pot et v,rset CO. dlns l, pot comm. La flamme ."teindra.

On peut nir du CO2 à partir du En laboratoire, l'anhydride u.rbon lque ,'obtient l'n.!. ralement t partir de fngments de marbre (CICO,) et d'Hel dllu ' . Mettel le marbre danl Il leconde bouteille d. votre Iuoltne puis venez l'acldt d. la pr.mitre boutellte comme Il vou. prépulet d, l'hydrogtne.

- .~

Préparation de l'eau de chaux A,itez une cuiller d 'hydroxyde de e.leium d~n, 200 cl Ô'uu. lalnel repos,r jUlqu 'i CI! 'lue II. (hau~ SI d'pose lu fond . Flluft, placel le liquide obtenu (ell,l d. ChllllC:) dans une bouteille que yous fermez hermklquement.

OIns les combustion. Ii Je forme de 1'1,,1I1d.1de carbo­nique, La respiration n'en lutre qu'une lente tombul­tlon. le CO, rend Il ltflUlfI l'elu de thiux; Il l'on e>tplra, lU moran d'un tuba de Yerre, danl une 6prouyctte conunant de l'nu de chaux, le liquida IfI troublfl.

57

~~--_ .-

N .... -"r " ... lWaMnt no

L'azote (N) constitue 78 % de l'atmosphère. On le trouve en abondance sur la terre à l'état libre. C'est un gaz inerte ou • pares­seux • qui ne favorise pas la combustion ct ne brûle pas si on cherche à l'allumer. A de hautes températures et sous de grandes pressions, il peut se combiner avec un autre élément, l'hydrogène, et former un gaz : J'ammoniac (NH,) qui donne naissance à grand nombre de composés importanLS.

Dans la nature, il existe de minuscules bactéries qui vivent dans les racines des légumineuses (petits pois, fèves, haricots, etc.) ct qui ont le pouvoir de transformer l'azote

l'azote dans l'atmosphère

\

arzon n'on

............ "'_-; % krypton r dnon h'lium CO, et H,O

78 % d'uote

l'np,;r;enn de la bou". (p. 48) n""s 1 démontré que ratmosphl!re cont ient de l'ollln.n •. le lU ré51du en presque unl'luement de l'nou avec un bible pourcen-

tage de gaz rare, et de CO •.

58

L'AZOTE

de J'air en nitrate. Industriellement, on fabrique l'azote à partir de l'air liquéfié dans la machine de Linde où il est soumis à forte pression et porté à très basse température. On pratique ensuite sur l'air liquide la distillation fractionnée qui permet de séparer J'azote, qui bout à - 195 ne de l'oxygène qui bout à - 183 OC.

L'azote, par lw-même, ne donne pas de reactions très intéressantes. L'ammoniac (NHa) et les composés que l'azote fonne avc<: l'oxygène, donnent naissance à un gaz brun composé de ses anhydrides (NO, NO,).

Anhydride nitreux nitrite

Dans une plke vent ilee. faites chauHer une quantid "gal. de salpêcre et de bisu lfate de .odlum ,hnt une ~prouvette !«he. On voit vite se former un gn brun. l'anhydride nltreulC nitr ite. Ne le resplre1- pas. Il est trlls irritant.

j

Oispo$IIJf moderne destin. ~ la prtplr.ltion Industrielle de l'ammoniac: colonnes de ructlOfl. La 'ynlilke tntre te, cleu. ru- UQU et lIydrQlbe, se produit dans cl ... condition, particulières d. t.mptrltu~ et de pre:sslon. en prennee d'un au/YH"" l'note !,Itilist en obun ... t. partir de la distillation f ..... aÎonnt. d.l'air liquide: on obtierlt "lIyclro"ne

~r tleccrolyu; de t'uu Ou encore;à P<l.tir de~ pz de combuulon du colee.

59

l

N H Poids molkul.ire : 17 l Corps compo"

L'ammoniac) en temps normal, est un g~. On le trouve en petites quantités dans l'atmosphère, parce qu'il dérive de la putré­faction des substances organiques et des phénomènes volcaniques.

Il est incolore et possède une odeur intense et pénétrante. Il irrite les organes respiratoires et entraîne des altérations pro­fondes du sang.

En 1785, le Français Berthollet fut le premier à démontrer qu'il se composait d'arote et d'hydrogène. U se liquéfie facile­ment et, en s'évaporant, absorbe une grande quantité de chaleur. Pour cette raison, on l'utilise dans la fabrication de la glace et dans l'industrie du froid. II est très soluble dans l'cau. Sa solution est fortement alca­line et constitue une base faible: "hydroxyde d'ammonium ou ammoniaque.

Par distillation de la houille dans ,'indus­trie du gaz d'éclairage et du coke métallur­gique, on obtient de l'anunoniac, mais il est généralement préparé par synthèse.

La synthèse de l'ammoniac, c'est-à-dire sa préparation à partir des éléments qui le constituent - azote et hydrogène - est une etape importante dans l'histoire de la chimie.

En effet, à partir de l'ammoniac et grâce à un autre procédé synthétique, on obtient l'acide nitrique.

L'importance de ces deux procédés indus­triels est due au fait que les plantes, pour vivre et produire les substances organiques, ont besoin d'eau et d'anhydride carbonique,

60

L'AMMONIAC

mais aussi de nitrates et de nitrites, qui sont des sels des acides nitrique et nitreux.

Or, si l'eau et l'anhydride carbonique se reconstituent, au fur et à mesure de leur uti­lisation. les plantes ont à leur disposition une quadtité très limitée de sels d'azote.

L'ammoniac synthétique permet de fabri­quer des engrais chimiques Ct d'obtenir ainsi des rendements agricoles intensjfs.

Par ailleurs, l'acide nitrique sert à la fabri­cation des explosifs, des colorants et à encore bien d'autres utilisations chimiques. D'où l'importance de ce procédé de syn­th~ découvert au début du XIXe siècle par un chimiste allemand, Haber.

En 1813, la première usine d'ammoniac était créée à Oppau, en Allemagne. Pour se combiner, les deux éléments doivent être soumis à des températures et à des pressions élevées en présence d'un catalyseur.

Après le Français Claude, l' [talien Fauser, à son tour, mit au point un procédé nouveau qui consistait à porter le mélange des deux gaz - azOte et hydrogène - pris dans un rapport de 1 à 3, à 200 atmosphères et à une température d'environ 600 OC, ceci en présence de catalyseurs, en Poccurrence du fer poreux activé par d'autres métaux (mo­lybdène, aluminium, etc.).

Les deux gaz utilisés sont obtenus l'un par distillation fractionnée de l'air liquide (l' azote), l'autre (l'hydrogène) électrolyti­quement à partir de l'eau ou, encore) à partir des gaz provenant de la combustion du coke.

,

Production de l'ammoniac

1

la nçon la plus simple d'obtenir l'ammonilc l l'étu I:ueult consiste t l'extnire d, la solution qu'on trol,lve d&lll le commerce. Rernpllnu un bidon d. 1 1 d'ammo­n'aq~e commeR,l1 et introduluI-Y un bouchon portlnt un tub. de verre. Retournu une 'prouvent! .ur le tube. Chluffez le fKipient t feu modéré. L'éprouvette H ~mpllt d'ammonia.;. Si l'on pl~e deVint l',,mbouchure d" réprou .. eue un papier d, tournuol rOlle'" ,!>lui_ci vire lU D'eu. l'Immon~c est trts soluble. SI J'on élol,ne réprouvene plcha de Cn du biclon en tenant son embouchure d,ri," ven II! bu et en l'obturant avec l, pouce l't sl on la plonl' dans une cuvnte d'nu. on "ern. l'uu s'''ltVer ct remplir l'éprouvette. L'extraordinaire solub .. ~, de l'ammoniac peut êtn' prouvéa , r lee i. une amUQnu: ""perlen'e : l'el<p4trience de la« fonulne

d'ammon;K».

la fontaine d'ammoniac 1. Pr~parez l'appareil ain,; qu'on wous le mOntre sur l'Image. Remplissez-le d'eau et ajoutez-y 5 gouttes d~

phénolphuléine.

1. Dans une bouteille bien skhe introduiSez de l'ammo­niac gazeux et, en tenant la bouteille d lrlg", vers le bu,

r, .. ~-Ia lU bouchon d'j). in.é~ dans l'appareil.

3. Soufflez dans le tube en forme de L de façon l chas .. r un peu d·Nu dam la bouteille supérieure .

... L'nu jaillit brusquement de la bouteille inf'rieure dans la bouteille supérieure formant ainsi une fontalne

rose u r l'ammonIac r'aglt avec le phénol phtaléine.

,l , j

lêl

• ,,--

Préparation de l'am­moniac chlorure

du à partir d'ammonium

Mélangez sur du p,apier l g de chlorure d'ammonium et <t g d'hydroxyde de weium. Aloutez-y quelques louttes d'eau. Versez le mlllanCe dan. une 'prouvette l'ourvue d'un bouchon Il d'un tube en forme de L. Chauffez. RKueUlez l'ammoniac dans l'éprQIJveue.

61

r 1

CI Poids atomique : 35.457 'Iément nO 17

Le chlore existe dans la nature 5O,US forme de chlorures. Le chlorure de sodium, très abondant, permet de l'obtenir industrielle­ment par électrolyse,

Grâce à ses propriétés désinfectantes, il sert à purifier l'eau, Il blanchît et décolore, ce qui le rend précieux dans le traitement du papier et des fibres textiles végétales.

C'est donc un gaz bienfaisant, mais qui peut également être dangereux, car il maque les poumons, Au cours de la première guerre mondiale, il a constitué une véri­table arme chimique,

LE CHLORE

Le chlore est un gaz jaune tirant sur le vert. On peut l'extraire d'un de ses composés, l'acide chlorhydrique (HO) ou, encore, d'un quelconque produit pour blanchir le linge.

L'acide chlorhydrique est le plus impor­tant de ses composés , On le trouve dans les émanations volcaniques et dans le suc gas­trique. Il est très soluble dans l'eau et existe en solution dans le commerce sous le nom d'acide muriatique.

C'est un acide fort. Il réagit à froid ou à chaud sur de nombreux métaux en donnant les chlorures ,

Préparation du chlore

A • B

Prépuez l'appareil repr~ent'" sur l'illustratIon de ,authe, Ve .... ez dans la bouuille A Guelques centilitres de prod uit blanchissant et dans la bouteille C une demi· cuiller de soude Qustique diuout e d.ltl$ de l'eau. V" .... ez dans la bouleHle A une demi-cuill.r de bllullate de

62

sodIum. Remettez ~ sa place le bouchon, Le chlore se dé,a,e el remplit la Douteille B. L'el" et la soude (luttique dans la bO"lelilt C absorbenl re)(~ de ,u. On peUl ajouar une nouvelle fois du bisul fate

de sodium.

'\

./

\ De l'acide chlorhydrique au chlore

Meutt dlnl unt ~prouYettt 0,5 1 (l ia de um.,) dt bioxyde de mlnc.n.$t, Ajol/tel ) cl (t'ilu-l-dire le 1/8 de l'éprouvette) d'acide chlorhydrique (OnCeln, •. Chauffu un Pf!1I le mêl.nce. Un papier Imprt,", d'Iodl/ri! d'amidon plae6 i l'embouchure del"prollyette

ylre .lU bleu.

Expériences sur le chlore

-Pour dimontrer Illolubllltt du chlor., venu dans une bot/t<!llle pleine de chlore une petite quantil' d' eau. Fermn et Ilotu. Le chlore 'II dissout et l, bouteille adh're i la <mIin li Qus. du ,ride qui s 'est erH. Pour

vérifier 111'1 prOflriété:s déo;olonntes de ee Cu. rempllun une bouteille de (h lor. et Iusp'fldu·y. lu moyen d'un bouchon et d 'un morcull d, OrtOIl, d'abord une bande de coton sec, pu is le meme tissu humide. Dans le premier cu. la oouleur ne s'.lt6re pu : dans 1. luond. elle pSHt.

•

Le chlore r"a,it très vivement ayec Il majeure partie des lutres "'menu. Il est plrtlcuUtremellt Ictif Ivec l'hydro,ine et uec Il plu part da su composas. Intro­duist:1 une bou,ie IlI umée dans une bou­teille de chlore. Il se formen. une fum'e dense de clrbone car le chlora se combina :lYI(: l'hydroltne de la boulie libflrlnt le CI(bone sous forme de suie. Le chlore se combine aYe<: la plupart d", m' tau,.. Le far braie dans le chlore lueull. Fl><eI un pe-tit tampon de laine d 'Icier i un morceau de fil d, fu. Chiliffez-le :OYe<: une allumette et enfilez-le dans une bouteille pleine de chlore. Vous yerre>: sortir de la bouteille

une 'paisse fum'e noire.

63

EB80 Oc:xD

Johll Dalton propou d. ""'''* '- dl..,. 6I61fteftC1 ....... --S

sulfur (soufre)

Au aurum

(or)

Fe ferrum

(fer) C

carbo (carbone)

Na natrlum (sodium)

H hydrogenlum (hydro,ène)

L •• ,..ume moderne quI con$lfte • dbI,"et' les .... ...-no pu 1·lb,. .. ,~t,on de leur lIOfI'I f ... t conçu Plr

J- J.ko!> hn:el ius.

STÉNOGRAPHIE

Jusqu'ici, nous avons fait des expériences sur l'oxygène, l'hydrogène, l'anhydride car­bonique, l'azote ct le chlore.

Nous avons séparé l'cau en ses deux élé­ments et combiné le fer ct le soufre en un oomposé chimique.

En notant ces diverses expériences, il parait simple et logique d'écrire . H 1 pour hydrogène ou • CO! • pour anhydride car­bonique. Pourtant, il a fanu au."< chimistes des centaines d'années pour élaborer ce système de transcription.

Lc.~ alchimistes furent les premiers à consigner leurs expériences en espérant découvrir un jour la fannule de l'or.

Ils inventèrent donc une série de sym­boles compliqués qu'ils étaient les seuls à savoir interpréter.

Au fur et à mesure que les chimistes pénetraient les mystères de la matière, il devenait de plus en plus important pour cux de noter les résultats de lcurs expé­riences.

Un savant anglais, John Dalton, fut le premier à mettre au point un système de transcription utilisable. Au cours de SI.'S études, il s'était persuadé que toutes les réactions chimiques pouvaient se réduire à leurs termes minima et, par suite, être représentées par la plus petite partie d'un élément réagissant sur la plus petite partie d'un autre élément. tl appela .. atomes ' ces particules. Il nomma l atome composé » la plus petite partie du composé obtenu, que nous appelons aujourd'hui .. molécule JI.

Pour développer sa « théorie atomique », Dalton désigna chaque élément par un signe spécial inclus dans un cercle.

Un chimiste suédois, Berzelius, eut l'idée d'un système encore plus simple, celui-là même que nous utilisons aujourd'hui.

Il désigna chaque élément par la première lettre de son nom latin : « C ,. pour « Carho l ,

« S ,. pour .. Sulfur " etc.

CHIMIQUE

Lorsque deux noms commençaient par la même lettre, il ajouta une deuxième lettre minuscule au symbole de l'un des deux élé­ments; ainsi .. Ca » pour • Calcium ,l, afin de le distinguer du carhone .. C _.

Proust avait découvert que deux. ou plu­sieurs éléments s'unissent pour donner un composé bien défini. Dalton affirma, à son tOUI, que lorsque deux éléments se combi­nent, ils le font selon des rapports simples. Mettant à profit l'une et l'autre décou"'crte, Berzelius représenta symboliquement non seulement les éléments, mai!; les atomes, avec leur poids comparé à celui des autres atomes, c'est-à-dire leur .. poids atomique D.

Pour désigner un composé, il écrivit côte à côte les symboles des éléments en une seule li formule • : CO, Hel, Fe, S, etc. CO ne signifie pas seulement qu'un atome de carbone et un atome d'oxygène s'unissent pour former une molécule d'oxyde de car­bone, mais aussi que douze unités (POids) de carbone (12 étant le poids atomique du carbone) se combinent avec seize unités (POids) d'oxygène (16 etant le poids ato­mique de l'oxygène) pour fonner vingt­huit unités d'oxyde de carbone.

Lorsqu'un composé contient plusieurs atomes du même élément, on l'indique par un petit chiffre, appelé • indice • placé en bas à droite du symbole (exemple : HsO, CO,).

A l'heure actuelle, on ne croit plus, comme le pensait Dalton, que l'atome est la plus petite partie indivisible d'un élément. Nous savons, aujourd'hui, que les atomes sont formés de neutrons, de protons et d'élec­trons. Protons et neutrons constituent le noyau de l'atome et les électrons tournent autour du noyau avec une telle rapidité qu'ils l'enveloppent complètement. Cepen­danl, la théorie de Dalton reste valable pour expliquer les réactions chimiques ct l'on n'a pas d~uven de méthode plus simple pour les représenter que la f sténographie • de Berzelius.

SI ...,. pcIII"" volt \tA __ llIAIICÜ .... million .-JolI. iii _ ............ _w.w. • _ ..... Hm lift __ n'_ ... un toIld.; w _ .. ""-fIl .. l, en • '.'''";&nt ~nt.. '-- u ... , ... ' ..........

SI_ ~ nhmiIf' IIIn __ '" ~ .,rIn4 .. ... ..no .. o...x " .. ~_ tou:rMr...-r d. ,.",... en I6crlYaM .. ,. ort.tIJI ~ .........

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(Mw:trons).

2

3

•

•

• ,

Pendant plus d'un millénaire, les philosopha ont cru que toutu lu IIIbstances êtalent connltuées de quatre élémenu: ; re reu, sec et chaud, la terre, chaude et humIde, l'e~u. humide et rrold., l'I lr, rrold et sec.

H 1 Hydro,éne

1.008

, LE SYSTEME

, PERIODIQUE

, , DES ELEMENTS

Dès la plus lointaine antiquité, les honunes ont cherché à interpréter la composiùon de la 1 matière _.

Pour les premiers philosophes, la matière était formée de ce qu'ils appelaient « élé­ments », Mais cc tcnne avait, pour eux, un sens différent de celui que nous lui attri­buons acruellement.

Les philosophes grecs pensaient que l'uni­vers est composé de quatre substances essen­tielles ; le feu, la terre, l'eau et l'air. Pendant des siècles, personne ne songea à discuter cette th~rie.

Le système périodique

Les Il,nes qui vent de ,~uch. t. droite ,'appellent des périodes. les colonnes quI vont de haut en bu se nomment des ,reupes. Ln é"menu d'un croupe ont da pro.

Ac 89Th 90 .... 91U 92 .. .. NeptunIum

237

.... Plutonium ,,' Actinium Thorium Protactinium Uranium

prl.'.S communes. 227 232.05 231 238.07

66

{

Les Romains connaissaient neuf des substances, que nous nommons aujourd'hui éléments. Ils les désignaient, bien entendu, par leurs noms latins: Carbo (carbone: C), Sulfur (S), Aurum (or: Au), Argcntum (argent : Ag), Ferrum (Fe), Cuprum (cuivre: Cu), Stannurn (étain: Sn), Plum­bum (Pb), Hydrargyrum (mercure: Hg).

A la fin du XIXe siècle, on avait identifié trente-quatre éléments. Dans les dix der­nières années du XIXC siècle, treize nouveaux éléments furent découverts et reçurent des noms latins. Parmi eux, Natrium (sodium : Na), Kalium (potassium: K) et Aluminium (aluminium, AI).

Au début du xxe siècle, quatre-vingt­quatre éléments étaient identifiés. Aujour­d'hui, on en connaît cent deux. On décou­vrit les dix derniers en bombardant les

OXYJI!nI' Lt denln d'un atome se

@ compose d'un noy&u un· t~1 farm' dt proton.. (pl rop et de ' neutrons {nI, et

• d'"lactrons dispos"'. ~u· n tou~ d'ul'lt orbite. l~

nomb~e dH p~otons d'un ItOmo: o:n donné par 1. nomb~e atomique de cel

atOme.

des éléments

atomes des autres éléments. Pour les classer, diverses méthodes furent proposées, fondées d'abord sur le poids atomique, puis sur le nombre atomique. Un grand savant italien, Cannizzaro. découvrit, en 1850, le moyen de déterminer le poids atomique.

Le savant russe Dimitri Mendeleie1f, en classant les éléments selon leur poids ato­mique, nota la répétition de propriét~ sem­blables et fonnula la f loi périodique )1.

L'Anglais Hemy Moseley, après la décou­verte de la radio-activité, établit une classi­fication nouvelle fondée sur ce que nous savons aujourd'hui de la structure de l'atome (nombre atomique).

Vous trouverez sur la planche ci-jointe les cent deux éléments connus avec leur symbole, leur nombre atomique et leur masse atomique.

Chlor.

III a IV • V •

T "",i!-'T ;: VI •

T.llure 127.61

Polonium 210

OUTREMONT BIBLIOTHÈQUE 1 tlUNICI?AL ft.L:N j.~I?I'~E LlBRARY

VII B

-'10

67

LES SOLUTIONS

Les premiers savants faisaient leurs expé­riences sur des solutions.

Lorsque les chimistes commencèrent à utiliser l'électricité, ils découvrirent que les diverses solutions se comportaient diffé­remment. Les solutions aqueuses d'un grand nombre de substances chimiques (panni lesquelles le sucre) ne laissaient pas pas~r l'électricité. Elles étaient donc mauVB.1S conduCteurs. D'autres, au contraire, étaient bons conducteurs ou électrolytes.

En 1874, un très jeune savant suédois, Svante Arrhenius, conçut une théorie qui rendait compte du comportement mysté­rieux des solutions.

Selon lui, lorsqu'une substance chimique est dissoute dans l'eau, chaque molécule se

rompt, se dissocie cn atomes ou groupes d'atomes chargés d'électricité. Il les appela « ions 10 du verbe grec qui signifie errer. Cene nouvelle théorie reçut le nom de • théorie d'ionisation d'Arrhenius -,

Le sel de cuisine (ou chlorure de sodium: NaCI), dissous dans l'eau, se divise en ions sodium chargés positivement (Na"'") et en ions chlorure chargés négativement (0-). Ces ions vont dans toutes les directions jusqu'à ce qu'on applique à la solution une tension électrique. On voit alors les ions négatifs se diriger vers le pôle positif (anode) et les ions positifs vers le pôle négatif (cathode). Ce sont ces ions qui conduisent le courant électrique.

Si les composés non conducteurs ne laissent pas passer l'électricité, c'est qu'ils ne dissocient pas les ions. Cette théorie permet. d'expliquer un grand nombre de phénomènes et, bien qu'elle ait été quelque peu modifiée par la suite, elle reste vraie dans la plupart de ses aspects.

Expérience sur la conductibilité des solutions

• .«_0

"rrh.nlus d"montra que les solutions (onduis.nt 1' ''lectricit ~ en uti llnnt IY COYN de ses premi~rel e)(p~rlen,cel un gén"n.t.ur de courant ~I~mentllre (1 et 2). Utilisez l'appareil n" 3 et plac~! une,ampoYI~ ~e ~lmpe de poche' 1 extr~o mit' d'yn fil. Mettez dans le yerre des solutions diff'rentes. Certaines conduistnt l '!ectrlclte. d autres non. VOYS pourrez

le Y'rifier en observant l'ampoule qui $'allumera ou ne 1 altumera pas.

68

Solution saturée

Un. solut ion Ulurh Ut une solution dans laquelle, dans ,ernlnes conditions de umpiirnure et de preulon. se trouve dluouh la ph.n gnnde quntit' pouible d'un. subst~nc. donn' •. Vusn 20 d d'eau 1 la temp4irature ambiante dans une cl psule en pyrex, Aloutel 6 a de $II· p'tre (nitrate de poulSlum) e( Iglln. Tout le 1I1~'tr. sera d i no~s. Aloutu l nouveau l , d. ni pitre. Cette fois, uni faible partie seulement du ulpitre ",ra dluoutl; en fa it, l 20 ' , 6.3 , de :I.lI l p ~tre donnent une Joll/tion uturH dlM 20 cl d'eau. Pose:. 1. upsule d" pyru; sur le brOleur • alcool et ajoutez encore 10 , de salpëtre. Brusquement tOUt le """pitre sera dissous , En falt. en augmenunt la te mpirature, on augmente la solublliti du ,,~I (l l'ibull ,t ,on 20 cl d 'eau dÎssoivent -40 g de sai· pitre). Ret irez la solution du fl!u . Au fur et l mesure que la solut ion refroidit, unI! putÎe du illp~tre se crln,lIlse lentement, l e liquide qui re$te e$t une so lution iltur".

Comport;"i:l~~t dfs solutions Cristallisation O'termlnu. ~ t'aide d'un thermomitr •• t quelle temp" rature: bout l'u.u. Ajouuz une poIlnH d. H I. Contrôlez la lemp~ntur .. d'tlibullition u note:t qu 'elle en plus ' lev' .. que la 'empêr.ture d'4ibuli ltion du d lnolnn!.

• Ion

Vous pouvu rUl ller vous-même la crhullintlon de M,SO,. Oans une 'prouveue faîtes chauffer un m"ln,e de S cl d 'uu, une cuiller de HI ,n,l.als Jusqu'. ct que le sel soit dIssous. Ve~u ho solution c""lIde sur un verre solgnellsement nntoyi. En refroidissant, Il se formera

un résuu 'Plis de crisuux en forme d'al,ulll".

8ien des substancu chi. miques prennent en se cris· taWlint des formes ,'om'.

triques ri,uli'res.

d'une solution

69

Comment on reconnaît un acide

ACH)~

·~lO",IIY O"IQuf

r "

'" les aodes rugissent lUX Ind icateurs.

" .

70

1. l"" atid", ont un coût acide.

•

• l . les acides a,issent

sur ln m~uu)(.

•

4. l a Kides neutral isent

le, bues.

Les acides ont plusieurs caractères communs. Ils contiennent de l'hydrogène qui peut être remplacé par un métal. Ils neutralisent les bases. Ils ont un gol1t acide. Us altèrent la couleur de certaines substances végétales nommées l indicateurs _,

La meilleure définition qu'on puisse donner d'un acide est la suivante: l C'est un compos~ qui, en solution, libère des protons. l) En fait, un acide en s'ionisant libère des ions (H 1). mais un ion hydro­gène n'est autre qu'un prolon puisqu'il dérive d'un atome d'hydrogène qui a perdu son 8ectron périphérique.

Les acides les plus employés dans l'indus­trie sont: l'acide sulfurique (HiSO..,), l'acide nitrique (HNOJ et l'acide cb10rhydrique (HCJ).

N 'utilisez jamais dans votre laboratoire l'acide sulfurique et l'acide nitrique. Ils sont dangereux car ils attaquent la peau et peuvent rendre aveugle. Si vous avez besoin d'acide sulfurique pour une expérience, prenez du sulfate acide de sodium (bisulfate de sodium). Quant à l'acide nitrique, vous l'obtiendrez en traitant un nitrate (KN03) au bisulfate de sodium.

Maniez l'acide chlorhydrique avec de grandes précautions. Diluez-le rapidement dans beaucoup d'eau et neutralisez-le avec du bicarbonate de soude.

Ajoutez S cl d 'u:id. chlorhydrique il1S cl d'uu. l~lueI tomber 5 ,outtel de ce milan,e dan l un urr. d'uu, Plon, ez un dol,t daM cet Jcidll' très dilu~ et ,olltll'z_llI'. F,icH tomber 1 ,outte d·,cld. chlorhydrique d i l u~ sur un pIpier de tournesol bleu. le tournesol vire lU rOUIt! . Introduisez dei copeauK de I lnc dans une 'prouveu .,. V.,rsez sur ces copeauK qut!lquCl ct!n tiliu es d 'acidll' chlorhydrique. Le zinc le dluout. IIb.rane l'hydro,'ne dll' l'K id.,. CoIOf"u 2 d de soude cauStlqull' avll'c 1 loune dll' solution d. ph'nolphulilne. Tralt,,-I, enluite av.,c 5 cl d 'acid. chlorhydrlc;ue. La couleur rosa dls~rait.

L!S~ASES

Les bases contiennent un radical appelé .. oxhydrilc • formé d'hydrogène et d'oxy­gène (OH). Elles neutralisent les acides. Elles altèrent la couleur des r indicateurs •. Elles ont la • saveur de lessive .,

Une base dissoute dans l'eau, libère des ions oxhydriles dotés de charges négatives (OH-). Une base est neutralisée lorsque les ion~ oxhydriles se combinent avec les pro­tons d'une autre substance. Les bases les plus importantes sont l'hydroxyde de sodium C" soude caustique . NaOH), l'hydroxyde d'ammonium C. ammoniaque . NH,OH) el l'hydroxyde de calcium (~ chaux éteinte li, Ca(OH)t. Utilisez avec précaution l'hy­droxyde de sodium.

Ne touchez pas les paillenes de soude caustique. Ne mettez jamais une ~lution de soude caustique en contact avec la peau, car elle dissout les huiles naturelles. Un jet de soude caustique peut être très dangereux pour les yeux. Lorsque vous en versez quel­ques gouttes, diluez-la rapidement dans beaucoup d'eau. Vous pou\'ez également la neutraliser avec du vinaigre. L'ammoniaque doit. elle aussi, etre maniée avec précaution. EUe a une odeur forte et irritante. Evitez de la respirer.

L'hydroxyde de calcium est une poudre blanche que vous utiliserez dans de nom· breuses expériences.

Faites dinoudrl 5 , de soude caustique dlns 50 d d'eau. Laissez tomber 5 ,outtu de cette ,olutlon dlns un verre d·uu. Plon,n un dolrt dlns cette bue trils diluj .. ~,oO· tel·la. Mettez une coutte de solution de soude caustique sur un papllr roUIe de tournlso l. LI Pl!,i.r ... Irera au bllu. Introduisez un petit morulu de ,raine dans une solution d. 5 , 1 de soude ClIuStiqUI puis chauffez Cette so­lu tion. la ,raine sera dissoute et il se formera du laYOn. Ajoutu l l d d'acide chlorhydrique dilué 1 ,outte de solution de ph4!nolplltalélne. Venu S cl de sol ution de loude caustique. En. Il color.ra ln rosI.

Comment on reconnaît une base

No,," 10'/.

2. LH bUIS ré'Iiuent aUl! Indiut.un.

1. Les bues ont un ,oOt doucdt,.. •

•

3. les bues rh-ginlnt lUI( ,ralnel.

4. les bues neutnlisent 1 •• Icides.

71

1

Comment obtenir un

A

"rép.rer l'appareil ainsi qu'on vous l'Ind ique sur l'ImIC_ (l-<leul,Il. Danl 1 "prO!J~eue A mettu !,In m~lance d 'un quart de ~uilluo.!ie de sfI'l ordinaire et d'un. demi­eulller'. d. bisulfate de sodium. Chauffu le m.lance.

acide , a partir d'un sel

Le (hlorur. d 'hydroglml produit fera virer au rou,e le tournesol humide. Ajoutez 2 cl d'eau dans l'éprou­vette 8 et .,Itu. L. (ompœé rHutu.nt dl Il réaction

est de l'acide chlorhydrique.

Anhydride -L eau = acide

t,~ .. Allumn une bougie d. loulr. (ou .. ncore un bloc. de fleur cle soufre) lur un support d'étlin . PI.cu lu-dl»UI d. l, flamme un papier de tournesol bleu humidifié. l'anhydride sulfureux qui Je d~,a,e fer. vin. au rouc.

1. papier de tournesol.

ACIDE CHLORHYDRIQUE CITRON l ACIDE SULFURIQUE ACIDE lctËTIQUE

(3 !(3 l3 TOUP.NESOl

PH~NOLPHTALt:INE

72

Le pH Indlqlll " ,cldité Ou l'Ile"init' d'une solution. Un. lolution est Kide si 50n pH H t inft!rleur .. 7. Un pH lnft!rleur correspond .. une aciditt! plui grand .... SI Ion pH en lup4iri","r :il 7, une solutIon est alallne:

TOMATE

SUCIGASTRIQUE

((3

SAUVE

ACIDE BORIQUE

1

Comment obtenir une base à partir d'un sel

Dans unI!: capsule e" pyrex contl!:nanr 50 d d'tau. bites dissoudre une cuillu • co" de soude Solny (carbonate d. sodium). Chauffn ""rement et ajoutet. lu m'llnC" une petite quantit' de chaux 'teinte (obtenue plr

action de l'uu lur d. la ~haux .. I~el.

ACitn fortement. II rhctlon chimique \la produire un hydroxyde de sodium et du carbonate d. alc.ium. Apr~ filtn, •. 1. carbon.ne de aleium reste sur le papier et 1. liquide filtr' contient d. j'hydroxyde de .odium.

Oxyde 1 eau = hydroxyde (base) Mettez un mOrCeau de chaux vive (olOlydll' d, calcium) danl une caplule en pyrex et IjOl,ltl:l ;r,uu.nt d'eau tiède que la .:.hlux en absorben. EII. va le r'chauffer (r'actlon ."othermique) en 'mutllnt des vapeurs, puils'emiette,. On obtient de Il chaux 't.intot (hydroxyde de alclum).

d'.uunc plus alaUne q\le ,on pH en pl \l, Imporunt. En p.chant l q\lel pH \In Indla.te\lr cllan,e de coul.ur, vous pourrez déc.rmln.r l'acidid ou l'alcalinité de la

Kllutlon con,ldhée.

EAU DE MER r BORAX JeAU IURlN' r-BICARBONATE DE SOUDE

oH t'J t'JI ~ 1

t

LAIT DE MAGN~SIE SOUDE CAUSTIQUE AMMONIAC EAU DE CHAUX

1 ~ ~ el

TOURNESOL!

CHOU ROUGE 1

13

•

74

LES SELS

Les sels sont des composés qui dérivent des acides par substirution totale ou partielle d'un ou plusieurs métaux à l'hydrogène.

Si l'on traite le zinc avec de J'acide sulfu­rique, le métal prend la place de l'hydrogène ct l'aD obtient du sulfate de zinc, c'est-à­dire un sel qui a perdu son caractère acide parce qu'il ne contient plus d'hydrogène.

Zn ...... H!lSO .. -- ZnSO .. + H~ Un oxyde traité par un acide peut égale­

ment donner un sel et son oxygène, en s'unissant à J'hydrogène de l'acide, donne de l'eau:

ZoO + H2S04 > ZnSO-t - Hp Si l'on fait agir un acide sur une base ou

une base sur un acide, les atomes d'hydro­gène (ions H ) de l'acide se combinent avec les radicaux oxhydriles (ions OH ) de la base pour donner de l'eau ct les atomes du métal de la base se combinent avec le radical de j'acid, pour former un sel. Plus simple­ment, on \'l :

Base ·1 Acide -- Eau + Sel

C'est ce qui se produit lorsqu'on traite de l'hydroxyde de sodium avec de l'acide chlorhydrique :

NaOH + HeI . HOH + NaCI

On obtient de J'eau et du chlorure=: de sodium (le chlorure de=: sodium étant le sel de cuisine ordinaire).

Parmi les sels utili~és industriellement, le sel de cuisine (NaCl) et la soude Solvay (Na2C03) , ont une place privilégiée ct nombre de produits chimiques en dérivent.

D'autres sels sont nécessaires à notre vie quotidienne, à la cuisine, à l'agriculture=:, etc.

La plupart du temps, les métaux existent " dans la nature à l'état de composés (oxydes et sels).

Au cours de vos expériences, vous utili­serez deux. catégorie~ de sels : les sels neutres (comme NaCI, Na2C03, KI), qui ne contiennent ni hydrogène libre ni oxhy­driles et les sels acides (comme NaHSû4,

NaHCO,) qui contiennent de l'hydrogène récupérable.

Certains de ces sels se dissolvent facile ­ment dans l'eau. Tous les nitrates (prove­nant de l'acide nitrique) et la majeure partie des chlorures (provenant de=: l'acide chlorhy­drique). Mais beaucoup d'autres ne sont pas solubles j c'est le cas de la plupart des carbonates (dérivés de J'acide carbonique) et des sulfates (dérivés de l'acide sulfu· rique).

les noms des sels lES AOOES

ACIde $ulfurique ACIde n,tnqu. ACIde arbonique ACIde Kêt.qu. ACIde chlorhydrique ACIde lulfhydr'qu. Ac::ie $. fur."x Acée li tnuX ACCle d'Iorl~x

FORMULE ET NOM DE L'ACIDE

H,SO, HNO, H,CO, CH,COOH HCI H, S H,SO. HNO. HelO,

Sulfate d'hydros'n. Nitrate d'hydrOS~!ne Carbonate d'hydrosène ""tue d"hydrogène Chlorure d 'hydro"n. Sulfure d 'hydrogène Sulfiu d"hydro,ènt Nitrite d'hydrogène Chlorite d"hydro,6ne

Les aodes IfI "<i"e, -eux, hydrique donnent don nl, en ·ate •• Iu, ·ur."

FORMULE ET NOM DU SEL

Na,SO, NaNO, Na,CO, CH,COONa NaCI NaiS Na,SO. NINO, N.CLO,

Sulfata d lsodique Nitrate dt sodium Carbonate dlsodiqut Adtate dt sodium Chlorure de sodium Sulfure d lsodiq ue Sulfite dllodique Nitrite de sodium Chlorl te de lodium

75

Î

76

•

LA NEUTRALISATION

v •

DilIls la <:himie analytique qUlntiutive, on pratique (a neutraliution pour dlltermlner la force d 'une bue ou d'un acide. la solution bu;.,u. Ht trait'. IVU une quaMltt donn" d'un acide ,je force connue, en pr'. I"n<-Ii! d'un indicateur, jUlqu'l '''' que l'on obtienne 1. ctlln,ement de couleur (vlra,e). On pr«ad. de la m"me façon pour identlfie r la foru d'un Ic lde, 11,1 moyen d'une bue de fOfCI connue. Voyn d-<ontre

l'lp~r.1I utmli.

Pour do!tcrmlner la force d'une base. le thlmlne traite une ("ruine quantité d. uue bue Jovee lutant d'.dde que ce la est n'cesuir. pour la neutraliser. O. la sorte, Il ,aleulera la loree de 11 base. Pour neutrflll,er, VOUI opllrez de la façon su innu ; diluez qUllq ut! centilitru d'ammoniaque commerciale avec sa cm' d 'uu. Ajoule. 1 ,outte de phénolphuJéine, Celle...;;i colore,.., Je mélan,e

d\m rOSI intense,

Rempllne~ une burette jusqu'au 0 d'adde chlorh,drique dilué dans des propo"lonl connues. Fa ites tomber ,outte l ,outte et douCiment l'acide de Ja burette dans le récipient contenant la solution d'ammoniaque, C'une main, r~,lez le flux dei ,outtes qui tombent de la burette; de l'autre, utiliu,z un "itateur (un petit biton de verre) afin que l'acide SI ~pande un lform~ment dans 1,. solu tion. A un moment don"" la phénolpht,.­lélne paue du rose 1 l'incolore, Effectuez la lectu re sur la burette et vous nurez quelles quantités de Hel ont

été nécessaires pour neutraliur l'ammoniaque,

Diverses manières d'obtenir un sel Métal + acide donnent sel

falns tomber du copeaux de zinc dans une 'prouveet •. VerUI ensuite 2 cm' d'acide chlorhydrique. le tlnc: s'y substitue ~ rhydro"n. d. l'acide pour former un HI

ZnO"

Sel + acide donnent acide + sel

~~~

\\t-...,/"',,">-

~"'.' hitH tomber dei morcenx de craie, de mOlrbr •. de coquille. d'huîtres (carbonate de uJcium) dans quelques cen tlm'tres cube. d'ac,<le chlorhydrique. Vous obelen· dru du chlorure de calcium et d" l'acide carbonique qui

SI dl~lsent en CO, et H, O.

Faites dissoudre 5 1 de sel tnllais dans 20 c .... d'nu. Chiuffu et vlrau-y une solution de 5 1 d, soude dans 10 cm' d'eau chaude. le liquide obtenu contiendra du sulfne de sodium undi. que M,CO. en teunu ,h.nl le

filtre.

II .lIlat. plIOtleu" façonI d'obtenir un ael. Lt synd'''. ; quand on fabrique dil'ftte,"eM du sulfure d. f.r uec deuil .'.rnenu." flr ft it lIOUfr.

~ + S cIonlMt,. ~S

b substitution quand on falt .... "r un ~, 1. Elne par 'lItmp't, sur d. "acld. chlorhydrlq ...

Zn lHCI donne ZnCl. Mo L. double khanl' q .... nd on utillsl UIMt bue ft UII MI

Oxyde .- acide donnent sel ·' eau

!

Mutu 1 culll' •• d'oxyde de ulcium (chau>t vive) dans un verr ... Ajoutez de l'acide ~hlorhydrique et 'Iltu. l. c:h.uJC ylye un. dissoute dans l'acide et form.n. du

chlOf"u re de ealdum et de l'uu.

2 sels forment un autre sel

pour form.r UIII _".U. buti ft un _veau .. 1

Cl(OH,. Na"Co" donnent INaOl-I + CaCQ,,) ou .ncon quud .... faIu,,. ..... ' un ... 1': un .cid •• 0fI obcJIft' un aI/1:re ... II: un autre "Id, CaCO ..... lHCI donn.-.c CaCI. H.CO,(ioI.O + COJ

ou quand deUil Mb toIuw. formenl deuil autres .... dons l'un _ l"soIuble

Na.,CO. of M,SO. 60nlllnt M,cO, ..j. Na.SO.

77

L'iode est un élément très répandu dans l'univers tant dans le règne animal que végétal. On le trouve en composition dans les cendres des algues marines, dans la mer, dans certains minéraux et dans certains tissus animaux.

L'IODE

Une fois extrait, il se présente sous forme de paillenes qui, sous l'action de la chaleur, dOIUlem de belles vapeurs violettes qui deviennent, en se refroidissant, des cristaux bruns. On peut, ultérieurement, purifier ces cristaux grâce à un procédé nommé • subli-

Préparation de l' iode

Dans une CiIIIUu1e oi, pyru. m"angl!Z 2 g d'iodure de . poussium. 2 1 d, bioxydl de mangan~se et ... g de

bisulflte oie sodium. Chauffu I~,~rement le melange. VOUI ~t!rrel blent6t SI d'za,er de vlolentu ~apeurs

d'lO(je.

78

•

Inuoduisu une demi.douulne de tube. de glace dans un pot. Ajoutu un peu d'eau. Posez le pot en luise de couvertle lur la nplule. Les va~ur. d·lode le d~po-seront .ur le fond du pOt. sous forme de petlu cristaux

d'un Irl. fonc~ .

OétKhez 1"" cduaux d·iode du fond du pot; place~·les dans une petit. bouteille sollneusement fermée.

Solubilité de l'iode

L 1

/. ' . - \ ' --' ~ , '" , '. \

l Pour ."p,himente r 1. solubilité de l'Iode, ~ersu un. petite qu.ntlt~ de crinaux .hnl quitre 4iprouveues.

Ajoutili quitte diuoln nl.$ et . , it el;

dlnl l'IIU

naturelle, l'lede

se dluout d ifficl.

Jo,me nt :

l'Iode se dissout dans l'elu

qui contient de l'iodure

d. pounlum;

J'Iode forme une solution

violette dlns le t'ln.­

chlorure de carbone ;

l' iode se diuout

Oins l'olcool et prend

'" color.t[lon brune

L'iode libéré du chlore

Préparu l'appareil décr it fliC. 62, en mettant dlM 1. boutt lll e B ''''I!! 50h.l lion de 0.5 , d'iodure de pouulum dln • ..0 cm' d 'H,O . Le ch lOl'"c fcrm" des bu llu da n. 1. .olut;o n, devenue brune, ,rlce i l'iode qu i . été libéré. Si l' on aloute encore du chlore, 1. lolutlo n redevie nt

cla in et il se forme de l' acide iodique Incolore.

le chlore contenu dans un liquide bl.n­chillant l i~re l'iode. Ajoutez 2 ,OUltes de ce liqu ide ~ une , o lu­t ia n d'iodure de pous­.ium (O,S 1) dons

10 cm' d'eau ,

Décoloration

Tracu avec un pinceau tr.mp' d ~ ns t'Iode d~s sur un morce~u de p~pier. faites dilloudre de. crisuu" de Ihiosulfue de sod ium d~ns de l ' e~u , Rlpusez sur les

avec cette solution. Vous obtiendrez olnsl de< lettres blanchiS car le chiooulfue donne avec l'Iode

un compod Incolore,

79

l'iode par oxydation

Acide iodhydrique

Expérience de l'amidon

80

mation _, Il consiste à les transfonner à nouveau en vapeurs qui, une: fois refroidies, retournent à l'état solide.

L'iode, peu soluble dans l'eau, se dissout très bien dans l'alcool. Ainsi la teinture d'iode est une solution d'iode à 2 % utilisée comme désinfectant.

On emploie l'iode non seulement en phar­macie mais, aussi, dans J'industrie des colo­rants et dans la photographie.

On le reconnaît à la couleur bleue qu'il donne avec l'amidon.

Il est doté d'un fort pouvoir colorant et teinte cn brun tout ce qu'il touche. Mais le sel de fixation des photographes ou ( hypo­sulfite 1 le décolore très bien.

L'IODE PAR OXYDATION

Falta dissoudre quelques criltlux d 'lodu~ de POtaS­sium et quelques ,ninI de bllulfat" d •• odlum daM 5 cm' d'eau. AjOl.ltn HIO,_ A,itu. L'Iode libre colore

l e liquide en brun.

ACIDE IODHYDRIQUE

H~"anIU quelqu .. crÎIu,ux (,rm comme un petit pois) d' lodurfI dt pcu,nium aVlc un quart de cu lUére Oe bllulfate de sodium, Pilcel un papier de tournesol t l'embouchure de l'éprouvette; chauffu normalemlnt : on obtient linll de node et également de l'acide lodhy.

driqui quI fait virer au rou,e le tournesol bllu,

EXP~P.IENCE DE l 'AMIDON

Dans une éprouvette, mette! une pol,n" d'amidon danl de l'eau froide et 1(ltez. AjoutlI de l'elu chaude : portu l "'bull it lon: refrold lssu ; venu une (outtl du m'lan,e dans 10 cm' d'eau: ajOUtez 1 ,outtl de teinture d'iodl. '101,11 obtiendrez une couleur d'un bleu

brillant .

...

5 Poids .1I.tomiqu. : ]1,066 '''ment nO t6

Dans l'Antiquité, on appelait le soufre « la pierre qui brûle ~. Il était le symbole du diable, car il brû1ait avec une flanunc bleue, en émettant une odeur suffocante.

Les Égyptiens, les Hébreux, les Grecs et les Romains connaissaient déjà les propriétés désinfectantes et décolorames du gaz sulfu­reux.

Le soufre est l'un des éléments les plus répandus dans la nature, soit à l'état libre, soit cn combinaison.

Jusqu'au début du xx\! siècle, on l'extrayait surtout des mines siciliennes. Les J:tats-Unis ont pris actuellement la pre­mière place avec la découverte des gisements de Louisiane et du Texas. La France est le second pays producteur du soufre (soufre de Lacq).

Le soufre est polymorphe, c'est-à-ctire qu'il se présente sous différentes formes.

Il est généralement solide, de couleur jaune dair, doté d'un éclat résineux, mau­vais conducteur de la chaleur et de l'élec­tricité ct sc présente sous forme de cristaux en losange. Si on laisse se cristalliser le soufre fondu, on obtient des cristaux mono­cliniques. Les vapeurs de soufre en se subli­mant donnent deux variétés de soufre, l'une cristalline et l'autre amorphe.

Le soufre fondu versé dans l'eau froide donne le soufre plastique qui se transforme au bout de quelques jours en soufre ordi­naire.

On extrait le soufre par fusion. En fait, il fond facilement et c'est ainsi qu'on le sépare

82

LE SOUFRE

de la roche qui l'accompagne. Dans l'Anti­quité, on utilisait, pour ce faire, des fours creusés à même le sol, dont la partie infé­rieure était en maçonnerie et dont la base inclinée laissait s'écouler le soufre fondu. On disposait le minerai de façon à menager le passage de l'air.

L'inconvénient de cc genre de fours, c'est qu'une panic du soufre brûlait en donnant de l'anhydride sulfureux qui se répandait dans la campagne, nuisible pour les plantes ct les hommes. Aujourd'hui, on utilise, en Italie, une méthode beaucoup plus rationnelle qui permet une combustion en vase clos.

En Amérique, on procède différemment. Le procédé américain consiste à creuser des

l e Joufre Je trouve dans le commerce sous dlvenu formes pain. bou,ies. poudre (fleur de Joufr.). Au microsco~e, les fleurs de soufre n&vèlent une ltruUure

crisuillne en forme de losan,!.

puits très profonds, puisque les gisements de la région sont situés à environ deux cents mètres de la surface. li donne d'excellents résultats car le soufre ainsi obtenu est par­faitement pur.

La sonde Frasch (voir planche ci-contre) sert à transporter l'eau bouillante qui pro­voque la fusion du soufre. L'air comprimé chasse le soufre vers le haut. Celui-ci reste liquide grâce à la température de l'eau qui descend entre le premier tuyau ct le tuyau extérieur.

Le soufre sert à • vulcaniser " le caout­chouc naturel qui acquiert élasticité et résis­tance et peut ainsi être employé dans la fabrication des pneus et d'autres articles. On l'utilise pour combattre les parasites de la vigne, pour préparer les allumettes et la poudre pyrique. Il sert également à la pré­paration de divers sulfures, parmi lesquels le sulfure de carbone employé comme dissol­vant ou encore dans la fabrication du nylon. Mais, surtout, le soufre sert à préparer l'acide sulfurique qui, lui-m!me, est indis­pensable à la préparation directe ou indi­recte des plus importants parmi les composés chimiques.

Pour préparer l'acide sulfurique à partir du soufre, il faut d'abord provoquer sa combustion.

En brûlant, chaque atome de soufre s'unit à deux atomes d'oxygène pour former une molécule d'anhydride sulfureux (50!) ; grâce à un procédé spécial, l'anhydride sul­fureux peue être oxygéné, c'est-à-dire qu'il peut assumer un autre atome d'oxygène et donner de l'anhydride sulfurique ($Os). Celui-ei forme avec l'eau de l'acide sulfu-nque:

H 20 + 503 - H 2S04

De nombreux composés du soufre ont une odeur désagréable et pénétrante. Cene odeur d'œuf pourri provient de l'acide sulf­hyd,ique (H,s).

L'acide sulfhydrique est utilisé dans les analyses qualitatives pour déterminer la nature des métaux qui composent une sub­stance donnée. Il sc combine avec les métaux pour former les sulfures qui sont des sels faciles à identifier, grâce à leurs couleurs et à leurs réactions aux acides.

SONDE FRASCH

83

Fusion du soufre

L. 1000(rt, .n fondant. ~iSl p.r qunf' phu •• : ,'en d'.bord un Il'Il,Iid .. , couleur Ilune palUe ; Il devient .nsult. fluide et couleur d. caramel : pUll, Il n, COn· dense et devient presque .00Id., Enfln , 1I redevient liq ... ide

et bo\Jt .n émutlnt da: vlpeu,.. Ilunes.

Préparation de cristaux

Chauffu IUlqll'" 1. fUlion un. petit. qUlntld d. fleur d. loulre. PUll, venez le loufre fondu lur un flltre bien 11(. VOUI verru se (ormlr .ur l, Plpl.r dl. crlscaux

en forme d"I,ullle •.

84

Le soufre précipité

J

faites dluoudre dis cristaux d.

thiO$ulfue d, sodium dlnl une d.ml·éprou­

.... tte d'nu. Ajoutez 1 ,outt. d'.clde chlorhydriqu. le liqu ide d.v l.nt 1,lt"l,Il(

l cavs", d" d'p6t du lovfr. Iln Plreelle. infimes.

Comment imprimer avec le soufre

, , ,

Pr,pull un mou le en prenlnt une plue d" S cent ime. pour 1" fond u un Plpl.r coUant po ... ,I •• plrol •. Versn·y de Il fleur d. soufre .n fusion dans l''prouvette (le fond dt l''prouvtttt doÎt ftrt eloi.t:né de 1. fllmme).

SO, Poids molkulaire Corps composé

L'ANHYDRIDE SULFUREUX

L'anhydride sulfureux a des propriétés blanchissantes

-"

Préparation de l'acide sulfureux

AllurrtQ le loufre et Introdullu-Ie dans un flacon. Puis. ,.,tirez" ", qUind vous verrez le flacon plein de npeurs.. AJouaI quelques untlmètrn cubes d'eau et

'1lteL SO, 1. dlUout et Il .e fOf'me H,SO._

AtUC~"I un fil de fer t un bouchon «('UX et remplillu­le à moit i' de loufr •. Allumez 1. loufr. et Introdulsu­le dans un flacon. Celul.cl va se remplir d, vapeurs d'anhydride sulfureux. Au bout de quelque. Instlnu:, recouvrez le flacon Ivec une plaque de verre. Intro­du isez-y des ~pl uchure$ de pommes et une fleur humide et color" •. Couvrez d. nouveau avec le verre et VQUI

r"muquete" 1. dkolont!on.

Préparation de l'anhydride sulfureux

•

hites dissoudre une demi-cullierte de thlolulrue de sodium dans 40 cm' d'au et ajoutn quelqlles centi­m'tres cubes d'acide chlorhydrlque,lI r'su lten.dela r'ac­t ion dit l'anhydride sulfureux et du soufre pr6clplt6,

85

"-

L'HYDROGENE H,S Poids moléculaire

Corps composé " .. SULFURE

-f~ ~<;_.'--'--- --'

NOTA SENE: FAITES lES EXP~R\ENCES EN PLEIN AIR OU DeVANT UNE FENËTRE ou­VERTE ET NE PAS RESPIRER lES VAPEURS QUI SE D~GAGENT PENDANT LES R~ACTIONS

Pour prépuer de l'hydro,ène sulfuré, Il faut avant tOUt préparer du sulfure de fer, tel qu'on \fOUl "a expliqué

Pl!!" "'2.

Briser ensuite j'éprouvette dans un ~c de papier et cuser en morcnux FeS 1 l'ilde d'un mlrtnu. faites-le tomber en petits morceaux dans une autre éprouvette et ajoutez-y de l'acide chlorhydrique. Vous obtiendrez ainsi H,S. Prèpuez l'appueil suinnt les indicuions de la fi,ure 1 et Introduisez dans j'éprouvette, bien sèche, une demi-cuillerh de soufre en poudre et un petit morcnu de cire ou de bougie, gr05 comme un petit pois, Dans Il seconde éprouvette, faites une solution de la substance uniGue Gue vou. voulez analysez. Intro_

duisez le tube de verre dans la solution,

Na.S CdS

86

Chauffez l'''prouvette contenant le mélange de soufre. l'acide chlorhy_ drique se dégage et vient bouillonner dans la solution. SI celle-cI contient le .el d'un métal lourd, il se formera un prrcTpité qui .era pr~dsément du sul­fure de ce méul. De nombreu>; sul_ fures ont une couleur uracdristique et 1. couleur du sulfure ainsi formé peut donc vous indiquer la nature du métal qui se trouve dans le sel. Ces rbetions sont utili.b. dans l'analyse

chimique qUlliutive.

Sb,S.

•

le r--c

0

0 0

0 - 0 00

MoS ~

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H 50 ,..."' ........ 1 ..

l 4 Co". ....... .

L'acide sulfurique est un com~ de la plus grande importance. Si on ne le trouve à l'état libre qu'en faibles quantités, ses sels sont abondants dans la nature: ce sont les sulfates parmi lesquels le plâtre et les aluns.

C'est un des rares composés chimiques qui fut connu de l'Antiquité. Au xve siècle, on réussit à l'obtenir en distillant de l'alun ave<: du sulfate de fer. C'est à Londres, en 1740, que, pour la première fois, on entreprit de le fabriquer industriellement en chauffant du !.Oufce et du salpêtre dans des capsules de fer et en oondensant les vapeurs ainsi obtenuC5 dans des ballons de verre.

La méthode dite des chambres de plomb date de 1746. Elle consiste à oxyder J'anhy­dride sulfureux par la combustion de pyrite (FeSJ. de blende (ZnS) ou de soufre.

L'anhydride sulfureux, ainsi obtenu, est d'abord débarrassé de ses impuretés grâce à un procédé électrostatique (système de CottIer) ; il passe ensuite dans une tour (la tour de Glover) où il donne, par oxydation, de l'anhydride sulfurique :

2 SO, + O2 - 2 S03 Il traverse alors des chambres de plomb

(le plomb n'est pas attaqué par l'acide sul­furique) dans lesquelles il est arrosé d'eau et l'on a la réaction suivante:

Anhydride + Eau .... Acide

ou, en d' autres termes : SOa 1- H!O .... H 2S04

Le dispos.itif industriel comprend une deu.~ème tour (1a tour de Gay-Lussac) chargée de récupérer les gaz oxydants qui, après avoir été traités à l'cau, sont à nouveau conduits jusqu'à la tour de Glover. L'acide ainsi obtenu cst extremement dilué et nécessite une concentration ultérieure. A l'heure actuelle, le procédé des chambres de plomb est remplacé un peu partout par celui plus moderne dit • procédé cataly-

L'ACIDE SULFURIQUE

tique . dans lequel J'oxydation de l'anhy­dride sulfureux est réalisée grâce à un cata­lyseur, l'anhydride \'anadique (V , 0 5) extrait du vanadium, ou encore, des cendres de certains pétroles américains. L'acide sulfu­rique obtenu par ce procédé étant suffi­samment concentré, son transport est moins onéreux.

On utilise J'acide sulfurique dans la plu­part des industries chimiques, celles des colorants, des engrais, des explosifs, de la soie anificie1le, des huiles minérales, etc.

87

J

LE TRAVAIL DU VERRE

Le vu." eu constilu~ essentiellement d. , IUau 1ft Il , de nombreuses applications du b it de sa plut icit<i u de SI tnn.sp,rence. On peUt le tnonlUer aussi bien :II chaud qu'à rralô el le colorer 10 l'ilde de ~ernl5 ou de pellicu le,

m~ulliques. Les photos d-contrt Illustrent le In.nll du ~erre i Mu.ano (V_n'tie) .

,

Le silicium (du latin silex) est, après l'mcy­gène, l'élément le plus abondant à la surface de la terre. li représente environ 50 % du sable, de l'argile et des roches. On le reo­contre dans la nature uni à l'oxygène dans le bioxyde ou anhydride silicique (SiO,) qui existe sous diverses fonnes : le quartz, inco­lore et transparent lonqu'il est pur, l'amé­thyste violette, le quartz fumé de couleur brune, la fausse topaze jaune, etc.

Ces cristaux de quartz pur sont utilisés en optique, le quartz coloré est une pierre ornementale. Le sable quartzeux sen à la fabrication du verre, des cimenrs et des matériaux réfractaires.

Les silicates qui constituent l'essentiel de la crot1te terresttt sont des sels des acides siliciques. Les trois principaux de ces acides sont: l'acide ortho-silicique (H"SiO,), dont dérivent les ortho-silicates; l'acide méta­silicique (H!SiOa) dont dérivent les méta­silicates; et l'acide trisilicique (H4SiaO,) dont dérivent les trisilicates.

A part quelques exceptions, les composés du silicium sont insolubles dans l'eau. Aussi, les utilise-t-on dans la fabrication du verre déjil cité, des émaux, etc.

Pour cela, on fait fondre la silice (SiOJ, c'est-a-dire la substance vitrifiante avec du carbonate de soude qui sert de liquéfiant et de la chaux qui sert de stabilisant.

Les divers matériaux nécessaires à la fabrication du verre, une fois pulvérisés et mélangés, sont fondus dans des crt:usets de terre réfractaire à fond circulaire ou ovale, ceci à une température de 1 300 OC à 1 400 OC.

Le kaolin et l'argile se forment dans la nature par J'altération des silicates d'alu­minium sous l'action de divers agents atmosphériques, tels que l'eau de pluie. Le kaolin qu'on trouve en abondance en Asie,

LE SILICIUM

en Angleterre, en Amérique, en Saxe, en France, sert à fabriquer la porcelaine. L'argile, malaxée avec beaucoup d'eau, devient malléable et résistante. Une foi5 cuite, on en fait des tuiles, des briques, des plats et des as5iettes de faïence.

Les 5ilicates de 50dium et de potassium sont solubles dans l'eau. On trouve dans le commerce une solution concentrée de méta­silicate de sodium (Na:Si03 ) sous le nom de • silicate .. soluble. Grâce à elle, le bois, la toile, le papier, deviennent incombus­tibles. Elle permet également de conserver les œufs.

Depuis quelques années, les chimistes ont découvert toute une série de composés du silicium : les silicones. Ce sont des résines synthétiques a base de dérivés du silicium et de composés organiques du magnésium. Les uns sont huileux, d'autres ressemblent au mastic, d'autres encore au caoutchouc.

Tissus et papiers deviennent imper­méables lorsqu'on les traite aux silicones.

MINERAIS ET PIERRES PR~CIEUSES Anhydr ide sllklque et

89

l

Préparation de l'acide silicique

,

.,-- ---

HCI

MéJanln danl un verre 20 cm' d'une lolutlon de verre soluble et 20 cm" d'eau. Dans un lutre, meuu 10 cm' de Hel et 10 cm' de H,a. Prenez un trolsltme vern et venu.y le contenu des deux pr~cédenu . VOUI obtlen­drel un •• "nin" (<< ,ei »). tellement dure que , 1 "OU5 y trempu unI! cuiller. eJle resten debout ; VOUI pouvez:

uni dan,er flUourn"r Je verre.

Préparation de l'anhydride silicique

L'acide silicique est un acide faible

Mettu un peu de ceue g~lldne lur le couvercle méuj· lique d'un fl acon; puis, <:hauHu. L'adde métuillcique H,SIO. IIl>'r. de l'nu e t se t ransforme en une pOlldr"

blanchStre. l'anhydr ide slllclque SiO,.

90

L'acide méulilicique est tellement faible qu ' un lutre acide. pourtant ués faible lui aunl, j'acide carbonique ou H,CO •. ,bnlt ~ le déplacer du m'usiliutt. Pré­paru l'lnhydridll' carboniqull' II'n voernnt de l' .cide

cillorllydrique lur des fraI menu de marbre.

Préparation du verre soluble

Dans ..,roc ~prou\oett •. mllilancn 1 , d'anhydride slli· (,ique uec l , de soude «unique (NaOH) et S cm' d'uu. Chauffel en allunt doucement l'iliprollvette. le IIql,/ide film! se ... une solution limpide de m.wili-

nu de ,Qdium (Na,SiO.)_

Une jungle de silicones

Oiluel S cm ' d, .... rre soluble (Na,SI.) et S cm' d'uu. Faites dluoudr. d.ns ""lU d, petiu criUIUK d. sulfite d, cuivre. Ajoutn .noor. quelques lOUttl1 de verre soluble et vous obtlendrn alnli Un pr6dpit4i de silicue

de Cuivr._

Préparation des silicates

Dln. un .'dpl.nt d'environ SOO ,. dbposCI une (ouche d. sable. Venez un mtlan •• In parties ~"Iel de verre soluble et d'uu. L.issu reposer. Au bout de quelqui temps. introduisez d., ,.ilitaux dl! sel. varia, de lulbr. d, fer, d, sulfui d. cuivre. d'aluminium. d, mania. nb •. etc. Les ,rl.nule ,umeront en quelques heures

et ~otre jungle de silitltel pouuer.l. li vue d'œil.

91

,

...

Larderello. Dans Il r6,lon de Larderello, en TOltane, d~ jeu de Ylpeur d'nu sortent du sol : Ils tontlennent , outre diven es subsunces, de l'acide borique. On peut 6,alemtnt fairt jaillir CQ lU artifiCiellement en sondant le 101 comme

on 1. bit pour le p6trole.

92

1

•

B Poids atomique : 1o.a e"ment ~ 5

Dans la nature, le bore existe seulement à l'état combiné. Ses principaux composés sont: l'acide borique, le borax, la boraxitc, la borocalcite et la sassolite.

L'acide borique (HaBOa) est un antisep-

Expériences des --.

LE BORE

tique léger et le borax (ou tétra-borate sodique Na2B"O;lOH!O) est utilisé dans la conservation des aliments, comme déter­gent, pour les soudures et, enfin, dans la fabrication de certaines qualités de savon. Il sert également au tannage des peaux et on

perles de borax

.-.~

~f!iI~"''''''' ... _Faltel un nœud autour de 1.

( 1 pointe d 'un crayon. Faites 1', ~ un chalumeau en metunt . n

conuet le. tube de verre tt la flamme . :t.

.. ~~ ~ Soudez. en fondant une de ~~"'O-"-'=~=~~I~--'f S __ -lU extrém ités. un fil d'lcler ,\ ou de plat ine i un bltenn!!t :;. ~ d. verre qui Vil Itrvir de

muche.

La fOf"U chaleur de l'exu.mit4i de la nlmme VI oxyder le métal . l 'oxyde coloren 1. ,outte.

Pour effenuer l'enal, chauffu l'œ illet d. fil mhaJ· lique. Trempu·le dlns le ~r.x et d'IUffu. Il se forme alorl un. ,outte. Trempez la ,0uHe encore chlUde danl JI subsumee chimique • eUlyer. Oxyder ceue substln" i une fl amme prOduIte par un chalumeau. Examln" la couleur de Ja perle

• chlud et i froid .

chaud fro id chaUd fro id FER 0 0 M.A.NG.A.N~SE a 0 CUIVR.E 0 0 COBALT 0 0 NICKEL 0 CHROME 0 0

93

l'emploie en grande quantité pour fabriquer un verre spécial, dont le Dom commercial est Pyrt:x. La plupart des ustensiles de cui­sine et presque tOUS les instruments de labo­ratoire sont en Pyrex. Ce verre a le gros avantage de pouvoir être mis directement en

•

contact avec le feu et de résister à de brusques changements de température.

On utilise aussi le borax en chimie analy­tique) car il a la propriété de prendre diverses colorations sous J'action des différents oxydes métalliques.

Préparation de J'acide borique

Dans une capsule de pyrell, mettez 61 de bonte Ilt 1 St.m' d'uu. Portez 1 ébullition. A,itu jl.lsqu'l ce ql,ll! le bonte soit dluou$. Ajoutez ~Jon: .. cm' d'l,ide chlorhy­drique i la solution chaude de borate. Mélangn. Retirez du feu. L'acide borique cristallise lU fur et i mesure que

1. solution se refroidit. Filt rez 1. continu d. la a.pliul •• puis rincu le filtre i j'nu froide pour ~lImin~r NI.CI qu i s'est formé pendlnt l'op4l,nlon, faites séther le filtre pour permettre lUX trlnlux d'acide borique de sécher. Utillsu-les seulement pour dei up4lriencu.

Expériences avec l'acide borique

Laissu tomber quelques erlluull" d'I.elde borique dl.ns une cl.psule de pyrex. Ajoutu-y l tma d'I.lcool d'naturé. Allumez. Mélln,u Ivec un bltonnet de verre. l'I.dd~ borique donne' Il flamme du lueurs vertes. le pipier de turtuml Ilune devient brun 10US l'Influence de

94

"

l'Idd~ borique. lI. lubsunce colorante jl.une, contenuliI" dlnlla mouurde, n'ut lut re que la curcuml. Pour obte­nir un pipier r"«if, plon,,, dei blndes d~ pipier dan. II. mou(J.rde. Lavez .nlult~ tes bandes cfe pl.pier et

fllus_lu ,'<her.

Le bon sen ~ut-ltre utlll s~ un jour comme combunnt daM la bbriation da fu,hl Jplt il lel_ Cet élément a, en Itft'et, la propriet ' de $e combiner très facilement avec l'hydro''ne pour former des hydrures de bore qu i brûlent en d~,a_

,eant une ,rande quantll' d'éner,le. Sur 1. photo; une fUlh de construa.lon très récente.

95

N 'oidl atomique: 11,991 • ft'ment nO) 11

l. mOl (( n lai r. ~ d' ri ve du lat in Il nl. r ium )l). l e. Jolclau romains 'talent r'trlbuh ~n se l.

Un sel neutre à partir d'un sel acide

O n obtient le sulfate di l odique, en chlufflnt du sulfue i cld, d. sodium Ivec du ,hlorur. de sodium. Oanl une t prouveue, Chl Ulfez un m6la"lt! de 1 , cl , sulfite acide de lod iu m (Mlulfilte d, sO<iium) et d, 1 1 d, le i de cuisi ne. On obtient ainll du s., lfilu disod lque et Hel:

NaHSO. + NaCI donnent HCI + Na,SO"

96

LE SODIUM

Le soctium est un métal alcalin, c'est-à-dire qu' il réagît avec l'eau à la température ordi­naire pour donner la soude caustique (NaOH) laquelle est une base forte (alcali). Le chlo­rure de sodium qu'on trouve en abondance dans la nature n'est autre que ce qu'on appelle communément sel gemme.

Le carbonate de soude qu'on Domme " cristaux » dans le commerce est un composé extrait des cendres de certaines algues. Il est fabriqué grâce au procédé Solvay. On l ' uti~ lise dans l'industrie du verre, du savon, des colorants et dans les laveries.

Parmi les scls de sodium. l'un des plus importants est le nitrate, dont il existe de vastes gisements au Chili et qui esl un excellent engrais azoté.

à partir neutre

Un sel acide d'un sel

l. c:o.rDOnlte acide {NaHCOJ .. forme en "I outant CO, l U a r bc:>nate normal (Na,CO. ). Pri parez r l ppu eil pour produire CO , comm. nOUi vous l'.vons montr ' p"le 57. Faites bouillon n. r CO , d. ns une lo lutlon de 10 1: d. soude dlns 30 cm" d'nu, plH1 dant d i .. minutes . Vous verru apparalt re des crlsnul( de NaHeO •.

L

Le chlorure de sod ium at le selle plus "pandu dans la IUture ; il est contenu dans l'eau de mer dont on l'extnit par hapontiO<'l du solvant (dlnl les pays chauds) ou par con,~l ation du solvlnt (danlles plys froidi) , Pour ,ela, l'eau de mer

tn ,analls'. dans des petlu bassins situ" • l'Indrleur des zona c6t1.re:s et qu 'on appelle lei mini, salanu,

97

N Poids atomique : 19 éJément nU 19

Tout en étant moins répandu dans la nature que le sodium, le potassium lui ressemble tant par ses propriétés physiques que chi­miques. En vous reportant à la table pério­dique des éléments, vous remarquerez qu'ils se trouvent dans la même colonne et se différencient essentiellement par leur poids. Tout comme les sels de sodium, les sels de potassium sont utilisés par l'homme depuis des milliers d 'années pour la fabrication du savon et du verre.

Les plantes qui vivent dans la mer absorbent une telle quantité de sodium que les populations côtières ont coutume de brûler les algues sèches pour en extraire la Il soude ~ (ou carbonate de sodium Na2COa). Les plantes terrestres, par contte, tirent leur potassium du sol. En faisant bouillir des cendres de bois, on obtient de la • potasse .. (ou carbonate de potassium KllCOJ.

En 1807, le savant anglais Hurnphry Davy réussit à séparer ces deux métaux de leurs carbonates. Cc sont des métaux tendres et argentés. Davy les nomma sodium (de soude) et potassium (de potasse). Leurs symboles dérivent de leurs noms latins : Natrium (Na) et Kalium (K).

Les nitrates de sodium et de potassium sont utilisés comme engrais chimiques et dans la préparation des explosifs (voir azote).

Le sodium et le potassium se trouvent dans cenaines roches à l'état de silicates non solubles (basaltes, feldspath, gra­nits, etc.).

On peut identifier ces deux métaux grâce à la coloration - jaune poUT le sodium et violette pour le potassium - qu'ils donnent à la flamme.

98

•

LE POTASSIUM

Autrefois. on obtenait Il potasse en l'eKtnyant des cendrel de bois.

Préparation de la potasse

."

Traitez quelques (uill'res de cendres de bois tendre avec de l'uu chaude. Elimine: les r'"d,.>! du bois. FiltN!l le m"an,e de cendres et d· .. u. Recue1llez 'e liquide filtr' dlns une capsule de pyrex. nltn blporer une bonne partie du IOI"ant. Laiuez. refroidir de façon

i permettre" K,CO. de crisullinr.

Coloration donnée et

, a le

la flamme potassium

par le sodium

-Ceru.lns m~taux sont reconnalsntlles lUX couleurs qu'ils donnent à Il flamme. Chauffez i U rouc" un fii d'acier au nickel-chrome. Trempez l'œillet dans le

compos~ ~ essayer; mettez_le dans la flamme.

Du nitrate au nitrite

Chauffez une demi-cuillère de KNO. dans une éprou­vet te jusqu'à 1" fu,ion. Introdu i,ez-y un petit morceau de soufre. Il brû lera en ~mettant une fl"mme ble u vif. Recommencez l'expérience IVec la tête d'une allumette. le nitrue de poussiurn, chauffé, est réduit en nitrite,

2KNO, donne 2KNO, + 0,

Les composb du sodium donnent t la flamme une cou­leur jaune Yif: ceux du pon.ssium, une couleur violette. Si ces deu)( ménull (",,>listent, il faut utiliser un é<:ran de verre bleu pour voir la couleur violette du potassium.

Du chlorate au chlorure

Introduisez dans ~ne ~prouvette 1 1: de chlorate de potassium (KClO,) et chl~ffn douc~ment jusqu'à fusion. Eloillncz alors l'éprouvette de la flamme pour introduire une vat,", de bioxyde de m1nlllnhe qui catalyse la réactÎon suivante et produit une effervescence;

2KCIO. donne 2KCI 1 30.

99

•

------~~--~-----------

Carrl' ... de marbre l Carrare (TO$ane). lu bloa de marbre crili blaflts. de structl,lre saccharoïde, sont soumis l un tnvall de poils!.,,,. le marbre en du clrbonne de calcium absolument pur.

100

•

Ca Poick atom" : • fi"'*" rfJ 1It

L'cau de pluie contenant du COi pénètre dans le sol et dissout en partie le calcaire.

Puis cette eau filtre dans les grones où le bicarbonate se transforme en carbonate qui sc dépose ensuite en belles concrétions. Ainsi sc sont créées goutte à goutte, pendant des milliers d'années, les stalactites qui pendent du plafond des grottes et les stalag­mites qui montent du sol.

Le plâtre est un sulfate de calciwn qui unit une molécule de sulfate à deux molé­cules d'eau (CaS042H:P). Lorsqu'on le chauffe, il perd les trois quarts de son eau. C'est sous cene forme (2CaSO.1H20 ) que les sculpteurs l'utilisent. Mélangé à nouveau avec de l'eau, il réabsorbe celle-ci et durcit cn donnant un hydrate semblable au plâtre original.

Le squelette de j'homme contient de.<; sels de calcium. Le ciment utilisé cn maçonnerie en contient également. Le marbre est un sel de calcium. Les poules elles-mêmes ont besoin de calcium pour fabriquer leur coquille.

Le calcium est un des éléments constitutifs de la croûte terrestre. On le trouve dans les roches sédimentaires, dans le squelette des vertébrés, mais, aussi, dans l'enveloppe de beaucoup d'invertébrés.

Les coquilles des palourdes, des moules et des milliards de créatures microscopiques qui peuplent la mer, sont formées de sels de calcium.

Le carbonate de calcium ne se dissout pas dans l'eau. Mais si l'eau contient de l'anhydride carbonique, celui-ci attaque le carbonate et le transforme en bicarbonate de calcium [Ca (HC03)J qui, lui, est soluble. Ainsi s'explique la formation des grottes,

LE CALCIUM

des dolines, de l'hydrographie souterraine du Cano l

.

Le calcaire (ou carbonate de calcium), sous l'action de la chaleur, libère de l'anhydride carbonique et se transforme en oxyde de calcium (ou chaux vive).

Caco, - Cao + COl: En ajoutant de l'eau à la chaux vive, on

obtient une poudre blanchâtre qui n'est autre que l'hydroxyde de calcium ou chaux éteinte.

Cao + H,O - Ca(OH), Vous avez réalisé vous-même cette réaction

(voir p. 73). La chaux éteinte, ainsi obtenue, mélangée avec du sable et de l'eau, permet de préparer le ciment. La chaux, contenue dans le ciment, réagit avec l'anhydride car­bonique de l'air pour donner du carbonate de chaux qui, en se cristallisant, soude les briques entre elles.

C'est Humphry Davy qui donna à la chaux son nom actuel, lequel dérive du latin « CaIx ' .

CoquilbZe5 muir'lS, coraux, roches calcaires et marbre sont formés de

Ul!..._ carbonate de calcium .

101

,

•

L'EAU DURE

L'eau qui contient un pourcentage de sels supérieur à 0,5 % est appelée ~ eau dure ». Il est souvent nécessaire de pouvoir déter­miner la dureté de l'cau.

En effet, si eUe contient des sels en quantité excessive, elle en devient inutilisable dans certains domaines de l'industrie chi­mique.

Préparation de l'eau dure

Distillation de l'eau

Dans ln laboratoires scientifiques, l'eau utilisée comme dlssolvlnt ne doit conteni r ni impuret' ni n!. Pour Il purifie r complètement, on fait haporlr l' uu en ï' eh.auffant et on condense ln Yapeurs ,riee à un rMri. ,érint. Vous poUYeI utiliser en luise de distillucur . deux bidons d'un oemi·litre, en retournlnt le ucon

102

Sur cette page, et sur la page suivante, nous vous suggérons quelques moyens de déterminer la dureté de l'cau en employant les méthodes de la chimie analytique. Vous disposez d'eau légère (potable). Prépare".l de l'cau distillée en suivant le mode d'emploi indiqué. Il vous sera ensuite possible de réaliser l'expérience de la page de droite.

Pr'plr.~ un Iuol.!;ne comme nous vous l'avon, deJi Ind iqué. la boutei lle A (ontient de l'acide chlorhy­drique. Dan, la bouteille 8, d isposn des f"'lmenb: d. marbre sur les call1oulC. Versez l'acide sur lei (ra,menu pour obtenir CO,. Fait .... barboter l' anhydride carbo­nique dan, l'uu de chaux. Elle dev iendra laiteuse i caun d, 1. formation de caca,. Cont inUel i 'aire barboter CO, dans la solution laiteuse. Elle redeviendra limpide car CaCa.. Insoluble, se transforme en Ca{HCO,,,. Il s'a,it du sel qui rend « dure» 1. plus

,rande plrtie des nux.

'" i dlstlll ir

Expériences sur la dureté de l'eau

Faltu dlnoudre 1 g de savon dans 20 cm" d'alcool. Flltrn. Rempllnu Il mQi[l~ d'un "tipitnt av,c l't.y qYI vous VQl,llu en.yt •. Ajoutn-y 10 gouttes de solution d. lavon. Alitez. Observu la qUlntlté d'écume qui

S'Ut formée:

une cau légère donne une petite quantité d'écume;

une Ul)

dure donne trés peu d'écume;

une eau dure, adoucie pu de la loude, donne de l'écume;

une eau dlstitlh donne b"iUCOUP d'écume.

rbc)nate de calcium précipité Durant 1. pr6plratlon de l'eau dure, dans l, boutei lle B. les 'ra,menu d, marbre se dlnol ... nt lu fur et li mesure que se produit l'anhydride carbonique. Venu 1. solu­tion qui reste dans la bouteille B dans une cI!»",le de P1rex et chauffn. Ajoutu une solution de deux cuillers de soude dlns 50 (m' d'uu. Vous obtiendrn ainsi un précipite blanc et lourd de c;a.rbonue de akium

N.,CO. + C.CI~ donne 2 NiCI + CaCO.

Comment on relève les empreintes

En ~oyant dei (, lm5 polic ie rs ou en linnt des romans d'a~enture, peut-être ~Oul êtu·~ous demandi, comment lu spécia­listes des laboratoiru chimi~uu de la police sclentlfl~ue relhent le, emprelntn Illss~e$ sur le sol plr les pneus du auto­mobile. ou par les Jemelles des ~oleun l

la méthode est trh simple, Le compos~ chimi~ue utiliié est le pillere dont se ser~ent communément les sculpteurs (2CaSO • ..,.. HIO) que l'on répand sur les traces ~ enmlner. Vous pouvez en faire iuunt. Milanee: du plltre et de l'eau jLlsqu'~ obtenir une con,IIunee de creme fouetté.. Vetu:, le milane' sur les tnces et laiult-I. 1. solidifier pendant

une heurt.

103

Zn

poe. atomique : 14 _"'11

Poids atomiq .... e : 65 SJément nO ]0

, ~ Il. " ,-

-

-

.' Tenn a~ec dl1 pin~e$ un ruban de magné­sium de S ~m. CII~ur­fu-le. JI brille en donnant un vif éclat Coupn un mor-et une flamme bran. ceau d. tinc. Te­

ne:r:-Ie lu·dusus elle, M'lan,n I.s ten· de la flamml; il drM obtenues (MgO) brille en emettant

avec de r.au, ~","'~~i2)'i une flamm. bleu· J ~ert et 11 se forme

....- T"' del'ol<ydedelinc.

Réactions aux acides

Certains menul< réag,uent aUl< acides fl lbles, m~me au vinaigre, Mg avec du vlnaigrl froid. Zn avec du vinaigre chaud seulement, Versez une solution de 1 g de bisulfau de sodium dans 10 cm' d'eu sur Mg et Zn : MC r'agit ~pidement. Zn lentement. Touchez Zn avec

un fil de cuivrl. la réact ion s'attélère.

104

.. LE MAGNESIUM

LE ZINC

Prenons la table périodique des éléments, pages 38 et 39. Dans la colonne II se trouve le magnésium, dans la colonne lIB le zinc. On peut en conclure que ces deux métaux appartiennent à une même famille, tout en sc différenciant par certains caractères.

Il s'agit de deux éléments ayant des analogies comme le sodium et le potassium.

Magnésium et 7jnc sont des métaux alca­lino-terreux, car ils ont, comme les métaux alcalins, la propriété de donner avec l'eau des bases fortes et que, par ailleurs, leurs sels ont un aspea terreux. Leurs composés sont très semblables.

Un atome de l'un ou de l'autre se combine avec un atome d'oxygène pour donner un oxyde (MgO et ZnO) et se substitue à deux atomes d'hydrogène pour donner un sel (MgCL,! et ZnO!! par exemple). Dans

Substitution du • cUivre

Faites dissoudre" g d. Julfau de culHe dlns 40 cml d 'eau. Versez la moitie de la soludon sur des bandes de Mg, L'autre moltl6 sur des copeaux de Zn. L. cuivre est d6placé; Mg et Zn entrent en solution, SI vous employez une quantit6 suffinnte de m6taul<, la colo­~tion bleue du cuivre disparaîtra. En fait. MgSO, et

ZnSO, sont incolorls.

certaines réactions, ils se comportent diffé­remment.

Jusqu'à la deuxième guerre mondiale, le magnésium n'était guère utilisé qu'en pho­tographie: il brûle en donnant une lumière blanche dont on se sert pour les Rashes,

Il devait prendre une nouvelle importance avec le perfectionnement de la technique aéronautique pour l'allégement des avions.

Associé à d'autres métaux, il pennet d'ob­tenir des alliages légers : duralumin (alumi­nium, cuivre et manganèse), magnalium, etc,

Certains composés du magnésium sont utilisés en médecine : le lait de magnésie [Mg(OH)J et le sel d'Epsom (MgSO,7H,O) ou sel anglais,

Le zinc se trouve dans le commerce sous ronne de boules, de bâtonnets ou de gre­naille, On l'a longtemps utilisé comme revêtement pour préserver de la rouille les tuyaux et les seaux de fer, Le zinc fait par­tie de nombreux alliages et joue un rôle dans la fabrication des batteries pour piles sèches.

Préparation des carbonates

faitl. d llSoudrl 2 , de sel in,liis (M,SO.1H.O) dans 20 cm> d'eau. Procurez-vous une petite bouteille de chlorure de 1.ln(.. Diluez S cm' de chlorur. dl llnc dans 15 cm' d'nu. Faites une solution diS, de Cilrbonate dl lodlum (Ioud. Solvay) dan. 50 cm" d'eau. Ajoute>: 1.111 peu de ceue solution IU)( dlu)( lutr ... Dans 1", deu,", réciplenu, vous obtlendrn un pr'dplté blanc, lourd. Oins le récipient (Onunlnt le malnéslum, SI form, 1. <lrbonate de magnhium (M,CO,); dan. le r'tipllnt connnant le tinc, .e (orme un clrbonate de

1.lne et CO, te dé,lle.

Le zinc et le magnésium avec H2 S

•

Préplru l'appareil pour H,S comme on vous l'a indiqué ;1. la Pl" 1. Fa ltts arrjyer H,S .lins du chlorure de zinc d iluti (ZnCI). Vous obtiendrez un précipité blanc de ZnS. Amenez H,S dans une $olution de sel Inllals (MISO,), Vous obtiendrez III eneon! un préeipit' blanc;

. il ne s'iiit pu de sulfure de rruognésium mils dl M,{OH.).

Préparation des hydroxydes

1 l

v Ajoutez uni solution d'hydro)(yde de sodium ;1. une solution de su lfate de malnésium. Il se forme du M,(OH), blanc. AdditlonnlI d 'un p .... d. NaOH du chlorure de Zn dild (ZnCIJ. Vous obti.ndrez Zn(OHI. A.joutel enCON! du NaOH. le pn!cipité va se dissoudre avec formation .sez;nc:au de sodium (N .. ZnO,). Ajoutez de l' immoniaque (hydro)(yde d'ammonium) l une solu­tion dl lulfatl de malntisium. Il n formera M,(OH)I' AjoutlI une pltitl quantité d'ammoniaque lU chloru re de zinc dilu'. Vous obtenez encore Zn(OH),. AJoutez­en encore: Zn(OH), va se diuoudre ln formant un

composé ayee NH,.

105

AI Poids atomique· : 27 ~lément n" 13

L'aluminium est le plus important des métaux. Il est blanc, presque argenté, léger, pur et inaltérable à l'air. Il est bon conducteur de l'électricité. Il joue un rôle capital dans l'industrie aéronautique et dans celle de l'automobile, car il est l'élément de base des alliages légers. On j'utilise dans la fabrication des canalisations éleçtriques, de divers ustensiles domestiques, ou encore, pour l'emballage des produits alimentaires. En métallurgie, on l'emploie comme désoxy­dant et, dans l'aluminothermie, pour la soudure des aciers.

C'est un savant danois, Hans Christian Œrsted, qui, pour la première fois en 1825, l'isola à partir du chlorure d'aluminium (Alel,).

Pendant longtemps, les procédés d'extrac­tion de l'aluminium furent si onéreux que son prix: de revient était presque aussi élevé que celui de l'or et de l'argent.

Un peu plus tard, un chimiste américain, Charles-M.artin Hall, trouva un moyen éco­nomique de l'obtenir en partant de l'oxyde d'aluminium (AlPa).

Les sels d'aluminium sont utilisés en phannacie. L'hydroxyde lAl(OH)3] d'alu­minium est employé comme acide en tein- . turerie, car il donne, avec certaines sub­stances colorantes, des laques très résistantes.

On prépare, aujourd'hui, l'aluminium par électrolyse de l'oxyde pur extrait de la bauxite et dissous dans un bain de cryolithe. La cryolithe est aussi un sel d'aluminium, plus précisément un fluorure d'aluminium et de sodium. Le mélange d'aluminium et de cryolithe est introduit dans un four élec­trique où il fond sous l'action de la chaleur produite par le courant électrique. Il est

106

L'ALUMINIUM

ensuite décomposé par le courant lui-même. Le métal se dépose alors sur un lit de char­bon qui fait l'office de cathode et se trouve, par conséquent, chargé d'électricité néga-

tive. L'anode est constituee par des plaques de charbon, .immergées dans le liquide. La figure ci-contre représente les fours élec­triques utilisés dans la fabrication de l'alu­minium.

On trouve l'aluminium dans la nature sous forme d'oxyde et de sesquioxyde hydraté, la bauxite (Al20 3nH20 ), ou encore, sous forme de silicates.

La bauxite tire son nom du village des Baux, en Pro\o-cncc, où ce minerai a été découvert en 1821. fi faut 2,5 t de bauxite pour obtenir 1 t d'alumine et 2 t d'alu­mine pour obtenir 1 t d'aluminium. Les

•

trois principaux producteurs de bauxite sont la Guyane hollandaise, la Jamaïque ct la Guyane britannique. Ils fournissent la moi­tié de la production mondiale.

L'argile: est un silicate: d'aluminium. Notons que l'aluminium est un élément amphotère, ce qui signifie qu'jl peut donner soit une base l AI(OH)al soit un acide (HAlO,).

Enfin, Je sulfate: d'aluminium tend à s'unir avec les sulfates des métaux alcalins (Na, K) pour donne:r des sels doubles qu'on nomme: aluns. Par exemple :

Al2(SOt)3 - Na2S04 - 24 HaO.

Alumino-thermie et combustion de l'aluminium

Solubilisation

D~coupez ulle feuille d'aluminium en petites blondes et lailiSez tomber ces blondel dans un peu d'acide chlorhy­drique di lué. L'hydrogéne se dégag" et il se forme du chlorure d'aluminium ,

lAI + 6HCI donne lAie!. + 3H •.

En la isunt tom~r des bandes d':;tluminium dans une solution i 10 % d'hydroxyde de sodium (NaOH),l'hyd ro­,éne ~e déga,,, comme dans la rbct ion prédidente et

il SI! forme de l'aluminate de sodium (NaAIO,).

108

~-------------

Pnxurez-vous un peu de poudre d'aluminium en limant une Vieille CI.n.role; laissez tomber cette poudre sur la flamme du brOleur. Vous pourrez ainsi vérifier que l'alu-

minium brOie en produin.nt diS étincelles.

Cristaux d'alun

Faites tJ~dir .le l'eau, v"rsel-Y 1'",lun de pounium ou d'aluminium et a,itez de façon). dlnoudre la plus grande quantité possible de sel. Filtrez et lais.ez refroidir lentement. Avec une pince retirez délicatement quelque. tristaull. Fikrez la solution et plonJl:ez dans celle-d les cristaux que vous avez retirés en lru; attachant 1 l'aide d'un fil (ou mieux d'un cheveu). Vous obser­~ere2. au fur et à muure que le temps passe, leur

croissance. ,

Préparation de l'hydroxyde

-i _ 1-- -faites dissoudre 1 li: d'alun dans 10 cm' d'eau et ajoutez un peu de NaOH il 10 "10. Vous obtiendrez ainsi de l'hydroxyde d'aluminium semblable il Il gélltine, une addition supf'l émenuire de NaOH le dissout. La mime ré"'ction 1 lieu :lvec de l'immoniique mais AI{OH). ne

se dissout pas par excès de NH, .

Purification de l'eau

- ... i .. '

Dans deux récipients de 0,5 1 versez de l 'nu et 1 cui llerée de terre. Alitez. Si dans le second récipient vous faites dissoudre ' /2 cu illerée d'alun et Gue vous ajoutiez 1 cuill erée d'ammon iaque, vous remarquerez que la terre en suspensiofl se déposera l U fond plus rapide-

ment que dans le premier.

Alun et soude

-<2 " i/1 t:; ~~e::l 'i " ~ cc-_

'" ~ ~ I~ " ~ ;

~ ... :.:::~ '. "'-<--.:

... :"0-~ A' ..J '"

""'0: ; SOL-tf\V ,,~

-Prép;lrez deux solutions séparées, pour la première, fl ites dissoudre un qu~ re de cuiller d'alun dans 1 cm' d'eau; pour la seconde, mH~nll!z un quart de cuiller de soude et 20 cm" d'eau . Il se forme ~Ior$ un pr~cipid qui pourra it être un carbonate. S'agit_il vériublement d 'un arbonatcl Filtrez le précipité et lavez_le sur le fil tre plus leu l'"$ fo is avec de l'eau. Après llovage, prélevez Je précipité et introduisez_le dans une éprouvette. puis l joutez que lques centimètres cubes d'acide chlorhy-

drlque. S'il s'~gissait d'un carbonate, il devrait se produire une effervescence à cause de la format ion d'anhydride carbonique (CO,) ; étant donné qu'on ne remarque lucune effervescence, on condut que le précipité n'est pas un carbonate. Les carbonates d'alum inium n'existen t

pu dans la nature. Dans Il rhction que VOus avez exécutée , l' al un a réagi avec la soude pour former Un hydroxyde

d'aluminium.

109

Le manganèse est un métal qu'on trouve dans la nature uni à l'oxygène. Le bioxyde de manganèse était connu des alchimistes sous le nom de magnésie noire.

Pline note déjà son utilisation dans la préparation du verre. Cependant, sa véri­table idenrité ne fut établie qu'en 1774 grAcc aux travaux de Scheele. On sut alors 9u'il s'agissait de l'oxyde d'un métal encore mconnu,

Du bioxyde au sulfate

A 10 c:m" d'uu mélanlu 2 1 de bioxyde d. manlan'se et 6 1 de bisulbte d. lodium. MélanlU et chlull"n lélè­remenL L'oxUltne le délai' bruyamment. Ajoutez 30 cm' d'uu. Fi ltreL Le liquide fi ltre contient du sulfite

de manaanilse et du lulfate de sodium.

110

LE MANGANÈSE

Le manganèse constitue avec l'acier un alliage très résistant qu'on utilise dans la fabrication des pièces mécaniques exposées à une usure rapide.

On l'extrait généralement d'un bioxyde de manganèse (.Mn0z). la pyrolusite, sou­vent employé dans les expériences chimiques comme catalyseur, L'opération qui consiste à priver de son oxygène le bioxyde est une réduction, la poudre d'aluminium ser-

Du sulfate à l'hydroxyde

Traltn 1. moitié de la solution de sulfate de m"nl"nhe que vous avu préparée lVU NaOH l 10 %. Ajoutn l'hydroxyde doucement de façon .1 ce qu'il ne se forme pas un précipite. Le prkipité blanc:hltr. de Mn(OH)..

l'oxyd. aussit6t .n MnO(OH),. brun.

vant de réducteur (procédé Goldschmidt). contact, les récipients de verre deviennent bruns, mais il suffit aJors de les nettoyer avec un peu d'acide chlorhydrique dilué ct de rincer ensuite abondamment.

Les composés du manganèse ont des couleurs variées : ils sont noirs, bruns, blancs, roses, rouges, violets et verts. A leur

Expérience sur le permanganate

;~~-., , <- " .Eé..- , , I;j 0

0 0 0 0 0 0 0

~ 0 8' ô , , ,

Cette expérience perm.et de démontrer les dimensions infinitésimales des mol."ules. Faites diuoudr.e O,S , de KHnO, dans 50 em' d·uu. Vous obtiendrez une

vous obtiendrez une solu t ion ;Jo 1 .{ •• ou 1/1 000. Sem' de cette dernl"re solution dilués dlnl 15 cm' d' n u vous dOMeront une lolution i 1/10 000. En continuant ainsi vous obtilndrez une solution i 1/1 000 000 dlns laquille la couleur en due i la pr'sence de plus de

solution ~ 1 % ou 1.1100.

Diluez 5 cm' de cette solution dans '15 cm' d'uu. Et 600 000 000 000 000 000 de mo"licules de KMnO,.

Du sulfate au carbonate

Tnltet la seconde partie de 1. solu· tion i l'aide d'une solution de '1 g dl nrbonlte d, sodium dans 10 cm" d'uu. Vous obtiendrez un précipité blanc dl carbonate de manranese

(MnCOJ.

Du carbonate au c~~re

Laiuez déposer le carbonlte de manp"be. Filtrez. faites tomber ,OUttl i ,oune de l'ac.ide chlorhy. drique sur le prklplté lusqu'i ct que celul.cllolt dissous. Il se form e du chlorure de manganbe (MnCIJ.

Du chlorure au sulfure

Utilist1 l'appuell nécessaire i la prtparatlon de l'acide sulfhydrique (p. 86). VI!r~ez dans une éprouvette la solution de HnCI, . Diluez si nécessaire. hites pisser H,S. Vous obtlendru du sulfure de man,anése.

III

~

OXYDO-REDUCTION

On appelle oxydation toute réaction qUi aboutit à une augmentation du degré de valence d'un élément. Un élément ou un composé s'oxyde lorsqu'il fixe de l'oxygène, ou lorsqu'il perd de l'hydrogène, ou lors­qu'il passe d'un degré inférieur à un degré supérieur de valence.

Une réduction est, en quelque sorte, le phénomène inverse. Il y a réduction lors­qu'un composé ou un élément cède de l'oxy-

gène, acquiert de l'hydrogène, passe d'un degré supérieur à un degré inférieur de valence,

Une réaction d'oxydation s'accompagne toujours d'une réaction de réduction.

Un composé M sous l'action du composé NO donne M + NO- M.O + N.

Dans ce cas, il est clair que l'on a, d'une part, une oxydation du composé M ct, d'autre part, une réduction du composé NO.

faÎte, dinoudre quelques crinal/ll de KMnO. dans de l'nu et ajoutu une pltit. qu~ntlt~ de bl5ulfate de so<lium (pour a,idifier) . Mélanln qVllques centimètres cubes d'nu oxygéné. (H,O,). La solution se décolore et l'o:o:ycène se d;" " e. hites dissoudre 1 1 de NaOH dans 50 cm" d'eau. Aloute: un mQrceau de KMnO, pour donner ~ la solution "me higàre colonatlon rouge. Filtrez la solution. Vous rem<lrquerez que le liquide filtr~ est vert et non pu rou,e. Le pUSlge t tn.vers le papier filtre a transformé KMnO. en man,anate de potusium (K.MnO.).

Faites dissoudre un morceau de sulfate de fer (sulfate ferreux, FeSO,) dans une éprouvette contenant 5 cm' d'nu. Faites dinoudre deux crinaux de KMnO, d<lns

112

5 cm' d' .... u. Goutte). ,outte versu la seconde solution dans la premltre. Le sulfate ferreux vert s'o)(ydera et

donnera du sulfite ferrique brun Fe,(SO,).].

l

Le fer est un métal magnétique, ce qui signifie qu'il est attiré par un aimant.

Si l'on touche avec un aimant divers objets domestiques tels que frigidaire, ma­chine à coudre, clous, aiguilles, etc.) on reste surpris par le grand nombre d'entre cux qui contiennent du fer. En fait, les utili­sations du fer sont nombreuses. li entre, le plus souvent sous forme d'acier, dans la composition des ponts, des voies ferrées, des bateaux, des automobiles et des outil­lages de toute sorte.

Les sels de fer les plus importantS, au point de vue métallurgique, sont les oxydes et les carbonates. Parmi les oxydes, men­tionnons l'hématite (Fep3) de couleur gris acier, dont la poudre est rouge, la limonüe (2Fe20a3H20 ) d'un brun jaune, dont la poudre est également jaune, la magnétite (Fe30~) noire, dont la poudre est noire, le carbonate de fer (FeCO,) ou sidérose qui est jaunâtre, mais noircit à l'air. La pyrile (FeS 2) est, à l'heure actuelle, très employée dans la fabrication de l'acide sulfurique et dans les hauts fourneaux, qui sont des constructions de verre réfractaire de vingt à trente mètres de hauteur, composés de deux troncs de cône soudés à la base, pro­tégés et soutenus par une puissante arma­mre métallique.

Le minerai préalablement broyé est intro­duit dans le four, en même temps que le fondant. On fait alterner une couche de minerai avec une couche de coke servant de réduction. Un jet d'air chaud passe à travcrs le mélange. Le coke brûle en donnant de l'anhydride carbonique. Celui-ci donne, à son tour, avec le coke, de l'oxyde de carbone lequel transforme par réduction l'oxyde de fer en fer. On a les réactions suivantes :

LE FER

C + Oz - CO2

co, + C . 2CO Fe20 3 + 3CO - 2Fe + 3C02

Simultanément, le fondant se combine avec les divers~ impuretés pour donner un composé semblable au verre qu'on nomme scorie. De lui-même, elle remonte à la sur­face, cc qui permet de l'éliminer faclement.

Le fer fondu et versé dans des moules donne la « fonte de première fusion D qui est peu résistante et contient emiron 5 % de carbone.

Pour la transformer en fer doux et cn acier, il convient d'éliminer le carbone qu'elle contient. On recourt pour cela au procédé Bessemer ou au procédé électrique Siemens beaucoup plu.~ employé aujourd'hui, car il permet d'utiliser les déchets de ferraille et qu'il est également plus économique.

Les propriétés physiques et tcchniques de l'acier et d~ produits sidérurgiques en général dépendent, non seulement de leur teneur en carbone,· mais aussi des condi­tions de température et de trempe.

La présence d'autres éléments confère à l'acier des propriétés particulièr~. Ainsi le. .. aciers au chrome sont inoxydables, les aciers au nickel très peu dilatables, les aciers au vanadium résistent aux heurts et sont élas­tiques.

Le fer a deux séries de composés. Dans les sels ferreux, deux atomes d'hydrogène remplacent un atome de fer.

Dans les scls ferriques, trois atomes d'hydrogène se substituent à un atome de fer. Les sels ferreux sont verts, ils s'oxydent facilement pour donner des sels ferriques d'un brun rouge.

113

le fer rouille

Humidifiez un umpon de Iain. d'acie r avec d ... ~lnaÎ,r" (de façon l a,,"'r .. r le processus) et fixez·le lU fond d'un verre que vous renvenerez sur une assiette pleine d'uu, Au bout de quelquu jours le niveau de ,'nu ,'élhe. Le fer il. réagi avec l'o)(y,6n. et avec III vipeur

d'"au pour former 1. roullll! (Fe,O.)l 3H.O.

Préparation d'un sel ferrique

•

Utilile::l l'apparen déil employé danl la priplrlItion du chlore (p. 62). Dans la bouteille B de "appareil, versel.la $olutlon de chlorure ferreux que VOU$lvn: obtenue d~ns la précédente t!lIp'rienn. l e chlore trlindorme Feel,

vert en chlorure ferrique brun (FeCI,).

114

Préparation d'un sel ferreux

V,rsn de ,'acide chlorhydrique sur de la laine d'acier, La laine Je dissout et l'hydro,.n,, se dé,.,e. Filtrez 1. solution. le liquide filtré de couleur vert pile cOMient

du chlorure ferreux (hCl,).

Du sel ferreux au sel ferrique

faites dl$$oudre 0,5 1 de sulfate ferreUlf dlnl 50 cm' d'nu. Ajoutez qvelquu cristaux de bisulfate de sodium pour Icldifier, puis de l'uu o)(YI~nb. La SOlution, d. Yel"t clair deylent brun-rOUIe car H,O, 1 oxyd' FeSO.

en sulfate ferrique lFe,(SO,la]'

Expérience sur le sel de fer

Dans une o!prou~ette. diluel dans de J'eau quelques cen­timètres cubes d'une solution de chlorure ferrique (FeCI,), Dans unI! seconde ~prouvette. diluez dans de l'nu quelquu ceneim~tre. cubu de chlon.re ferreux (FeCl.). Ajoutez dans l'une et l'autre éprouvette quel. ques gounes cfune so lu tion obtenue en dissolvant un qUlrt de cuiller de ferro-cyanure de potlSslum dlns 50 cm" d'elu. Le sel ferrique donne un précipité bleu sombre: bleu de Prusse. le ni ferreux donne un préci-

pité bleu clair.

Hydroxyde de carbonate

IO·f. NaQH

Ajoutez ~ Il solution .le quelques grammes de FeSO, dans 50 cm' d'eau une solution de NaOH. L'hydroxyde ferreux [Fe(OH}.J pur en bllnC. A caUle des impuretés qu'il contient, on obt ient un précipité d'un vert nie qui s'oxyde auult6t en hydroxyde ferrique brun. De la mfime façon, Il solution de feSC, dlns dll carbonate de sodium devr;lit donner un carbonltedeft>f,bllncs'il était pllr, et donne lU contrlire un précipité verd 1trl!,

Cibles l haute tensJOf'I qui tnnsportent l'ênerlle êlect~iqu ll dll la centnle hydro-élect~lque au fond de la yall.e; le cuiyre 6tant un excellent conducteur de l'électricitê et 'tint, par ailleun, extrêmement ductile, est f~~ quemment utilis. pour tl"llnsporter l"Iect~icÎt'. Depuis qu.lques années. on l'a remplatê dus une terulne mesu~e p~r l'al uminium.

116

Cu PoIds la 51421 _ .. .. , ..

Le cuivre est "un des rafes métaux que "on trouve à l'état libre dans la nature. Aussi fut-il utilisé par l'homme dès les origines, pur ou allié à J'étain (qui sc trouve égale­ment dans la nature à l'état libre). Cet alliage a donné son nom à deux siècles d'histoire: _ l'âge de bronze. ,

On a retrouvé en Grèce quantité d'armes et d'outils de l'âge de bronze. Lors de leur découverte, ils étaient recouverts d'une rouille verte qu'on appela ven-<le-gris et en vieux français vert de Grèce.

Cette rouille n'était auue que du carbo­nate basique de cuivre. On la trouve aujour­d'hui sur les starues de bronze el sur les flè­ches des églises, exposées aux intempéries.

Avec la découverte de l'électricité, il y a un siècle, le cuivre acquît une importance

LE CUIVRE

nouvelle, car il est, après l'argent, le meilleur conducteur de l'électricité. On l'utilise éga­Iement dans la construction des chaudières en galvanoplastique ct, surtout, sous forme d'alliage. Avee l'étain, il donne le bronze, comme nous l'avons vu précédemment, avec le zinc, le laiton, avec le zinc ct le nickel l'alpax.

Le cuivre donne naissance à deux sortes de sels. Dans les sels cuivreux, un atome de cuivre remplace un atome d'hydrogène; dans les sels cuivriques, un atome de cuivre remplace deux atomes d'hydrogène.

Les sels cuivreux (comme le chlorure cuivreux CuCl) sont incolores, au contraire, les sels cuivriques (comme le sulfate de cuivre CuS045HjlO) sont d'un bleu intense.

Tous les composés du cuivre sont toxiques.

Préparation des composés du cuivre Falut din oudre 10 1 de lu lflte de cuivre dlOu 100 cm' d'eau, Verlez 5 cm' de cette .olutlon dlnl chaque éprouvette.

---~~~ -~

:'i -_."'> -=-::+ .-- • [ •... ". c Il .... ~

1. Une so lution ~ 10 % de NaOH permet d'obtenir par pr<idpiut lon un hydroxyde de cuivre de teinte bleu $;I le [Cu(OH),J, 2. Avec de l'ammoniaque, on obtient encore Cu{OH). qu i cependant . en dinou. par excb de NH. et donna lillolu­

tia n une colontlon bleu sombre, J, Une lolu tion de carbonate de sodium donnera un précipité de arbonate de cuivre blau-ve't,

... , Avec d. l'acide lulfhydrique. on obtient un précipité de sulfura de cuivre,

117

....

Du sel cuivrique au sel • cUivreux Dans l''prouvlttt n'1 llJSSel déposer l'oxyde cuivrique. pu is dian­tel et IjoulU Ha. le précipité se dissout et on obtIent du chlorure cuivrique (CuCI.). Ajoutez de petits mor· u.ux d. fil d. fer ft faites boulll1r. le chlo­rure cuivrique se tn.nsforme en chlo­rure culHeux (CuCI). Si l'on vene danl beaucoup d'eau quel­qu.. ,outt,s d, la solution chlude, on obtient un pr4!clplté blanc; le chlorure cul· vreux est en effet Inso­luble dins l'iau tandis que le chlorure cul.

vrlque ut solubl •.

Sulfate de cuivre dans l'analyse chimi ue

il

'~

< \

L, luifui d. cuivre anhydr" Ut ulill", dans les anal ys;::> pour Slyolr.1 un liquide contient de l'uu. Ecruel. quel­ques crist3ux d, CuSO, et chauffez·ln en les mél.ncunt jusqu'! obtenir une poud,.. blanchi. Introduisez dans l'éprouveue un peu de cette pCMldre et ;ajoutez-y du tétrac lliorure de arbone : Il ne :u! pn>duit rien. Si l'on ajou te 1 ,oune d 'eau ;au m".n,e, des crin;au:o:

bllUI ,. formlnt_

118

-- .-

• cUivre Substitution du par le fer

VJ(~ b inlz tomber qUllqua clOUI nlufs danl un. solution de sulfate de cul"re. laissez reposer pendant une deml­heure; les doui se recou"rent de culne mtullique et la solution contient d4;,orm.I, du sulfate fer~u:o:.

Séries de substitution

On peut das.slr 1. méuu:o: ln sérles_ Chaque mtul d 'une mime série <!Ioi ,ne le m<lul qui le suit et est <!lol,né Pl' celui qui le précéde et

qui le rempiaci dm. un III.

,. la. -­_. = !lM -,.,. r.::-

I

1

Ag Poids atomique : 108 ~lém.nt nO 47

L'argent, comme le cuivre et l'or, se trouve à l'état libre dans la nature. Aussi, fut-il l'un des premiers métaux connus de l'homme. On le rencontre également associé à d'autres métaux.

Ainsi, il existe en Sardaigne des gisements de galène argentifère (la galène étant un sulfure de plomb). Pour extraire l'argent, on faÎt fondre le minerai après l'avoir au préalable désulfuré. On recourt enswte à divers procédés pour séparer le plomb de l'argent.

Le plus usuel consiste à ajouter du zinc aux deux métaux fondus (procédé Parkes). Le zinc uni à l'argent remonte à la surface et se solidifie. De cct alliage de zinc ct d'argent, on sépare alors le zinc par distilla­tion.

Au Mexique, on utilise un procédé diffé­rent qu'on Domme amalgamation. Il consiste à traiter le minerai argentifère avec du mer­cure. Celui-ci s'unit à l'argent pour former un amalgame (l'amalgame étant le nom donné aux alliages du mercure et des autres métaux), dont on extrait ensuite le mercure par distillation.

L'argent pur est peu résistant. Aussi, l'utilise-t-on en général allié à l'or, au cuivre, au zinc, etc. L'alliage avec lequel on fabrique les pièces de monnaie contient une proportion de 7,5 de cuivre pour 92,5 d'argent. Celui qu'utilisent généralement les bijoutiers est titré à 800Jl 000.

L'argent est un métal ductile et malléable et, par conséquent, facile à travailler,

En photographie, on utilise certains sels d'argent (chlorures et bromures), qui ont la propriété d'être décomposés par la lumière. Plus de 150 tonnes d'argent sont

L'ARGENT

L'argent • no~

•

. ,

@ 1 Jïrl

, . ..., ~

L'arlent nolrdt qu."d il eU e.pos' au>'. vapeurs de soufre. Placez quelques criullu>'. de th losulbte de sodium sur une pièce d'ulent. Chauffez jusqu" rUlioo du thlC). lulbte, puil lavu. L'arlent nra recouvert de tlches

de sulfure (A,oS) d·un brun-noir,

Comment nettoyer l'argent

Pour nettoyez d ... obleu d'ar"nt, placet·l ... dans une cuntte d'aluminium eontenant de l'eau et du carbonate de sodium et portet.les l 'bl/lIltlon. l 'araent redevient brillant, Vous pouvez "..Jement falrl un. lIutre exp" rience en recouvrant le fond d'une taprult de pyrex IIVIC

une feuille d'.lumlnlum lur laqueUe vou. ponrez une plke d'araent noirel •. Remplissez l moiti' 1. uue d 'eau et de arbonate de lodium et faius bouillir lentement.

la pat ine dllparaÎtra.

119

Un appi.reil de photo r4:cent.

On utilhe chi.que i.nn4:e, pour 1. fabrlcac lon de pellicule cin4:matOll'i1phique, plus de 150 c d'ulent. li photo­,raphle résulte d'une s4:rle de proc.dés chimiql,les.

Prise de vl,le cinématOlraphlque r.alish en plein air

120

consacrées, chaque année, à la fabrication de pellicules photographiques.

Pour fabriquer une pellicule photogra­phique, on recouvre une feuille transpa­rente d'acétate de cellulose, aycc une émûl­sion de gélatine contenant du bromure d'argent ou AgBr. Lorsque AgBr est exposé à la lumière, il s'altère:

AgBr .... Ag + Br. Le bain de développement complète

l'action de la lumière et le bromure se scinde en argent et brome. Aux endroits où la pellicule a subi l'action de la lumière se dépose un voile d'argent plus ou moins épais selon le degré de l'intensité lumineuse ct qui détermine les divers tons de gris de la photograprue. Puis c'est la fixation et le lavage. On fait enfin sécher le négatif sur lequel les parties les plus claires du sujet photographié paraissent les plus sombres, du fait qu'elles ont reçu une plus grande quantité de lumière. Pour obtenir l'image teUe qu'elle est au naturel, c'est-à-dire pour passer du négatif au positif, on suit une méthode analogue : exposition, développe­ment, fixation, lavage, séchage.

1

• Les composés de l'argent

Procurez-vous S , de. ,..Itl'l.te <l'Ulent et faitH-lei dissoudre dans 50 cm' d'tau.

1. A 5 cm~ de ",Ue solution de nltr.lte d'u,ent (A,NO.) ajoutez une solution d'hydro)(yde de sodium. Vous obtiendrez un pr'dplté brun d'oxyde d'arlent (It non

pli d'hydroxyde). 2. Ajoutu i 5 cm' d'un~ solution de ",NO, de l'ammo­niaque. Le précipité d'oxyde d'argent sera dinoui pu

exds d 'ammoniaqui. 3. Ajoutez l S cm" d'une lolutlon d. A,NO, une soIu-

Comment photographier sans appareil photographique

Procuru-vous chu un photolnpl,,1' quelques feuillu d, papier l Imprimer. En travaillant dans la demi­obscur ité. disposn sur une planche ... ne d, ces feuilla en plaçant Il partie sensible ll'.l<térilur. Posn dltul,ls une feuille d'arbre, puis une plaque de verr • . Fil,O!!>: l l'aide d. deux pinces ~ Unge. Exposez lU soleil. le

papier devient violet, presque noir.

Fixez l' imlie de la feuille dans un~ solution de 10 , d'hyposulfite de sodium et de 100 cm' d'nu. Au bout dl

cinq minutes lavu li l'eau courante.

Faites skher li l'air sur un Journal.

• • • • • , •• . - ")''''

Of'Q • .,:) " /,'lO • ~~ ~ ..

tion de sel de cuisine (NaCI). Vous obtllndru un pr'­dplt' delUe de chlorure d'.rcent <A,CI).

... Filtrez et diluez ce prkiplté en trois parties: à la prem"re, aJou tn de l'ammoniaque; vous tOnnallrel:

que A,CI il dissout. S. A 1. seconde. aJoutu une lolutlon de thlolulfite de

soude ; ACCI le dissout. 6. Exposez 1. uol,l'me partie lU soleil; elle prendra une couleur vlolade il cause de la formation d'",ent

méall ique.

121

122

VALENCES ET FORMULES

D'coupez dans des feuilles de carton coloré plusieurs «relu

en leur donnant trois taille< différentes. Avec une pince, faites lu trous neces­

ulreos pour indiquer les v.lences.

En observant les formuJes chimiques, on note qu'un atome d'hydrogène se combine avec un atome de chlore (HC1), deux atomes d'h>-drogène avec un atome d'oxygène (H 20) et trois atomes d'hydrogène avec un atome d'azote (NH3) .

On appelle valence la possibilité qu'a un atome de s'unir à d'autres atomes. Le mot vient du latin ( vaJentia .. qui signifie force.

Aucun atome n'ayant une valence infé­rieure à celle de l'hydrogène, il est, pour cette raison, considéré comme l'unité et on lui attribue la valence 1.

Deux atomes d'hydrogène se combinent avec un atome d'oxygène. L'oxygène aura donc la valence 2.

L'azote a la valence 3. Deux atomes d'oxygène se combinent avec un atome de carbone pour donner CO~, Le carbone aura donc la valence 4.

Le tableau de la page 123 donne la valence des éléments les plus imponants. La plu­part des symboles dési$nent des éléments. mais ils désigt?ent aussi des « radicaux M. c'est-à-dire des groupes d'atomes, comme le radical ammonium (NH.) qui se compone comme un métal ou, encore, le radical de

Les formules de strunur. placélU cI-contr. indiquent c. qui se produit lorsqu'on brOI. 1. ClIrbone .t que l'on vl!rifi. la présen.::e d. CO.' Un atome de u rbane (nec • valencel p~itjves) ,. combine Ivec deulIC atomes d'oxy,.n. ayant chacun deux valenc ... nl!,atives pour former unt mol6cule de CO, (la f1~che tourn~e vers le haut Indique qu'il .'a,it d'u n, gu). Une moll!cule d'anhy­drlde carbonique se combine avec une mol~cu l e d'hy­drollCyde de ulcium pOlJr former une moll!cule de urbo­nate de calcium (1. fhl!che tournée vers le bu Indique qu'il s'"lt d'un prl!clpitl!) Ilt une moll!culll d 'n u.

1

• , J

Enfoncez de petits clous dans ln crous correspondant aux vafenees et fixez_les à l'aide d 'un ruban adhHif.

Ecrivu le nom des 4! lémenu nec un crayon de couleur.

l'acide sulfurique qui entre dans la composi­tion des sels (S04)'

Notons que cenaines valences ont un signe positif ( \- ) et, d'autres, un signe négatif (- ).

Une formule doit comporter le même nombre de charges positives et négatives. Un atome d'hydrogène avec une charge positive (Hl ) et un atome d'oxygène avec deux charges négatives (0--) ne peuvent

@,s. • •

s;

Le soufre a valence 2 dans H,S, il a valence 1 ( I '1) dans sa •• et 6 (+ 6) dans l'acide sulfurique (H,SO,). Quand vous dessinez le cercle du soufre. vous pouvez indiquu ces vilenc",! par deux trous vides et six clous. Au li eu d'utiliser un cercle pour le .oufre et qua.tre pour l'oxy­gène, quand on veut reprhenter des sulfates, on peut faire un terde unique représenunt le radical de l'acide

liu lfurique (SO,) avec deux valences négative~.

QUELQUES VALENCES

Valences positives . Yalences né,uive~

Symbole Yalence Cer,le Symbole Yalence Cerde

Ag +, A CI 1 A

AI +3 C 1 -1 A

B +3 C N -3 B

C +, C 0 -2 B

C. +2 B 5 _2 C

C. + 1+2 B

f. +2+3 B

H +, A , +, A

Mg +2 B

Mo +2 B CO, - ·2 B

N. +, A NO, - 1 A

5 +4+6 C 0" - 1 A

S; +' C 50, _2 B

"". +, A 50. _2 B

former une molécule neutre. Deux atomes d'hydrogène doivent être liés à un atome d'oxygène. De même, le carbone qui + 4 (CH +-+-) a besoin de 20 pour s'équilibrer électriquement.

Vous composerez vous-mtme un réper­toire des différents modèles d'atomes selon les indications données ici même. Il vous aidera à comprendre les formules et les diffé­rentes réactions chimiques.

0 , #

S 0

0

S :l 0

0 -, " ,..,

123

C ...... ....,..ltJ ... ...,., ...

Le carbone se trouve dans tous les êtres vivants, plantes ct animaux, et dans de nom­breux composés inorganiques.

La suie d'une bougie qui fume est du car­bone à l'état à peu près pur. La mine des crayons, le diamant, sont du carbone abso­lument pur.

Dans l'Antiquité, les Romains appelaient u carbo » cette roche Doire et combustible que nous nommons aujourd'hui charbon. Le charbon provient de la décomposition des plantes ayant appartenues à une loin­taine époque géologique, cycadacées, coni­fères, lycopodiacées, qui avaient proliféré grâce à la chaleur et à j'humidité du climat et à une atmosphère riche en anhydride car­bonique.

Au cours des siècles, d'importants phéno­mènes tectoniques et orogcnitiques provo­quèrent l'ensevelissement de Cd forêts sous des couches de terre ct de roche. Le bois, constitué essenrieUcmcnt de cellulose, se décomposa sous l'effet de la chaleur, de très fortes pressions et égal~ent, semble­r-il, des fermentations provoquées par les micro-organismes. Ainsi se forma, parmi d'autres fossiles combustibles, j'anthracite qui est de tous le plus ancien et le plus riche en carbone (93-95 %) et dans lequel il ne subsiste aucune trace de la structure fibreuse du bois.

La houille qui s'est constituée au cours des ères primaire ct secondaire est un combus­tible de premier ordre car, tout en contenant moins d'azote que l'anthracite, clIe a la propriétc, lorsqu'on la chauffe à l'abri de J'air, dc libérer des gaz combustibles, tout en donnant, comme résidu, le coke que l'on utilise dans la métallurgie du fer. Citons encore, parmi les fossiles combustibles, la lignite et la tourbe.

LE CARBONE

Différentes (ormes du carbone ..,....,..,

Anthracite

Houille

L'anthn.CÎte Ut le urban. le plu, dur; la houille nt moin. compact. t t )a U,nlt. est de couleur brune.

-o L Graphite Util lution d", a;n.phite

L~ cn.phite elt une forme dl carbone. C'est la forme la plunnclenne du charbon. C. n'.st ~ un combustible.

Il tst tendr. It dou;.: lU toucher ,

DIamant brut Dia mant uill~

le diamant <!Jt du urbone absolument pur; c'est l, sublunee la plus dure que l'on connalue.

125

Distillation

Dan. un. distillation ordinaire (voir p. 102), un produit chimique est purifi~. D~n, une distillation l sec. une subsunce est diyjj;ee en d lven: produ lu chimiques. Vous op4irerel une distillation l sec de la houille en introdui­Sint dans une éprouvette un. petit. dOl. de houille pulvér lsh (ou, S; VOIJS voulu opérer une d istillation du bois. du frlcments d' allumettes de bols privées de titt). Fermez l'embouchure de l'éprouvette avec un tampon de coton, puis avec un bouchon dans lequel vous enfilerez un tube de verre i bec. Chauffez le tube, et vous remH'luern qu'II .'en déZlge des vapeurs

ués denses. Va .... pouvez les allume. l l' .. {rimlt' du bec (nr il ,'"it d, lU combustibles). le coton se cola­ren SOUI l'effet du ,olldron qui le condense 'pnh disti llation. Cenn de <:huffer. Retirez le bouchon et pllcu l l'embouchure de l'êprouvette un pipier de tournesol humidifié. Si VOU$ avu dbdl16 du charbon, le papier de tournesol rOUie vire lU bleu sous l'effet de l'immonil~ue (A). Si vous avez distlll' du bail, le tournesol bleu vire au rOUie sous l'effet de l'acide acêtique (B). Le charbon devient du coke It le tJ.oil

du chlrbon de bais.

Du carbone dans du

Chauffn une cuiller .. de lucre dlnl un. CI Pluie en pyrex. le lucre fond, devient caramel, Il J'en d'laIe des vapeun denles ('u combustibles). le r6sldu est du car­bone pur. Frottez un morceau de lucre Iur des cendres

126

de d,arettes (~ui servent de catalyseur), Allumu·le et plon,et ext6rilur.m.nt une êprouvetu dans d.l'nu de chaux, Pllcn·la sur le lucre lHum': une couche de CaCO, ""ontre qu'II s'eU formé duCO. dans la n.mme.

--------------------~--------------------------------'

, LES COMPOSES DU CARBONE

il Y a environ deux siècles, les chimistes établissaient une distinction très nette entre les composés organiques et inorganiques, les composés organiques étant le produit d'orga­nismes vivants - plantes et animaux -, les composés inorganiques représentant tout cc qui est privé de vic : rochcs, minéraux, eau, gaz, etc.

On pensait alors qu'il était impossible de créer artificiellement un composé orga­nique sans l'intervention de ce qu'on appe­lail la • force vitale ».

En 1828, un chimiste allemand, Friedrich Wohler, bouleversa ces conceptions. Pour obtenir du cyanatc d'ammonium, il avait traité du sulfate d'ammonium [(1\fHJ~04] au cyanate de potassium (KCNO). Après évaporation, il analysa le composé obtenu et découvrit avec stupeur qu'il s'agissait non pas de cyanate d'ammonium, mais d'urée, c'est-à-dire d'un composé orga­nique produit par les organes excréteurs de l'homme ct de l'animal. La molécu1e de cyanate d'ammonium et cclle de l'urée sont composées des mêmes éléments, unis dans les mêmes proportions. Les atomes s'étant répartis de diverses façons, NH4CNO était devenu (NHf)2CO.

Quelques années plus tard, un autre composé organique, l'acide acétique, était obtenu en laboratoire, grâce à un procédé de synthèse. Les chimistes ne devaient pas s'en terur là. Ils allèrent jusqu'à fabriquer des composés organiques qui n'existaient pas dans la nature. Ce qu'on appelait autre­fois « chimie organique • allait devenir la « chimie des composé... du carbone ' . En réalité, les carbonates métalliques SOnt consi­dérés comme des composés inorganiques.

Quant à l'anhydride et aux acides carbo­niques, ils appartiennent à l'une el à l'autre catégorie.

128

On peut trouver surprenant qu'une branche entière de la chimie soit consacrée à un seul élément.

Il faut dire que les composés de carbone sont environ un million.

ùs hydrocarbures sont des composés binaires, c'est-à-dire formés de deux élé­ments : le carbone et l'hydrogène. Lorsque leurs molécules contiennent un petit nombre d'atomes, les hydrocarbures sont gazeux, lorsqu'ils en contiennent beaucoup, ils sont liquides ou solides. Dans ces divers compo­sés, les atomes de carbone peuvent être unis entre eux par une, deux ou trois valences. On a ainsi des hydrocarbures saturés et non saturés.

ùs alcools dérivent des hydrocarbures par substirution d'un atome d'hydrogène à un radical, OH.

ùs hydrates de carbone ou carbohy­drates sont formés de trois éléments : C, H, O. Ils ont toujours deux atomes d'hydrogène pour un atome d'oxygène.

Les esters sont à la chimie organique ce que sont les sels à la chimie inorganique. Les plus importants sont les graisses et les huiles qui représentent les • sels • de la glycérine et des acides gras.

Les acides organiques sont caractérisés par le radical COOH. Cc sont des acides faibles.

ùs protéines SOnt des composés quater­naires extrêmement romplexes, constitués de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d 'azote. Ce sont les principaux constituants de la cellule. Leur poids moléculaire est très élevé.

Il existe encore une grande varieté de composés du carbone, parmi lesquels cer­tains ont des formules extraordinairement complexes.

Hydrocarbures ~~~~;;

propane

Alcools (alrbClhv d rates ::;; 3l

~~ _10:001 michrhqu' at~ ale

,tyclirln.

hyliq opyll u,

.-/ 'j--- •

Ethers

Acides organiques Protéines

Autres com du carbone

H H H H

H~ 1S~7H H .' . . . ..... . · · H · . . ". H

H H H H m~thln. CH, éthlne C,H. 'thylbe C, H, lcétr"ne C,H,

Les formules des composés du carbone

Il est relativement facile d'expliquer la oomposition de l'anhydride carbonique. Le carbone a la valence 4. l'oxygène 2. Sa for­mule devait être, par conséquent, CÛ2•

On peut expliquer de même la composi­tion de la molécule du méthane (CHJ qui est un hydrocarbure. Mais lorsqu'il s'agit de composés contenant deux atomes de carbone et six d'hydrogène (C 2H s éthane) ou deux de carbone Ct quatre d'hydrogène (etH. éthylène), ou encore, deux de car­bone et deux d'hydrogène (CJi, acétylène), la question devient plus dêlicate.

Un chimiste allemand, Friedrich ,August Kekulc, résolut ainsi le problème: alors que les atomes de la majeure partie des éléments s'unissent aux atomes des autres éléments selon leurs valences, les atomes de carbone s'unissent également les uns aux autres. D'un atome de carbone partent quatre t.raits

désignant les valences qui peuvent se repar­tir selon trois schémas :

~C- - C- = C= Prenons maintenant deux atomes de car­

bone. Ils peuvent etre unis par une, deux ou trois valences, chaque atome conservant, suivant les cas, trois, deux ou une seule valence disponible. On a ainsi :

= C-C= = C= C= - C= C-Les formules des trois hydrocarbures sont

ethane (C,HJ, éthylène (CJ1.), acét)'lène (C,H,) :

H H H" C-é'H H/ ..... H

H

" C= C H

H-C~C H

H

H

Restait à expliquer les formules des autres composés du carbone pour lesquels

Aucun Kekule réuss it ). dêfon lr la structure du benzol après avoir vu en rhe un serpent en forme d·anneIU. Il disposa les six atOml!:S du urbone de la mime façon et trouva ainsi 1. solu-

tion du problème.

H

1 C

1; \ H -C C- H

i Il H-C C -H

~ 1 C

1 H

l

Dami un .tom. de (:arbone, lu chalnu du ~.I.n,es ~ont du centre (noyau) :au sommet d'un tétraèdre (solide ,'omètrlque lormê de quitre triu.,lu èqulllt'raux). Sur les dessins des :o.tomes de c:arbon., les ~1 1 .nces sont

par de p~iu bitons.

l'hypothèse précédente n'était pas valable. Comment justifier par exemple la structure du benzène qui est un hydrocarbure résul­tant de la distillation du charbon. Kekule triompha une nouvelle fois de la difficulté.

La légende raconte qu'après avoir tra­vaillé tout le jour à disposer de longues chaînes d'atomes, le soir venant, il s'assou­pit. 11 vit alors les chaînes d'atomes se tordre comme des serpents, puis l'un d'eux se mordre la queue de façon à constituer un cercle.

: '~ ...... l " ,. , , "

"-POUR REPR~SENTER DES ' ATOMES DE CARBONE, CON­TRUISEZ DES TÉTRA~DRES DE CARTON EN UTILISANT " LE MoohE CI-JOINT. REPLIEZ ,," EN SUIVANT l ES LIGNES ET ",,"

O l lEZ A l ' AIOE DE PAPIER,,'" COlLfNT. ,,'"

,/ ,

Ce fut pour Keku1e une illumination.

Les atomes de carbone, sont, eux aussi, disposés en cercle. Chaque atome est lié par une valence à l'atome précédent et par deux valences au suivant. La quatrième valence, restant libre, peut fixer un atome d'hydrogène (ou un radical monovalent),

En partant de ces formules élémentaires, les savants modernes parviennent à se repré­senter les formules chimiques les plus complexes.

Reprtsent.~~ous l'I.nnuu de ben· zol comme une ronde de sb, sin,es attach's l'un ~ l'autre plr une 011

Void comment ~GUS apparaltra II. mo"cule de ben'l<:>l si ~ous la reconstltue'l li l'l.ide du é"menu

Voici comment appl.raltra Il mol'­tule de b.n'lol si ~ous la re(Ons· titu.z en réunissant les atomes de carbone 'lue ~OUlaUre'lconltrulu. deux mains.

1

LES HYDROCARBURES

Lorsqu'un automobiliste s'arrête devant un distributeur d'essence pour « faire le plein ". l'essence qu'on lui donne est un mélange d'hydrocarbures à sept, huit ou neuf atomes de carbone.

L'huile est un autre mélange d'hydro­carbures, mais plus chargé en carbone celui-là.

L'asphalte et le caoutchouc des pneus sont, eux aussi, composés de carbone ct d'hydrogène.

Un certain nombre d'hydrocarbures pro­viennent du pétrole brut, d'autres du charbon et des gaz narureJs. Certains, enfin, ont une origine végétale : le caoutchouc, la téré­benthine, le camphre.

Le plus simple des hydrocarbures est le méthane, dont la formule est CHt •

Il se dégage des marais où il résulte de la fermentation de la cellulose sous l'eau. Dans les mines de charbon, il est particu­lièrement dangereux, car il forme avec l'air un mélange explosif: le grisou.

On le rencontre, aussi, dans les émana­tions de gaz combustibles provenant des gisements de pétrole, ou encore, dans les émanations volcaniques.

Après le méthane vient l'éthane CJi6> puis le propane CaBs et enfin le butane C,HlO·

Les formules indiquant la srrucrure de différenlS composés rendent compte de la position respective des atomes. Il est à remarquer que les atomes de carbone ont toujours la valence 4 et SOnt liés les uns aux autres par une seille chaîne.

H

méthane H C- H , H

H H , , éthane H - C- C-H ,

H H H H H l , ,

propane H-C-C- C- H , , H H H

H H H H l , , ,

butane H-G- C-G- C -H

" , H H H H

Viennent ensuite les hydrocarbures liquides C6H 12• CJIWC7H16' CBHwc'est-à­dire le pentane, l'hexane, !'heptane, et l'octane.

C'est ce qu'on appelJe la série des paraf­fines ou hydrocarbures saturés. Dans la série des hydrocarbures non saturés, l~ atomes de carbone ne sont pas forcément liés par une seuJe chaîne. Ainsi l'éthylène, CzH4' le propylène CaHs appartiennent à la série des oléfines.

Leurs formules structurales sont les sui­vantes :

H H , , éthylène H- C = C- H

H H H , , '

propylène H-C= C - C- H , H

Ces composés ont, entre autres propriétés remarquables, celle de permettre l'union de certaines molécules d'un hydrocarbure léger de façon à obtenir un hydrocarbure lourd Cà grande molécule).

Polymérisation. - C'est le procédé que l'on utilise dans la fabrication du caout­chouc synthétique. On peut inversement provoquer la scission des grandes molé­cules en molécule .. plus petites. Ce procédé (ou craking) permet d'obtenir l'essence à partir d'une huile lourde.

En remplaçant un ou plusieurs atomes d'hydrogène par des radicaux oxhydriles (OH) ou carboxyliques (COOH), ou encore, par des atomes de chlore (Cl), on obtient un grand nombre d'autres composés ayant des propriétés extrêmement variées. C'est ainsi qu'à l'heure actuelle, les chimistes composent de nouveaux remèdes, de nou­veaux colorants, des matières plastiques, des explosifs, etc.

Raffinage du pétrole

le nffinl,e du pétrole " produit dans une tour ~ pla­teaux qui opère une conden-sation frlctlonn'e. Le p&:role chauffé i 370 'C se tnns· forme en npeur qui ,"lève danl la tour. les parties plui ",ères, lU et ben:r.Jne, arri­vent III tom met suivies du mUOllt, de l'huile lubri-

fiante, etc.

133

Gu

, LE PETROLE

Le pétrole est un combustible liquide formé d'un mélange d'hydrocarbures. On le trouve sous terre à des profondeurs qui vont par­fois jusqu'à quinze cents mètres.

Une fois le gisement atteint par la perfo­ratrice, le pétrole brut jaillit sous forte pression avec un mélange de gaz, d'eau salée et de sable.

Le pétrole se trouve dans les roches sédi­mentaires : il provient des résidus animaux el végétaux qui se sont accumulés au OOtmi des siècles passés à proximité des côtes

et sont mêlés à la boue ou à l'argile.

On le découvrit par hasard. A Bakou, dans le Caucase, on crut longtemps que ces sources naturelles, qui prenaient feu, avaient une origine divine.

En Virginie, on découvrit le pétrole, parce qu'il souillait des gisements salins, en Pennsylvanie, parce qu'il provoquait des inondations en jaillissant naturellement.

Durant les trente dernières années, on a assisté à un développement extraordinaire

Comment obtenir du méthane en laboratoire

Ecrun des morc .... ux de houille de façon il. obtenir une poudre ,rouière; Introduisez c;etu poudre d~ns l'entonnoir. Sur l'entonnoi r, n!nversez un ,rand réd_ pient. Retournez le réclpitnt. Remplissez· le d'ellu. Pia(1lI une 6prouveua plaine d ' .... u sur ia puti! mince de l'entonnoir. Au bout de quelques jours, t"éprou­vette sera pleine de méthllne. En labontolre, On obtient le méthane en ,hllUffant de l'adute de sodlum·~nh1dre et de la soude Solvay. Pour prépllrer l'adiute de sodium,

134

prenn ur-oe deml ·une de vlnal,re et :ajoutez.)' lente· ment l:a soude jusqu'. ce qu'il ne $Il délaie plus da CO •. Faitl!$ év:aporer • feu doux ; vous obtiendrez l'ad'ute d. sodium sous la forme d 'une poudre blanche. M6I~ngl!l l g d'lIcétate de lodium (CH,COONa). 3 , d'hydrox1de d. sc:>dium et 3 , d'oxyde de calcium. IntrodulseI ce mélange dans une ~prouvette. Préparez l'appar.iI pour recueillir les CIL Chauffez et vous obtiendrez le méthane:

CH.COON. + N. OH donne CH, 1 N.,CO,.

de la production du pétrole et des recherches le concernant.

A l'heure actuelle, il est en grande partie raffiné, c'est-à-dire soumis à une série d'opérations qui ont pour but de décom­poser le produit brut. Pour cela, le pétrole, porté à une tempérarure d'environ 370 OC, est amené dans une {our de fractionnement à plateaux où ses vapeurs sont contraintes à barboter dans le liquide des plateaux. Les éléments qui se condensent, débordent sur

Cracking du pétrole

La naphtaline est utllltée pour fabriquer ri' boules antlmlu,s. la naphullne peUt hrl purif'h par subl ima· tlon. Ecrale:!: deux boulu Intimites, Chauffez-le, danl uni capsule de pyrex ; elles fondent d'abord, puis émet· tent des vapeurs. Mlttn un réc:ipient contenant de l'ilu , Iach sur la u.sse. la naphu.line se dtponra au

fond en crisuull nmblables li de petitn feuil Ils.

le plateau inférieur. plus volatiles, sortent

Les hydrocarbures, par le sommet de la

tour, On nomme huiles minérales légères les

hydrocarbures qui bouillent au-dessous de 200 OC, comme l'éther de pétrole el la benzine. Les huiles lampantes entrent en ébullition entre 1 200 et 1 300 OC, les huiles moyennes aux alentours de 300 OC. Les pro­duits de résidu sont les huiles lourdes et la paraffine.

Naphtaline : CIOHe

Vers.z quelques centimètrn cubes d. pétrole dans une éprouvette, Placet un tampon de Iain. d'acier Il rem. bouchure de l'éprouvette. F.rmez celle·ci Il l'aide d'un bouchon pourvu d'un tube de Yer~ li beL Chuffez la laine d'acier pu is 1., p~tro le. Le pét role est décomposé

en hydrO(:l.rbures gazeux qui Jont combustiblel.

Térébenthine: CIOHI6

Versez un peu de th~bcnthine dans un couvercle metal. lique. Mcttcz-y unI! pet ite m6che. Posez le couvercle sur un morceau de papier, et allumez 1. t6rébenthlne. Elle brOiera partiellement en émettant une fumée noire d. carbone que vous pourrit. recueillir dans un

rkipient tour",. à l'envers.

135

LES HYDRATES DE CARBONE

On appelle hydralcs les produits chimiques qui contiennent de l'eau. Les hydrates de carbone sont des composés organiques formés de carlxme, d'hydrogène et d'oxy­gène, les proportions de l'hydrogène et de l'oxygène étant identiques à celles de l'eau (H,O).

Si un hydrate de carbone a vingt-deux atomes d'hydrogène, il en aura onze d'oxy­gène (Ca H z20 1J. S'il a douze atomes d'hydrogène, il en aura six d'oxygène (C,H120 Q). Pour dix atomes d'hydrogène, il aura cinq atomes d'oxygène (C6H lOOJ etc.

Les hydrates de carbone sont fabriqués par les plantes grâce à un phénomène connu sous le nom de photosynthèse, ce qui signifie synthèse en présence de lumière. Lorsque les feuilles vertes des plantes sont exposées à la lumière du soleil, l'hydrogène de l'eau el l'anhydride carbonique de l'air se combinent sous l'influence de la chloro­phylle contenue dans les cellules, et libèrent de l'oxygène :

6H20 + 6C02 + Lumière - CeH120e- 602,

Les hydrates de carbone oonstituent, sous forme de sucres et d'amidons. une part importante de l'alimentation de l'homme.

La cellulose qui est à l'origine du bois et de fibres végétales, telles que le coton, le lin, etc., est également un hydrate de car­bone. Elle constitue l'essentiel de la nourri­ture des herbivores et a de nombreuses applications industrielles.

Les sucres. - Les fruits et les baies contiennent un mélange de deux sucres nommés fructose et glucose.

çes deux sucres se forment au niveau des feuilles de la plante, puis sont ensuite emmagasinés dans les fruits.

Dans les pays tropicaux, on extrait le sucre de la canne à sucre; en Europe, on l'extrait de la benerave sucrière. Pour ce faire, les betteraves som coupées en tranches, puis agitées dans de l'eau chaude. On

136

obtient, affiSl, une solution dense qu'on filtre, blanchit et fait évaporer pour arriver enfin, après des cristallisations successives, à un sucre nommé saccharose (C.::H%:!0u)'

Il y a plusieurs espèces de sucres : le glucose (C~HuOJ qu'on trouve dans la pulpe des fruits, souvent associé à un autre sucre, le fructose qui a la même formule. On peut obtenir l'un et l'autre en labora­toire à partir du saccharose.

Le saccharose, par action de l'eau, peut se diviser en glucose et fructose.

C12H 220 U + H!O ..... C6Hl~OO + CeH120e (saccharose) (glucose) (fructose)

Les amidons. - L'amidon est fabriqué par les plantes et s'accumule dans les graines, dans les racines. dans les tuber­cules, etc. C'est un hydrate de carbone à très grande molécule. Sa formule (CsH.oO,Jn semble très simple au premier abord. Pour­tant, l'indice • n • indique que tout ce qui est à l'intérieur de la parenthèse peut être multiplié. Une molécule d'amidon est sus­ceptible de peser six mille fois plus qu'une molécule de glucose.

On peut diviser ce polysaccharide (poly = plusieurs) en glucose monosaccharide (mono = un seul), en le traitant au moyen d'un acide.

La cellulose. - La cellulose est l'élément constitutif des plantes. EUe forme les parois de leurs ccllules. de leurs feuilles et de leurs tiges, ainsi que les fibres du bois et du liber.

Si l'homme digère l'amidon en le décom­posant en sucre, les herbivores en font autant pour la cellulose.

Le coton, le lin, le kapok, sont des fibres textiles végétaJes contenant 95 % de cellu­lose. Le papier, le carton, le parchemin, sont à hase de cellulose. La cellophane, le celluloïd, les vernis, nombre de matières plastiques, la rayonne, le viscose el quantité d'autres produits dérivent donc de la cellu­lose traitée au moyen d'acides.

Expérience sur le glucose Un uvant Illemand. Human fehllnl. !tilt nd~1! d'une exptrlence, qui poru <lepuil Ion nom, deninée ~ Iden­t ifier le ,Iucose. o.ux solutions sont nécessaires t. cette expérluce. Vous ne les réunlret qU'ill moment voulu.

, . feh llnc A. - Filltes diuoudre S 1 de lu lbte de Cu ivre dans 70 cm' d'el u.

1. hhl in, B. - faites d issoudre 7 1 d 'hydroxyde de sodium dlns 70 cm' d'eau. Dan, cette solution, ralles dlnoud,.. j,a1.m'nt lS II: de Je l de Rochelle (u/"tnte

d, ",dlum et potuslum).

--

• ~;0-' SOUDE ,'c- C~USTIQU SEL e>E

RO(KE~ L

Chauffez un m6langt! de l cm' de Fehlln, A et de l cm' de flhliol B danl Lint! 'prouyett .. . Ajoutn-y qllelques ,outtes d, la lolullon l anllyler (plr .".mple, du jus de raisin). Chauffez une deul(16m, rois. Un pr'cipité rou't! d'oxyde cu lvreu)( (Cu,O) prou .. e qu'il y il du glucose dans 1. t olutlon en quenion. Utill1l1 l'u'''''_ r ience hhllnl pour v'rlfler l i certa in. alimenu sucré

Du glucose au saccharose

Faitel dillQudre 1 , de sucre d .. ns 10 cm" d·eau ajoutez-)' 10 ,outtu de HCI. Ch .. uffez doucf!ment filre bouill ir pend .. nt quelques minutes. Dans une a ... tre éprouvette. chauffel 1. Iolut lon de fehlin,. Ajoutu q ... elq...... cm" de la $CIUllon sucrH U chaurrn encore une fol •. VOUt obtiendrez un précipité rouge : en fait, le n.:charose l 'est transforme en (luCOH,

• contiennent du glucose : railin. Ilrop de tamlrln, org ..... t. miel, prunes, oranles. (iuonl, cerises. Ceux d'entre eux qui contiennent du ,Iucoli donnent un pr'dpit6 rou , e. Le IUCnl (Ontenu danl le lait (lactose),

donne le précipité CUtO. Avec le lucre ordinaire. vous n 'obtiendrez pas de pr'.

dplt6 rouge, ar Il ne 1·.,lt pas de ,lu(O$e.

Fabrication de bonbons

A feu doux. faites dinoudre une deml-U.ue de lucre dan, deux cull­lerHs d'eau et deux cuUler'"" d'un sirop quelconque. Mo!lan(e%, pul. continuez il chauffer uni melan,er jusqu' iI ce que. en lainant tomber 1 goutte du m6lan,e dans l'eau froide, celul·cl donne un fil fragile. Dispolu deux petites cuillerées du m.ran,e lur une feuille d' .. lu­minium lraln'e. Oal'lli chaque bon­bon, .nrlle: un pltlt blton que vous .nl~vertI "pr', refroidiasement.

137

Expériences de photosynthèse

-....-~_ ..

Li croiinnc", d 'une plante est une extraordin~lr, réus­site chimique. la , ... bstanc.:: verte des feuilles, qu'on appelle la chlorophylle, poarvient avec l'aide de la lumière ~ combiner l 'nu (absorbée par les racines) et l'anhydride carbonique de 1'.lr (absorbée par les feuilles) pour former d'abo rd du sucre, puis d.l'amldon. Pllnte" un cresson ou un , è ranium et ,ardu-le Il l'obse ... rite pendant deux jours. Pu is fIXez des bandes de papier noir qui tn.veneront lu feu illes de part en part. Expo­lU alors 1. pllnte Il 1. lumi~re pendant deux "'tures.

138

Oéu;chn une feuille; ret irez lu bandes de papier. Plon,1I la feuille un moment dans "eau boui ll ante pour Il faire mourir. Puis faites-la tomber dans une tane d t pyrele conten"nt de 1'.lcool dénaturé. MetteI Il tasn clin, un rkipient cI'uu bouillante, l'alcool, en se r'chluffant , extrait la chlorophylle cie Il (eu ille , Pour vérifier la présence cI'amidon, placcz la feuil le dlns une soiutlon d' Iodc, Vous observerez que les put l~ d, Il feuill. qui ont été exposées au solei l deviennent bleues, tandil que celles qui ne l'ont pu 1k.4i deviennent brunes.

Préparation < de l'amidon

~.

=

On peut aisément obteni r de l'amidon à pa.rtir des pommes de terre. Pelez des pommes de terre et rSpez­les finement. PUis disposez-lu sur une grossI! toile. Repliez Il toile, attache:z_II. Puis plongez le petit nc ainsi obtenu dans un recipient plein d'eau. Prenez-le et f'longu-le plusieurs fois danl l'eau. jusqu'à ce que la maje ure partie d ... l'amidon soit sortie. Laissez alon; l'amidon se déposer dans le récipie nt. Décantez l'nu. V .. r.<ez le résidu d.ns un redpient de façon à ce que l'amidon continue de se déposer. Décantez l'eau du réci"ient de façon il. l'élim iner presque totalement.

Le résidu obumu est de j'amidon.

Expérience de " amidon

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Pour vérif.er la préience de l' amidon, on prépare une solution en diluant S cm' de te inture d'iode dans 45 cm' d'eau. Cette solution peut itre pré parée é galement en faisant dissoudre quelques cristaux d'iode (expérie nce p, 79) dlnS une solution de 1 g d ' iodure pota$$ique (KI) et de 55 cm' d'nu, l'iode colore l'amidon en bleu.

Expérience sur "amidon

Pour obtenir une solution :1. 1 %, d'amidon, agitez 0,5 g d'amidon dans 5 cm' d'eau froide. Ajoutez en~orC 45 cm> d'nu, Portez t ébullition; puis, en agitant, refroid issez la solution, Ajoutez 310 cm' de cette solu­tion 10 gouttes de HCI et fa ites bouillir pendant deux minutes, puis traitez a~ec la so lut ion de Fehling. Vous obser~erez ainsi un précipit ' rouge qui prouve la

présence de glucose.

..... -

Dans cinq éprouvettes, versez 5 cl d'eau et 1 goune de solution d'iode. Traitez l part 2 gouttes de salive avec 5 cl de solution d'amidon, en di luant celle·ci avec un verre d'eau chude. Introduisez 3 goutte.s de ce mélange dans la premi~re éprouvctt~; au bout de deux minutes, introduisez 3 goutte' de solution dans la deuxl~me puis d~ns la troisième, etc. La salive transforme l'ami. don en un sucre : le maltose. Obse rvez la coloration.

139

•

LES ALCOOLS

Par alcool, on désigne communément une cenaine substance contenue dans le vin, dans la bière et dans les liqueurs. Pour un chimiste, il s'agit là d'un alcool parmi beau­coup d'autres. On peut considérer que les alcools dérivent des hydrocarbures par sub­stitution du radical (OH) à un ou plusieurs atomes d'hydrogène. Leurs noms dérivent également de celui des hydrocarbures corres­pondants.

Les alcools monovalents dérivent des hydrocarbures par substitution d'un seul hydroxyle à un atome d'hydrogène.

Ainsi, le méthane (CHJ donne l'alcool méthylique (CH,OH), l'èthane (C,HJ l'alcool éthyliquè ou éthanol-qu'on nomme encore esprit-de-vin (C~H50H). etc.

Le méthanol s'appelait, à l'origine, esprit-"'" de-bois, car il provenait de la distillation

fractionnée du bois. Il est toxique. On l'utilise pour dénaturer l'alcool éthylique et pour dissoudre les graisses et les résines. On l'emploie également comme combustible et comme antigel.

L'alcool éthylique provient de la fermen~ tation du glucose déterminée par la pré-

senet d'organismes microscopiques, les sac­charomycètes, qui font l'office de cataly­seurs. On peut l'extraire du vin par distilla­tion. Industriellement. on le prépr re à partir des amidons et des sucres que 'on fait fennenter jusqu'à obtenir le glucose.

Le glucose se décompose en alcool éthy­lique et en anhydride carbonique.

CIIHnOs - 2CtB50H + 2C0:t.

Par distillation, on sépare J'éthanol de sa solution aqueuse. L'alcool ainsi obtenu est un bon dissolvant et un excellent combus­tible. On l'utilise également pour conserver les substances organiques pour la prépara­tion de boissons alcoolisées et de quantité de produits variés allant des antibiotiques aux parfums, en passant par les substances syn­thétiques, plastiques, etc.

La glycérine [CaH5(0H)a] est un alcool trivalent important, car il entre dans la composition de la molécule des graisses. On peut considérer la glycérine comme un dérivé du propane (CsH J dans lequel trois atomes d'hydrogène auraient été rem­placés par autant d'hydroxyles.

l'arbre généalogique de l'alcool éthylique

140

-ÉTHANOL

(ALCOOL ~THYLIQUE)

-~THYLÈN~

- t:THER ËTHYLIQUE

ACIDE ACËTIQUE

IODOFORME

AC~TAlD~HYDF.

.-STYRËNE ~

"-GLYCOL

.-ACÉTONE --ACt:TATE DE CELLULOSE

ACÉTALD~HYDE CYANHYDRINE

ANHYDRIDE ACÉTIQUE-

CAOUTCHOUC - SYNTH~TIQUE

MATIËRES PLASTIQUES

ACIDE OXAlIQU~

EXPLOSIFS

- ALCOOl BUTYLIQUE -CHLOROFORME

FILM PHOTOGRAPHIQUE

fiBRES TEXTILES

ACIDE PROPIONIQUE <

ALCOOL VINYLIQUE

ACÉTANILIDE

Alcool méth y Il ClIJteV"

l'alcool méthylique s'obtient en distillant ;, liec du boit. Remplincz unI! ,""prouvette de ~tft5 morceaux de bols. Chauffez. Conduisez Ics vapeurs lU moyen d'un tube de verre en forme de L jusqu'II UIII! éprouveue plon,ée

dans relU et dans la ,lace.

Alcool éthylique

L· ... lCOOL ~THYllQUE R~SUL TE DE tA FERMEN­TATION DU SUCRE

Salicylate de

méthyle ~cruu un (om· primé d'upirin. et milanlel_lull ,d. biliulfu. d. sodium Chauffez. A~.c un

d'alcool mé-

1="'''''",======",_!~~!q;::~' on ob-U le nllcylatt.

i ,

X. olnl une bouteille, méllnEn lS cl d. lus de ~rsln et 100 cl d'nu chaude. Ajoutu 20 , de leViiio d illou. dln$I'~U tilde. Plonlez la bouteille d.n. un réc ipient chaud. Le liquide bout. LI ln qui .. forme est CO,; ,ondullu-Ie dans l'eau de chal/X. Il continuera i s. dé"I.r pendant quelques jours. Filtrez environ la moiti' du IiGuide ferment' dans un bidon pourvu d'un boucho" 11. vis, Preparet l'appareil dinillateur (j,c.it plIe 102, chauffel-Ie da"s Url rklplent d'eau

chaude. Vous pourret ainsi dlniller vous-mime GuelClues centillvel (j'alcool tthyliGue,

c-Jodoforme A~tate d'éthyle rt-'hloroforme

~I Faltts une solution avec 1 1 1 O' ''S une eprouveue, m'- 0 Traitez S cl d 'al rool fthy-

d'iodufe pObsslque dansS cl ~(IJ lanlez 3 cl d'alcool ethy- , Iique lVec 5 cl d'une solu-d'Iau. Aloutel-y des crls- lique IVe<: 2, de bisulfate de tion d'hypochloritl dl ,0-uux d 'Iode, de bçon ~ $odlum et 3 cl de vlnal,re d ium, Chauffez doucement le obtlnir une couleur brune blanc Chauffel doucement melan,e en ayant ,oin de Ajoutez S d d'alcool "hy· et resplrel Ivec prk:autlon. ne ?loS le laisnr bouillir. IIquI et quelquM ,ouues de ' l 'odeur piquante du vlnal,re ~ReSPlrn rapidement, de fa-

ÂNIOH 11. 10 %I usqu'l ce que ~~ se transforme en odeur de çon a perelvoir l'odlur

/ la couleur disparaisse Chluf·... 1 frUit sous l'effet de l'adute 1 dOl/ceitre qui est Urlct'. 1 fet. deux mmuteli, laissez d'êthyle (CH.COOC1H.) Ce rlstlque du chloroforme

refroid ... Le prêclplti liune compose en un solvant tris (CH CI.) uns en subir lu est l'Iodoforme (CHI.), employ', IfflU,

141

•

-

l 'acide unnlque se trouve dans l'oicon:e de nom· breux arbres et dans les

,lands des d .. ~nes .

l 'acide citrique donne une saveur lere IUK Ilru­mes citrons, cUrau. ononle. et pample-

mousses.

142

eacide ilCHlqul en l'aci­de qui donne au v!nai,re

V i-

l'acide salicylique tire Ion nom dll nule. On l'elttnit

de ,'6ooree des nules.

.. . -

lES ACIDES ORGANIQUES

Dans la nature, les acides organiques se présentent sous forme d'acides libres (acide citrique, acide tannique, acide malique), ou d'esters dérivant des acides et des alcools (graisses et huiles, arômes pour les fruits et parfums pour les fleurs). Certains se forment sous l'action de bactéries, ainsi "acide acétique qui dérive du vin ou du cidre, l'aclde lactique du lait, l'acide buty­rique du beurre.

On peut extraire directement certains acides organiques des plantes qui les con­tiennent. Pour cela, il faut généralement les transformer en sels de sodium ou de calcium, puis libérer l'acide en le séparant de son sel gr~ce à un acide plus fort. A l'heure actuelle, de nombreux acides organiques se préparent synthétiquement en laboratoire.

Les acides organiques se composent d'un radical formé d'un atome de carbone, d'un atome d'oxygène et d'un hydroxyle (OH). Le radical COOH sc nomme « carboxyle 1

(carbone et oxhydrile). Pour que l'un de ces acides donne un sel, il faut que l'H du groupe carboxyle soit remplacé par un métal. Ainsi, CH3COOH (acide acétique) donnera CHaCOONa (acétate de sodium).

l 'acide malique se trouvi duu bell,lcoup de frulu acides. Son l'lam dérivi du IUin : malus qui s llnl-

l ',cide oxaliqui dérive il l'orl,lne du bois d. 1'0-seille (en latin : oxalis).

fie pomme,

ft, . '

/ , '1 " /1 '

.. ... ,.

l 'acide formique elt un Iclde Irritant : il est pro­du it par les fourm il rQU· ,es. On le trouve elll".

ment dans lu orties.

Acide acétique

le vinai Ir. Ist de l'acide lCetique dilué et on peut obtenir 1 putir de lui de nombreux Icitates. Pour obtenir de l'IC~' tate de calcium (CH.COO),Ca,. dans uni cipsul. d. pyre >; chauffez 50 cl d, vinaler. blanc et aioutez-y autant d'ol(yde de calcium qu'II peut s'en dinoudre. Filtrez la solution pour éliminer l'oxyde de calcium qui n'aura pu éd dissous: le liquide filtré contient de l'adtate de sodium. hit". haporH la sol",tio ... . Vous pourrez ~ nouveau o.traire l'acide aCétique de son ac!!itit" lm l' intnxlu l~w dans une éprouvette bien séche ue( du bisulfate de sodium. Chauffn'6 •• -rement . Vou, sentirez l'odeur de l'.cide .cétlque. Le papier bleu de tQ1lrnuol humide plaei i l'embouchure d.l'éprou.

vette ",ire au

Acide tannique L'acide tannique le trouve dans 1" thi. Falt~ bouillir dans 50 cl d'nu quelques feuillet de th'. laissez ensuite refroidir et mactlrer. D6antez le liquide. faites dis. soudre quelques crisuux de sulfate de fer dans 5 cl d' .. u It IJoutez la solution obtenue 11,1 thi. Vou, obtlen·

dru aln,i un prkipittl noir de tinnate d, fer.

•

Acide salicylique 1. Traitez 1 li: d'acide ullqllque Ivec 10 cl d'uu. Il ne te dissout

pu. 2. Ajoutu au compte-COIJttes une solution de NaOH Il 10 % lusqu 'lI ~ que tout l'acide salicylique soit dissous. Vous aurez ainsi une solu-

tlon de salicylate de sodium . J. Avec. du sulfate de fer, le nlley­lite donne Un ullcylate ferreux

roueeitre. 4. Un sel ferrique donne un nlicy·

lite vineux, S. L. tulflte de euine dOMI un

Illieylate de cuivre vert.

143

1

LES GRAISSES

Pour sc développer, pour fournir un travail manuel ou intellectuel, pour maintenir cons­tante sa température, l'organisme humain a besoin de nourriture.

L'énergie, dont il a besoin, lui est fournie en partie par les hydrates de carbone et, surtout, par les graisses, riches en calories.

Les graisses animales et végétales sont un mélange de glycérides formés d'une molé­cule de glycérine et de trois molécules d'un acide organique.

Lts graisses sont des substances onc­tueuses, insolubles dans l'eau. Certaines sont solides à une température nonnale, d'autres liquides. La plupart des graisses, d'origine végétale, sont des liquides (huiles) contenus dans les fruits et dans les graisses. Les graisses animales sont presque lOujours solides à une température normale, mais, lorsqu'on les chauffe, les graisses solides fondent et, inversement, les graisses liquides se solidifient lorsqu'on les refroidit.

144

Les graisses liquides peuvent se trans­former cn graisses solides, grâce à un pro­cédé nommé .. hydrogénation ~ qui penn ct. aux moléculcs, dc gagner un ou plusieurs atomes d'hydrogène grâce à un catalyseur.

C'est ainsi qu'on obtient la gradine et la margarine. L'oléine de l'huile de noix, de noix de coco ou de soja absorbe l'hydro­gène et se transfenne en stéarine solide :

(C17H3.'lCOOhCsH c; + 3H2

oléine - (Cl"H35COOhCaH c; stéarine

Les graisses et les huiles ont, en dehors de leur valeur alimentaire, de nombreuses applications. Le savon et les bougies, les encres d'imprimerie, certains détergents, sont fabriqués avec des graisses.

On distingue les huiles siccatives des huiles non siccatives. Les premières se solidifient à l'air. Aussi, les utilise-t-on dans la préparation des vernis et des couleurs.

Extraction de la graisse

,,::... ~'------

Coupez .n petiu morceaux un carré de chocolu ame .. , Dans une capsule de pyrex, yenu du dtn,hlcrur .. de nrbene sur le duxolu et m4llangn. Filtru le m~lanle . lalun reposer l, liquide obtenu afin que l, tétrachlo­rure s'hapore, Il restera du beurre de e"CIO jaunitre. faites attentloll de ne pu r.,spir.r Ils Vipe ... rS qui s'en

dé,a,ent.

Fusion de la graisse

\JiiJ Expérience permettant d'identifier la • graisse

~ L--/-_--'\ \'------>.~ la fusion est le système le plus simple pour !Ktraire les Ecnsez deux Iralnes d'arachide. et Introduisez-les dans gralues. Coupu un petit morceau de u lndoux et une éprouvette. Recouvrez-les d, tiitnchlorunl dl plon,ez-Ie dUls l'eau chaude. hites bouillir pendant nrbone et laissu l'eposer pendant cinq min ... t". plus de dix minutes. laiun refroidi r l; l'air d'abord. Versez q ... elques eOuttes de ce mélln,e sur un morceau

puis lU r6fr lc6rateur, de pipier, Reglrdn le papier à COntre-Jour ; I~« nc ....

Expérience sur la glycéri~ Dlnl une 'prouvette bien skhe conten~nt 1 , de blsulfue de sodium, mettez 1 cl d'huile d'oUve, Chauffez un peu , Vous percevrez a lors une odeur irri·

tinte d'aero/llilne,

Nd·ISO IIb're Il glyc4irlne. puis b. d'tru ll l unltOt. La ,Iydrin" penl de l'nu u devient Icro-

I4ilne,

cruse » prouve la présence de la ,ralsse,

\

•

Acides gras ~

h ltes dissoudre dins SO d d'eau chaude une demi-cuiller'" de savon en paillettel, Ajoutez 10 cl d' HCI. l t lavon 6unt le sel sodique des acides ,ru, nUlIoCl sont IIb6r4is par Hel et se coa,ulent. l 'aelde st6arique est utllls~. alnll que la paraffine dlns Il

fabrication dei bou"",

145

•

LES SAVONS

Le sel sodique d'acide stéarique, plus connu sous le nom de savon, est utilisé depuis des milliers d'années sans qu'on sache exacte­ment l'origine de sa découverte.

De tout temps, on l'a préparé à partir du carbonate de potassium (K 2C03) obtenu par combustion du bois (voir p. 59), ou encore, du carbonate de sodium des algues séchées.

Les carbonates traités à la chaux donnent alors, suivant les cas, un hydroxyde de potassium, ou de sodium (KOH ou NaOH, voir p. 45), qu'on fait bouillir avec de la graisse pour obtenir le savon. La réaction de la saponification peut s'écrire ainsi :

ester + base - alcool + sel (savon). A l'heure actuelle, on fabrique toujours

le savon selon le même principe, mais J'ébullition est réalisée dans d'énormes chau­dières hautes comme des maisons de plu­sieurs étages qui transforment en savon jusqu'à 100 tonnes de graisse par jour.

VOI,IS obtiendre2 de grosses bull., d. Sivon en ajoutant de la Ilycirine ~ une solu­tion d. savon; la recette eu la su ivante ; 100 d d'nu, 0" d. ,:::;~"" 5 , d.

°0 ~

Dans le, chiudl~res mo­dernu i. plusieurs ~u.lel, on transforme en SiVOn jus­qu'~ 100 t de lraiue par

Jour,

"'-.,-----., ~ c., =9;..

i"" ~~ ~<>o

~~" ~ ~ .,~~ g "-'--- ./

G o GG

G

Voici comm.nt 1., IIvanu .lCpliquent le comportement du IIvon, Un. parti' d,la mol6cu le du $lvon en soluble dins l'nu, r aut re eu soluble dlns l'huile. Lorsque l' hu ile Ht m61anlh i l'elu "vonneuse, les louttes d'huile sont entourees par la partie de la mol!cule de uvon qui Ht dissoute dans l'huile. les pirties de la molêcule de savon solubles dans l'nu m~ntjennen t en

suspension les louuelettes d'huile.

146

Fabrication du savon

Pr4lpuet un baln.marle en versan t deux doilu d· ... u dans une boite de f.r-blanc.

1. Faites dinoud,.. 10 1 de I[rals!e (lard. l u lf ou nln-doux) dans une a:s:se au baln.ml rle.

2. Faîte. dissoudre S 1 de NaOH dans 15 cl d'eau. Ajoutez 1S cl d'alcool dénaturé (~lJr accélérer b. r'ac­tlon). Venez en m6lan,unt cette solutlon dans 1. lraisse dissou t e. Continuez: Il dt.utrer et l méhon,.r jusqu'). cc qu'un échantillon de cette l olut ion se trouve compl~.ment dissoul dlns une demi-éprouvette d'eau.

La saponifia.tlon est ;l]ors compl~te.

3. Faites diuoudr!! 100 , de NaCI danl 300 cl d'nu Venu le mélan,' de savon chaud danl cette lOlution.

Le $:Ivan se reconstituera en rrume;aux éplis. 4. AppliqUe! un. toile double Il l'embouchure d'un rki. plent. Venez: dans ce récipient la solution contenant des irumuux de savon et filtrt!I. l.3. ... ez à l'eau ,lacée le savon sur le filt re pour le déb~rru5er d'hentuel,

résidus de liel. S. Prenez puis étendez Il coUe pour flire "cher le savon.

Expérience sur le savon et sur les détergents f1.ita dissoudre 1 1 de »von bbriqu' paf VOUIi dlns SO cl d'nu tiéde. Préparez des 50lutlons dans SO cl d'eau de 1 1 de savon de toilette, 1 ,d. AVon en paillettes, 1 ,de sa ... on en poudre, 1 & de déter,ent en poudre et 1 d d'un détergent liquide. Verset S cl de ces diverses solu­tlomi dlnsde.! éprouvettes différentu. Mélangn S,outtes d·huile .. chacune d'elles. Vous noteft!I les dlff'.entes raçons dont ces solu t ions rh,lnent l I·hulle. Versez .. nouveau 5 cl de chaque solution dlns ln différentes éprouvettes. Ajoutez) d d'elu de ChlUX • ChICUn. d'elles. A,itez; vOus remarquerez Il dlflëreme de qu.n.

t id d'écume qui se for me dans chaque solution .

r-;

, ,

Ff-1--

li'

h 1 r= , , ,

, ~ -

f-- ---1--"

147

1

Lei prot';nl. sont des sUMunee, or,aniques "'cenll;''''' i l'alimenu.tlon d, l'tlomm •. On les trGUV' surtout dans le. Otub et danlla chair des bovins, du porcs, des poulets et de. polssont: on trou". t,aliment dei proteines dans t .. lait et dans UI dirlv',. de mime 'lU! dans les Itlumes et dans les cérhles. Les ch.v.u~ dl l'homme. les J)Oill et les plumes

dei volati les contiennent également des lubuan,,,, prottiqucs,

148

, LES PROTEINES

Les protéines jouent un rôle important dans l'alimentation de l'homme: le jambon, les œufs, la viande, le lait, en contiennent.

En conséquence, tous les mets qui contiennent de la viande, des œufs et du lait (par exemple les pâtés, les gâteaux et les glaces) sont à base de protéines.

Si la majeure partie des autres aliments -hydrates de carbone et graisses - sont des composés ternaires, c'est-à-dire formés de trois éléments (C, H, 0 ), les protéines sont des composés quaternaires. Aux trois élé­ments précédemment cités, il faut en ajouter un quatrième: l'azote ou parfois le soufre.

Leurs molécules sont gigantesques compa­rées aux autres. Ainsi, la formule de l'albu­mine de l'œuf est :

C'Il6Hl1 za0 200Nl '°516' Les protéines ne sont pas toutes comes­

tibles, puisque les cheveux, les ongles, les plumes et les poils sont d'origine protéi­nique.

Elles constituent l'élément fondamental des cellules. Leurs macromolécules résultent de la condensation de nombreuses molécules d'amino-acides ct par hydrolyse des pro­téines, on obtient des amino-acides.

Examinons successivement trois de ces protéines que nous rencontrons coura­ment dans la vie quotidienne: l'albumine de l'œuf, la caséine du lait et la gélatine.

L'albumine. - Le blanc d'œuf contiem

environ 13 % d'albumine. Le mot vient du latin 1: albis ~ qui signifie blanc.

Si l'on mélange le blanc d'œuf avec de l'eau, on obtient cc qu'on appelle une 1: suspension colloidale ~.

Le blanc d'œuf cru est transparent et presque liquide. Uoe fois cuit, il durcit et se coagule en une masse blanche qui ne peut plus se liquéfier. En chimie, on appelle cene transformation une 1: dénaturation ~ . On trouve l'albumine non seulement dans les œufs, mais dans le sang, dans le lait et dans les graisses des céréales.

La caséine. - La caséine est une protéine qui fait panie du lait (le lait de vache en contient 3 %).

Dans la fabrication du fromage, la caséine se sépare de la partie liquide du lait : le petit-lait. Ensuite, on l'égoutte et on la laisse sécher. Les odeurs des différents fromages (On en fabrique en Franee plusieurs cen­taines de sortcs, avec du lait de chèvre, de vache ou de brebis) proviennent des éthers qui se fonnent au cours de la lente fermen­tation de la pâte.

La gélatine. - La gélatine eo.t une pro­téine fabriquée avec la peau, les os et les cornes des animaux. Dans l'eau froide, elle gonfle simplement. Dans l'eau chaude, elle se dissout aussitôt pour former une suspen­sion colloïdale qui, maintenue à la même température, reste liquide: c'est le • sol ». Si on la refroidit, elle prend un aspect géla­tineux ; c'est la • gelée JI .

149

Préparation de l'albumine

Cane: un œuf. S'parez le blanc du jaune, mettez le blant danl une usse et lardez le jaune dans la coquille de l'œuf. I»ttez le bb.nc 'Ive<: un. fourch.ue. Si vous m'Ianle: S cl d 'albumine et S cl d'eau et que vous aJoutiu S d d'alcool dénaturé, l'alcool fait tœluler l'albumine en petjt e~ particu les blanches. SI vous m4lan,ez S cl d'albumine et S cl d'eau et que vous portiez le méllnse l ébullition. la chaleur fait se coa­guler l'albumine qui est alors« dtmltur' », c'ut-a-dire qu'II ne peut plus r"dev!!nir soluble. Portez maintenant l ébullition 100 cl d'nu dans une usse de pyrex. Versez.

150

Qu'est-ce que l'albumine?

yle blanc d. "oeuf. Il n Cgalulera en une man" blanche et solide. C'est ainsi qu'on prépare les« œufs pcx:hts ».

Faites tomber un petit morceau d'albumine COOIlvl .. dans une éprouvette et ajOutez-y 5 cl de NaOH , 10 '7'0-ChauHu. L'albumine entre en $olution. Verset quelques gouttes d'albumine sur une pi'ce d'argent bril lante. Au bout de quelquu minute, la pli!:u, d'argent dev ient noire i nu,. du sulfure d'argent: ceci prouve que l'albu_ mine contl.nt du ,oulr •. Chauffez encore; il restlrl, à Il f,n, du carbone. l'albumine cont1ent, par con,'­quent, du carbone. Il contient 'gaiement de l'oxygène. Placez un petit morcnu d'albumine oolgul" sur un. plaque m6ullique et chluffez. les vapeurs d'ammoniac feront ~ir.r lU bleu un pipier de tournesol rouge humi­dili6. L'ammoniac en NHa. l ',dbumin. doit contenir

par cons6quent N et H.

..-

,. caseme i

le lait contient une proteine imporunte : la cuelne. Prenez une demi-tasse de lait mallrt (ou bien faites un mell",'" de 8 cuillerées de la it l'ln poudre et d'une demi·

tasse d'nu). Faites tiédir.

Placez sur le r'clplent une IrOSSI! toUe double et filtret le lait cOlluré. Fait", écouler le IIquidl! (m'lance d. petit- lait et de vinai,r.). Conserve!. le liquide filtré.

Ajoutez au lait mai,re ou au mélanl'" pr'p.r' une 'prou­vette de vlnal,re blille. La. usélne se s'pare en cru­

meaul!. nombreu)( blancs et lourds.

Repliu la toUe :autour d, la cas'Ine. Planiez dans l'eau et prusez d. fa~on il. éliminer 1. petit-lait et le Vlrll',rlPe qui restent. Pressez 1. caséine, puis faitH-la sicher.

Autres substances ntenues dans le lait

V.ru:r. le liquide filtr' (m6lan,e de vin_l, re et de petit-'l lt) dans une up'ule de pyrex et portez l ibullition. Vous verrez se former d, petItes taches blanches; c'ut l'albumine

cOlcule sous l'efh,t de la chlleur. 1. petit-lait . Soumettez le liquIde

t Il solution de Fehlin, (Yoir p. tJ7). sucr. du lait (lactose) donne un pn!clplti

rOUie d'oxyd. de cuiv re.

151

La gélatine est une protéine

""DE , .l!LO' I\ , D~.IaUf

la gélatine se flbrlque avec ln os et III pnux de$ ani­maul(. Dêsosset la cuisse d'un poul~t ~t, aprés l'avoir d'blrnsde de $1 chair, plongez t'os dans unI!! 'prou­veue continant 3 cl de Hel et 12 cl d·nu. Laissez repmer pendant trois joun. l 'acide chlorhydrique dilué dissou t

Expérience sur les protéines solide~ ___

Dans une êprOUvette, faites diuoudrl S cl d'eau, un qUlrt de cuillerh de NaHSO,. Ajoutez un quart de cuiller'" de KNO •. Introduisez un petit morcnu d'.lbu­mine coagu lée et chauffu. NaHSO. et KNO. don!}ent HNO, qui colore en jaune l'albumine. Si on ajoute de l'ammoniaque." al buminl jauni prend uni tei nte onnzêe.

152

les sels de calcium de 1'01; il reste lion une substance malléable: l'oueine. Extrayez la Z'fuine de l'osséine en faisant bouillir celle-ci dans de l'eau. Filtrez la solu­tion. En se ~roldlu.nt, elle devient ,élatine. On dit

que le « sol ~ est devenu f( zel ».

Mélanzez 5 cl du liquide t Ixpérimenter et S cl d'une solution d'hydroxyde de sodium • 10 0/0- Ajoutez 2 gouttes d'une solution de sulfate de cuivre • 2 "/0 (1 Z dans 50 cl d'uu). Le liquid. d."lent rouge violad.

.. LES COLLOIDES

cane de papier noir

lampe portative

EFFET TYNDALL: Un ""yoo de luml're est invisible quand il traverse une solution (plr eXflmple une soluti .. n de lucre). Un fayon de lumière nt visible quand Il traverse une suspensIon colloïdale (par exemple : une suspen­sion colloidale de soufre). Il en est ainsi pan:e que les parcelles d"une $!,I,pen­sion ,ollaldale, refl'unt la lumière, rendent visible le pucours du fayon

Une glace au chocolat n'est pas autre chose que la suspension colloïdale d'un solide dans un liquide. La crème fouettée est une sus­pension colloïdale d'air dans un liquide.

En 1862, un Écossais, Thomas Graham, fut le premier à étudier les colloïdes. Il remarqua que certaines solutions passent à travers le parchemin et d'autres non. Les premières sont presque toujours des sub­stances chimiques qui forment des cristaux et qu'il nomma, pour cette raison, • cristal­loïdes li . TI appela les secondes • colloïdes li

du grec . kollodes ~ qui signifie: semblable à la colle.

Un colloïde mélangé à l'eau ne donne pas une solution, mais une suspension. Dans une solution, les molécules som trop petites pour être visibles, fût-ce au microscope. Dans une suspension colloïdale, elles sont beaucoup plus importantes, cc qui permet de les voir à l'œil nu quand un rayon de lumiè:re les traverse.

Les particules colloïdales se présentent

lumineux.

comme des corpuscules brillants, animés de mouvements oscillatoires, dits mouve­ments browniens.

Les particules d'une suspension colloïdale reflètent la lumière et permettent de suivre le trajet du rayon lumineux. C'est ce qu'on appelle effet Tyndall.

Les suspensions colloïdales peuvent être formées de gaz, de liquides et de solides.

Huit combinaisons sont possibles. Voici quelques exemplt:S de solutions

colloïdales : le lait est la suspension d'un solide dans un liquide, le fromage d'un liquide dans un solide, la mayonnaise d'un liquide dans un liquide, le verre colorié d'un solide dans un solide, le brouillard d'un liquide dans un gaz, elC.

L'état colloïdal joue un rôle important dans J'ensemble des fonctions ·vitales. C'est sous cette fonne que nous assimilons et digérons la plupart des aliments. Le sang. qui amène l'oxygène aux œllules, est égaIe­ment une suspension colloïdale.

153

154

Peptisation

Durant 1. peptilltion, de ,undl' particules sont dl~l­,'u el'l panicules plus pulte •. SI l'OUS traitez 1 1 d'ami· don avec 100 cl d'eau froide. etqu .... ous I.juin reposer, l'amidon se dflpOle rapidement lU fond du r'clplent. Versu ,lOri le m'Ian,e d'amidon et d'nu dlns une up.ul. de pyrex; portn-Ie • llibullitlon, puis refroidissez. l'amidon forme l nouvuu une IUIp.ension colloid.le

Émulsion

Un. émulsion peut ftr. provisoire ou permanente. Si l'on mélan,e dans une éprouvette 5 cl de kéroséne et 5 cl d'CilU et qu'on Illne ensuite reposer, le liquide le 1'1"-'. ('mulslon provisoire). SI J'on mélu.,. 5 cl d. Urosine et une lolullon d. 0,5 1: de ul'on danl 5 cl d'eau chaude, on observe que le liquide ne U~ Ié:pare

plus (émulsion permanente).

Coagulation

On 1 cOllulltlon lorsque plusieurs moliçules d'un. subuanee donnée s'unlnent pour former d.s parti· cules de dimension colloidale. SI vous milanlu 1 1 d. fleurs de loulre et 10 cl d'alcool. une pntie du ,oulre entre en ,olutlon. Fil treI le loufr., qui a éd diuous, puis versu la solution Ilcoollque de soufre dalU beau­coup d'tau et vous vuru Je former un nUil. blanc d.

soulr. collol'dal.

LES FIBRES TEXTILES

Les fibres textiles peuvent être soii d'ori­gine animale, soit d'origine végétale. On les extrait des différentes panies de la planee : les graines du coton, la tige du lin, du chanvre, du jute, etc.

Les vers à soie et les moutons fournissent respectivement la soie et la laine. Enfin, certaines fibres dérivent de minerais fila­menteux comme l'amiante et le beste.

Les fibres textiles d'origine végétale sont essentidlement constituées par la celluJose. La laine et la soie sont à base de protéines : la kératine pour la laine, la fibrome et la séricine pour la soie.

Le monde moderne faisant une énonnc consommation de fibres textiles, J'homme a cherché à imiter la nature en créant des fibres artificielles. On fabrique ainsi la rayonne à partir de la pâte de bois chi­mique, de la paille et du roseau. D'autres fibres sont fabriquées à parur de la caséine du lait ou du soja (procédé japonais).

Durant les dix dernières années, les fibres synthétiques ont pris une nouvelle impor­tance. On les obtient à partir de produits dérivés du charbon et du pétrole que l'on transforme par condensation et polyméri­sation. C'est ainsi que l'on fabrique le nylon, le perlon, l'orlon, le lilion, etc.

Expérience de combustion des fibres textiles Coupez des bande~ de 1 cm de t luui différents. Allumez ces bandes une plr une. Notn 1. façon dont elles brillent.

l'odeur qu 'eHes émeuent et la quall t ' des cendres qu'el la produisent .

!fll!f!fl/(f/f/ ) . Laine.

4. Soie.

5. Nylon.

6. Orlon.

7. Rayonne.

8. Acétate de "nu­lose.

rapide. Flamme lente.

FI:amme petite Ilt lente.

Fond, aucune flamme.

Fond et brOie.

Flamme jaune et

avec de pet ites fond .

De cheveux brOI&.

Comme la laine.

De célerI.

De poisson royssi.

Comme le coton.

•

De lranulnion noire. fadles ~ décomposer. Brillantes, de IrUIlI:a· tion ronde. faclles • décomposer. Fond en donnant une ,ranuluion noire, dif­ficiles ;i dkompo$er. Granulat ion noire. dif. ficiles a décomposer. Comme le coton .

Granulation noire, dif· ficiles à

155

Expériences chimiques sur les fibres textiles

- j Oillposn $i •• prouvettes et danl chac:une "ersez. 5 o;.l d'une 50lutlon de NaOH l. 10 %: dans chaque ~prou nUI, aprb lu Ivolr .oIen"uu,ment étlquedltS. Intro­dulill des bandes de si>! tluul difl'érel'lU. Mettez lu 'prouvettes lU b4ilr.·marie; faites bouillir pendant dix minutlS. Oisposu .nluite les 'prOIlVettH lur 1. support et observez 111$ rbultaU : laine et .011 •• leront d'composées, 1., lut'ou t juuI uronl inucu Réalisez la mime "ICp ... len.:\! Ivec de l'acide chlorhy drique ,oncentré. Soie et,nlyonn. li: décomposent. Il

laine reste Inuet •. 1/

- -, , , , 1 1 , , ,

f- tlf-

Un fil de rayonne La nyonne on, ... ne fibre artifi. delle; on l'obtient en bisant dis­soudre de la cellu lose dans du cuprammooium, puis en la

.e ~I idifl.r ) nOU"H"'. •

une solut ion d':'~~~~~;::'" .·d ,~~,,,d":_'1'0 g de sulfate d. cuivre dans

e! un rédpient d'un demi-litre. AjOUtCl ensuite une solution de NaOH .. 10 'Y .. de façon l hlter la formation d' un prttipitt d'hy· droxyde cuivrique bleu. L.isnz reponr pui. décantez l'eau en exeés. Remplluel Ilors d'eau 1" récipient. Laluel .... po:ser et di untel encor .. une

-

:

1

f-

fois . Répétez ce proc~i 4e IIY'I'~',--'l"'=,","':

• 3. Ajoutez. t-:hydroxyde ;:~~~~~~:-f niaque au compte·goutt.. . di''';''''i'

. _ . , • \

, 1 ! ,

f-[I '\

2. Apr'l un d\!mler layaI., décantu l'uu. Verse:.; l'hy­droxyde cui .. rique sur le filtre . Lay"~ encore une lo i., puis faites tomt..r goutte' goutte 1. solution obtenue.

complMe de Cu(OH)., (NHJ.(OH). bleu sombre; cette .0lUlion s'.ppelle

.. liqu ide de Sehwllu e r ».

S. Da"s un rl!Clplenl, f,ltes un m61lnge de SOO d d 'eau et de 10 cl d'acide chlorhydrique; I"extrimld du tube

4, AJoutn lU liquide bleu ainsi obtenu de petiu mor· cnux de papler-filue; il. seront dl lsous. In.ullll.l l'appareil comme on l'indique lur l, figure. Introduisez dans la boute,i lle la solution conunant 1" papier dissous.

156

doit .. peine effleurer la surface du liquide. Souffler, le liquide bleu, lU fur et t mesure qu'II coule dans le rédp,ent lit Intre en conUet , "ec l'acide d llut, se sol i-

difie ct donne un fil d. rayonne.

Autrefois, le fil'lle et I~ tissage des fibres textiles éulent exé,utés i la main; 'lujourcl'hul, ,es mêmes fibres textiles sont soumises, dans des m ... ,hines appropriées, i des op~n.tlons d'étirement et de tonion ai m,] qu'i divers traitemenu

méCllniques usn (Qmplexe~ qui les transforment d'abord ... n fils, puis en tissus,

157

Substances

appuyez-la contr. une mJ­tlère pl;utique. Elle fen un trou dlns 1. réllne t~.rmo_ plutique, elle n'en fe ... P" dans 1. résine thermo- indu-

rant ••

158

R.IËSINE PHENOLIQUE

, LES MATIERES

li Y a environ cinquante ans, un chimiste américain, Baekeland, réussit à créer la pre­mière matière plastique en combinant le phénol et la formaldéhyde. Il "appela baké­lite.

Depuis, on a découvert une douzaine de matières plastiques donl les applications sont innombrables. Elles reCOU\Tent les planchers (linoléum), les meubles de cuisine (formica), servent de doublure pour les vêtements (vinyl), etc. Les produits alimentaires sonl friquemment vendus sous emballage de plastique. On retrouve le plastique dans les avions, les trains, les automobiles, etc.

Les matières plastiques proviennent de composés simples (eau, hydrocarbures, cal-

Expérience Modelage chaud de combustion

, a

Exposez 10 la Hamm. un morce.u de mati"N! plutiqui et observu de quelle fa~on elle brûle. La plui ,nnde puti. d.s <ub· n~llces thermo-indu ..... nt ... émet­tent une forte odeur miis ne brûlent pu; les <ubu'ntes ther­moplastiques brOient auni lonl­temps qu'elle. SOnt en Conntt

avlC la flamme.

les matiéres thlrmoplutlqu.s deviellnent molles et mall'ables lorsqu'oll les chauffe. Dans une casserole d'eau bouillante, plonlu Ull vieux d isque (vinyle). Quand il est devenu mou, donne".lul une forme 3 l'aide de deux blconneu. Refroidinel : le disque re<:levlent

dur .

PLASTIQUES

caire et sel), dont les molécules sont disso­ciées pour donner ensuite des molécules plus complexes. Elles se divisent en deux groupes : le premier englobe les matières thenno-indurentes que l'on peut modeler en les chauffant. mais qui, une fois durcies, ne peuvent retourner à leur état primitif. Les résines phénoliqucs ct uréiqucs appar­tiennent à cette catégorie.

Dans le deuxième groupe. on range les thermoplastiques : ceux-ci sont malléables à une cenaine température et durcissent en refroidissant, tout en restant susceptibles de passer d'un état à l'autre. Ce som les résines polyéthyléniques, polystiréniques, vinyliques et acryliques.

Matières thermO~ques

M- ~ if~~ .. 1 (oh alcai r e

J

~~ ~ ~n. , hlo" "h,lèoo ~ .-~

R~SINE VINYLIQUE

g ~ ~

~hlorure acétate

Comment modeler les matières plastiques

Prenez une petite qu.ntité de matière !'I ... (;'lu.; chauffez-I. dan. une vieille tuiller. Etendez la matl.'e plutlque de~enue molle sur une assiette de ~erre ;

lppuyel -Y une pi~ce de mQnnlie; vous l urez l insi une empreinte parflite.

159

CALCUL DES ÉQUATIONS CHIMIQUES

Nous avons réalisé de nombreuses expé­riences sur les gaz, les liquides, les solides : précipitation, décantation, filtration et dis­tillation.

On peur classer ce.~ expériences en quatre catégories selon les réactions chimiques qu'elles déterminent.

La plus simple de ces réactions est la combinaison direcre dans laquelle deux ou plusieurs substances se combinent pour former une seule subsulnee plus complexe. Comme nous l'avons vu, le soufre et le fer donnent du sulfure de fer:

Fe + S -. FcS.

La chaux vive (oxyde de calcium) et l'eau donnent de la chaux éteinte (hydroxyde de caJciwn).

Cao - H,O - Ca(OH),.

160

La aécomposition est le procédé inverse : une substance se décompose en deux sub­stances plus simples. C'estainsi qu'on décom­pose l'eau en ses éléments :

H 20 1 H 20 > 2H~1 + O2 '

ou qu'on libère l'oxygène de l'eau oxy­génée :

HP: .. H~02 • 2H 20 + O~. t Dans la substitution simpk, on voit un

élément prendre la place d'un autre. Ainsi, le zinc et J'acide chlorhydrique libèrent J'hydrogène :

Zn + HCl + HCI - H, f + ZnCI 2•

Un clou plongé dans une solution de sul­fate de cuivre libère le cuivre :

Fe + CuS04 - Cu 1 + FeS04"

Dans la double substitution, deux composés

échangent un élément. C'est cc qui se passe lorsqu'on précipite du chlorure d'argent, grâce à une solution de sel et de nitrate d'argent :

Nael + AgNO:;! . AgCl. + NaN03 •

De même, la réaction du sel anglais et du carbonate de sodium donne : MgSO .. T Na2 C03 - MgCOs' + Na! SO ...

Nous avonS noté que, dans chaque équa­tion, il yale même nombre d'atomes à droite et à gauche de la flèche. D'où ce nom d'équation donné aux réactions chi­miques. Bien souvent, un chimiste doit mettre au point par lui-même une équation à l'aide des notions qu'il possède.

Si l'on veut traduire en langage chimique la dissolution d'une feuille d'aluminium dans de l'acide chlorhydrique, on peut écrire, par exemple :

AI + HCI . AICI ~ H I. M.ais AlCI existc-t-il? La table des

valences nous apprend que l'aluminium a valence 3 et le chlore valence 1. Pour un atome d'Al, il fam donc trois atomes de CI. Le chlo-rure d'aluminium sera donc AlCis. Quant à l'hydrogène, il n'existe à l'état libre que sous forme de molécule bi-atomique (HJ .

L'équation sera donc : AI + HCI - A1C!, + H, I.

Par ailleurs, il faut dis­poser d'une quantité d'HCI qui permette de fournir les molécules de Cl par groupe de trois et les molécules d'H par groupe de deux, soit 6HCI.

Prenons donc 6HCI et modifions les coefficients moléculaires jusqu'à c~ que nous ayons un nombre égal d'atomes de part et d'autre de la flèche. 2A1 T 6HCI . 2AIC!, 3H;.

Prenons maintenant l'é­quation su ivante :

Fe + S - FeS.

Elle ne signifie pas seulement que le fer et le soufre donnent du sulfure de fer) mais également qu'il fam un atome de fer et un atome de soufre pour obtenir une molécule de l'cS. En notant les poids atomiques de ces deux éléments (Tableau, p. 162), ('équa­tion indique alors la quantité de fer et de soufre nécessaire, ainsi que la quantité de sulfure de fer obtenue.

Fe + S - FeS 5632 - 56 + 3288.

Le nombre atomique correspond au poids de matière à employer. En le divisanl par 16, on obtient le nombre de grammes utilisés dans l'expérience de 1.1 page 42.

Examinons maintenant l'équation du car­bonate de magn6iium. La table de solubi­lité (p. 162) nous indique que MgCOs est insoluble. Il doit, par conséquent, être possible de le précipiter, grâce à un sel soluble de magnésium comme le sulfate ou le carbonate de sodium. MgSO" + NazCO, - MgCOs J + Na!SO~.

161

SOLUBIun DES SELS DES HYDROXYDES

Nttru. : tOhlbta, tanS ucepUOft .

Acn.u. : soluw... lIN anepüOrl. Chloru.... : lOIubl., • l'u~IOft d. A" H, (marcu,..x) ft de Pb.

Sul .. : loIlIbI-. Il "uc.pdon da Pt., la. Sr (Ca. A" H, peu soIubl_). Carbon_, phœp ..... 1Ikata. sulfuras . Inso­lubl .. , • l'exceptlo" dt Na. K, NH,.

tfrdroxy_ . IlIIOIuw... • l·uwp\kJn 4e Na, K, NH •• la (Ca..: Sr 10"1: peu toIubtal).

Examinons le tableau qui se trouve à droite de la page 162. Nous y voyons que chaque molécule de NaFezSO ~ possède sept molécules d'eau de cristallisation et que chaque molécule de Na2COa en possède dix. Ces molécules ne jouent aucun rôle dans la réaction proprement dite, mais il faut en tenir compte dans le poids des substances. Inscrivons, sous chaque élément, son poids atomique, puis calculons le poids molécu­laire de chaque composé en additionnant les poids atomiques des atomes qui constituenl la molécule.

POIDS ATOMIQUES APH.OXIMATlFS

ew-. Symbole Pol_ EMIMM Sr'"boIa PoIds -...... IIomlq ....

ALUMINIUM AI 21 HAGNUlUMMI " ARGENT AI ". MANeANU!Mn SS

AZOTE N .. O XYGèNE 0 .. IORE B " PlOM8 Pb 2<1T

CALCIUM Co .. POTASSIUM K " CUION' C " CUIVRE Cu .. CHLORE CI ,. SILICATE ~ la

FU .. 56 SODIUM N. 2J

HYDROGèNEH , ZINC Z, " IODE 1 ", SOUFRE S l2

162

EAU DE C RISTALLISATION

A, NO, CaCl, H,O

NH,AI(SO,h 12H,O NH,CI

CaSO, 2H,O CuSO, SH,O FeCl. 6H,O

Na,8,O, 10H,0 Na,CO, IOH,O NaCI

FeC', 4H,O FeSO, . 7H,O KAI(SO,>, . 12H10 KNO, M,SO, . 7H,O NH

NaHCO. NaHSO. H,O r'bOH Na,SO, 10H.O NaoStO , SH,O

Mg S 0 4 7H20 + Na2 C 0 3 lOHp 24 32 16 x 4 7 x 18 23 x 2 12 16 x 3 10 x 18 24+ 32 + 64 + 126 46 + 12+ 48 ...;.. 180

246 286

Mg C Dlj !+ Na~ S 0 4 24 12 16 x 3 23 x 2 32 16 X " 24 + 12+ 48 46 + 32 + 64

84 142

10H 20 lO x 18

180 180

Dans une formule, l'indice désignant le nombre d'atomes d'une même substance contenus dans une molécule doit être multi­plié par le poids atomique. Si la formule est précédée du coefficient moléculaire, il con­vient alors de multiplier le poids molécu­laire par ce chiffre.

Le calcul une fois fait nous apprend quc 246 g (ou 24,6 ou 2,46) de cristaux de sul­fate de magnésium et 286 g (ou 28,6 ou 2,86) de cristaux de carbonate de sodium, donnent 84 g (ou 8,4 ou 0,84) de carbonate dc magnéslUffi.

On peut ainsi calculer la quantilé des éléments d'un composé en connaissant sa formule, ou reconstituer la formule d'un composé à partir de la quantité de ses élé­ments.

Si les découvertes de la chimie moderne ont de quoi nous émerveiller, il )' a lieu de penser que cette science nous réserve encore bien d'autres surprises.

Ainsi, la chimie permettra peut-être de résoudre le problème de l'alimentation, chaque jour plus crucial, dans un monde surpeuplé.

Après avoir réussi à utiliser l'azote de l'atmosphère en faisant la synthèse de l'ammoniaque, les chimistcs réussiront, sans douœ, un jour, à intensifier la production agri~le du monde entier grâce à de nouveaux engraIS.

Des insecticides plus efficaces, de nou­veaux produits chimiques, amélioreront le patrimoine zootechnique permettant une production plus importante de viande, de

164

L'AVENIR DE

lait, et d'œufs. Enfin, on parviendm, sans doute, à conserver indéfiniment, sans les congeler, les dj\"ers produits alimentaires et, ce, sous n'Ï.mlX'rtc quel climat.

Dans le domaine de la construction, on voit, depuis quelques années, les matériaux traditionnels, comme la pierre, le granit, le marbre ou le bois, remplacés peu à peu par l'acier, les alliages métalliques, les matières plastiques, etc. Les maisons furures seront plus résistantes qu'aucune autre.

Autrefois, les hommes employaicnt comme colorants certaines substances d'origine vé­gétale (l'indigo, l'oscille), ou d'origine ani­male (la pourpre, la sépia et la cochenille).

Par la suite, on a fabriqué artificiellement ces colorants naturels el beaucoup d'autres qui n'existaient pas dans la nature. L'avenir

•

LA CHIMIE

permettra, sans doute, de découvrir les substances nouvelles qui amélioreront la qualité et la résistance des couleurs.

Dans le domaine textile, les chimisles de l'avenir, grâce à des synthèses hardies, créeront de nouvelles fibres textiles avec lesquelles on réalisera des tissus qui seront frais l'été et chauds l'hiver, qui ne se sali­ront pas et dureront indéfiniment.

Les remèdes-miracles d'aujourd'hui ont triomphé de certaines maladies ronsidérées comme incurables il )' a peu de temps encore. Le recul de la maladie ira en s'accentuant dans les années à venir grâce aux recherches incessantes des laboratoires pharmacologiques.

Si les progrès accomplis depuis cinquante ans dans le domaine des communications se

poursuivent au même rythme, les voyages interplanétaires deviendront un phénomène courant.

Quoi qu'il en soit, il est certain que, dans l'avenir, la vitesse des moyens de transpon sera supersonique. Avions et fusé~ nécessi­teront des matériaux susceptibles de résister à des températures très élevées et des combustibles capables de fournir de grandes quantités d'énergie.

Par ailleurs, il est à prévoir que les physi­ciens et les chimistes. suivant des voies parallèles, découvriront de nouvelles mé­thodes pour utiliser "énergie atomique) les rayons cosmiques et. peut-être même, l'énergie solaire.

Ces sources nouvelles d'énergie transfor­meront le monde et les conditions de vic.

165

VOTRE ÉQUIPEMENT DE CHIMISTE

La plupart des expériences décrites dans ce livre peuvent être réalisées à l'aide de réci­pients ordinaires : verres, bouteilles, pots, boîtes de fer-blanc, capsules de pyrex, etc.

Cependant, un chImiste doit avoir li sa disposition un certain nombre d'instru­ments :

12 tubes à essai (ou éprouvenes) de 14 cm de hauteur et 14 mm de diamêtre;

1 pince de bois pour tubes; 1 petite boite pour les tubes; 1 brosse d'acier inoxydable ; 1 boîte mélallique avec amiante de 12 cm

sur 12 cm ; 1 vaporisateur à bouchon émeri; 1 mortier de 7 cm de diamètre et un pilon; 1 tube de verre de 6 mm de diametre;

4 petits agitateurs de verre j des béchers de 25, 50 et 100 cm3 ;

des entonnoirs de verre de 6, 9 et 12 cm de diamètre;

1 cylindre gradué de 5 cm 3 ;

1 plaque de verre carrée de 12 cm de dia­mètre;

du papier-filtre; 2 paquets de papier de tournesol bleu et

rouge; 1 m de tuyau de caoutchouc ; 2 bouchons de caoutchouc nO 0 avec un

trou; 1 bouchon de caoutchouc nO 5 avec un

trou; 3 bouchons de caoutchouc nO 5 avec

2 trous.

l

•

168

, LES COMPOSES CHIMIQUES

fOR.MULE

CM,COOH NI-I,CI NH,OH 101,80, CaCO, C.O CaSO, C,SO,lH,a CCI, CI/50, SH,O FeSQ, 7101,0 C. I-I .. O,

HC' 101,0 , F.

", M,SO, 7101,0 MnO, C,. H, C,H.COOC(C,H,OH), KA,I(50,), 12H,O K,Fe(CN) •. 3H,0

K' KNO, KMnO, C,H,OHCOOH

",NO. NIHeO, N3HSO • . H,O Na,CO, . 10H,0 Nael N,OH N.CIO .... 101,0 NaKC,H,O. "Ho0 N.,SIO. - 101, 0 Na.,B.O, 10H,0 Na..S,O •. 5H,O

C" H" O " S Z. ZnCl, + H,O ,

, DESIGNATIONS COURANTES

locWII u'a" •• CNonn .... ....... ..,.,..,. d· ....... ...

AdIM 1KIrIct-.

~ ,. CllldWftl.

OxJM·okhIlII s-...... akluM s. ... dl. c::IIcIPI TMndI!on,. .. ~ ............. ......... GI_ AcI_ dlklrbydrlq ... ,...., ..... hJ*o ...... Fer . .... et poDdr.. --Su .............. .. IIOXJM· ... ..... --...... _~ wr.c..,.... .... ............. r......,anUN ch potIIUtlllft, ...,. .. III Il ' .... ....... ,...... .. ............. ,..... Ad8 .. ,qU ...... ............... "Q--- ...... ,.. ...... dllOdhilM • c:ano... ch IOdium. ewon.,. ,. lOCH .... Hyet;;:._ "'11\. ...."... ... ïêMilim. T ......... .... Il( ,.. ,-1I1I1l. SiIIcMtl.1OIIM1fft\.. T.....,.... ...... Tltiaeullltll de sodfu • •

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fou,*- ....... cNIn. DNtu.rta. --. FourfttL prod dII-. .....d . --. --. PIIar.ct .. _ . ... -PounIIl. pf'Od dIIM . .... -. --DI .........

...."IeCI ..

...... u .. ... ..... ........... --Fournku,. 1JltI ..... Fountll..,. bld .....

169

Index alphabétique

acérale d'éthyle, 141 acides, 34, m, 72, 75, 104 acide acétique, 143 acide borique, 92, 93, 94 acide chlorhydrique, 63, 70 acide gras, 145 aciùe iodhydrique, 80 acide muriatique, 62 acide nitrique, 60, 70 acides organiques, 43, 129. 142, 143 acide salicylique, 143 acide silicique, 90 acide sulfhydrique, 83 acide sulfureux, 85 acide sulfurique, 70, 83, 87 acide tanique, 143 action capillaire, 36 l ir liquide, 58 albumine, 149, 150 alchimie, alchimistes, 19, 64 a\cools, 43, 129 alcool éthylique, 140, 141 alcool mëthylique, 141 Alexandrins, 19 aluminium, 106, 107 alumino-thermie, lOS alun, lOB, 109 amidon, 80, 136, 139 ammoniac, 58, 59, 60, 61 anhydride carbonique, 56, 57 anhydride nÎtreux nitrite, 58 anhydride silicique, 90 anhydride suJfuuux, a3, 85 appareil~ d'expérience, 26, 27 Arabes, 19 argent, 119, 120, 121 argile, 89, 107 Arisrote, 19 Arrhénius (Svante), 68 atome, 64, 65 A vogadru, 21 azotc, 58, 59, 60

bacténes, 58 Backcland, 158 balance analytique ou de prêc:islOn, 29 bases, 43, 71, 73, 75 bauxite, 106

Berthollet, 60 Bcrzélius (J.].), 64, 65 bombe à hydrogène, 52 boraca1cite, 93 borax , 93 boraxite, 93 bore, 93 Boyle (Robert), 20

calcaire, 101 calcium, 101, 103 Canizzaro, 21, 67 carbohydrJ.tes, 129 carbonates, lOS carbone, 36, 125, 126, 128, 129, 130, 131 (béine, 149, 151 catalyseur, 44, 59, 60 Cavendish (Henry), 53 cellulose, 136 chaleur, 36, 158 Charles (Joseph), 53 chaux, lOI chirrrie ag~e, 16 chimie analytique, 16 chimie appliquée, 16 cbinue biomatologiquc, 16 chimie commerciale, 17 chimie industrielle, 17 chimie minéralogique, 17 chimie organique, 17 chimie phannaœutique, 16 chimie physique, 16 chimie toxicologique, 17 Oaude (Georges), 60 chlore, 62, 63, 79 chloroforme, 141 chlorure d'ammoRlum, 61 coagulation, 154 colloïdes, 43, 153 combinaison, 160 comburant, 50 combustion, 36, 50, 57, lOB, 155, 158 conductibilité, 68 cracking, 135 cristallisaüon, 41, 69 cryolithe, 106 cuivre, 104, 117 Curic (Pierre el Marie), 12,39

l7l

172

Dalton (John), 21, 64, 65 Davy (Humphry), 21 , 101 décantation, 40 décoloration, 79 décomposition, 100 Démocrite, 18 deutérium, 53 désintégration, 39 détergent, 147 dissolvant, 44 distillation, 58, 59, 60, 102, 126

eau, 44, 45 eau de chaux, 57 eau dure, 46, 102, 103 eau minérale, 46 eau naturdle, 46 eau oxygénée, 50 cau potable, 46 effet Tyndall, 153 Egypte, Egyptiens, 19, 82 électrolyse, 45, 50, 53, 59, 106 électron, 65 éléments instables, 67 élixir de longue vie, 19 Empédocle, 18, 19 émulsion, 154 énergie, 36 éthers, 129 évaporation, 41 enmcteur, 56 enraction, 145

Faraday (Michel), 36 Fauser, 60 fer, 113, 114, 115 Fermi (Enrico), 39 feu (découverte du), 18 fibres textiles, 155, 156, 157 filtration, 40 flanune, 36 fonnules, 122, 123 fusion, 84, 145

gaz, 36 gaz inertes, 66 gélatine, 149, 152 glucose, 137, 140 glycérine, 140, 145 graisses, 144, 145 graisses animales, 144 graisses végétales, 144 Grèce, Grecs, 82, 117

Haber. 60 Hall (Charles-Martin), 106 Hébreux, 19, 82 Hindous, 19 hydracides, 53 hydrates de carbone, 136 hydrocarbures, 43, 129, 132, 133 hydrogène, 36, 45, 53, 54, 55, 58, 60

hydrogène sulfuré, 86 hydroxydes, 105, 109 hydroxyde de carbonate, 115 hydrures, 53

instruments de laboratoire, 22, 23 iode, 78, 79 iodoforme, 141 ions, 68

Joliot-Curie (Frédéric), 39

kaolin 89 Kekule (Friedrich August), 130, 131

lait, 151 Lavoisier (A. L.), 20, 48 Linde (machine dc), 58 liqwde, 36 lumi~re, 36 Lydiens, 19

magnésium, 104, 105 manganèse, 1 JO marbre, 57 masse atomique, 67 matières plastiques, 158, 159 matières thermoplastiques, 159 mélanges, 42, 43 M.endeleîeff (Dimitri), 67 mesures et systèmes de mesure, 29 métal1Ofdes, 43, 67 métaux, 43 métau::c alcalino·tcrrcux, 66 métaux alcalins, 66 métau::c lourds, 67 méthane, 134 modelage, 158 molécule, 65 Moseley (Henry), 67

naphtaline, 135 neutralisation 76 neutroo, 65 nitrate, 58, 60 nitrite, 60 nombre atomique, 67 non-méraux, 43, ft7

Œrsted (Hans Christian), 106 oxydation, 80 oxydes métalliques, 53 oxydo-réduction, 112 oxygène, 45, 48, 49, 50 ozone, 50

pechblende, 39 peptisation, 154 pennaoganate, III pesaoteur, 36 pétrole, 133, 134, 135 Phéniciens, 19

pholosynrhè!le, 138 pierre philosophaJe, 19 polymérisation, 113 potasse, 98 potassium, 98, 99 Priestley, 20, 48 protéines, 129, 149, 152 proton, 65 Proust, 65

radium, 21, 39 raffinage, 133 rayons, 39 rayonne, 156 respiration, 57 Romains, 67, 82 Rutherford, 39

saccharose, 137 salicylate de méthyle, 141 saS$olite, 93 savon, 146, 147 Scheele (Carl), 48 sels, 43, 75, 77, 96 sel cuivreux, 118 sel cuivrique, 118 sel de Cer, 115 sel ferreux, L14 sel ferrique, 115 siliœtes, 89, 91 silicium, 89 silicones, 89, 91

sodium, 96, 99 solide, 36 solubilisation, 108 solution, 40, 43, 68, 69 solution saturée, 69 sonde Frash, 83 soude, 109 soufre, 82, 84, 85 $tahl (G. E.), 20 substances thermo-înduranlcs, 156 substitution (séries de), 118 substitution simple, 160 substitution double, 160 sucre, 126, 136 sulCate de cuivre, 118 sulCures, 83 symboles, 64, 65 synthèse, 59, 60 systi'me périodique des éléments, 66, 67

lérébenthine, 135 terres rares, 67 théorie atomique, 64

uranium, 39

valences, 122, 123 verre, 88, 91 vinaigre, 143

Wohler (Friedrich), 17, 21

zinc, 105

113

6) 0

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Table des matières des illustrations

Pages

6 14-15 16 17 28 32 38 46-47 50 51 52 59 74 81 87 88 92 95 97

100 106-107 115 116 120 124 127 132 14B 157 163 167 170

Intérieur de laboratoire. Usine de phormaldéide. llléphérique. Expériences sur les substances radio-actives. Balance électrique. Détail d'un laboratoire. j\1.me Curie. Lac de barrage. Appareil permettant de respirer sous l'eau. Rampe de lancement. li!Plosion atomique. Usine d'ammoniac. Détail de laboratoire. Iode. ij,uilcrie. Travail du verre. J!Ülissement boracifërc. J:;:usée Terre-Lune. Marais salants. ~ère de marbre à Carrare. Métallurgie de l'aluminium (fours électriques). Tour EiffeL Câ.Qles à haute tension. Tournage d'un film. Perforatrice de mine. Qsine d'urée. In,yallation destinée à faire des recherches d'hydrocarbures . S~tance protéique. Opération de filage dans une usine textile moderne. ~ine dé fractionnement des gaz. baboratoire chimique. Détail de laboratoire.

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DépÔt légal 1: trimestre 1964 E.O.l. éditeur n' A 3013-4-64

Imprime en Italie Officine: Grafiche A. Mondadori - Verona