LIQUÉFACTION DES GAZ LIQUÉFACTION ET SOLIDIFICATION DES GAZ
L’étude de la liquéfaction des gaz, la connaissance de la possibilité de convertir un gaz donné en an liquide, est intéressante an point de rué théorique comme au point de vue pratique. Connaître la puissance «le» ressorte moléculaires formés par les molécules gazeuses qui s'opposent aux action» do compressibilité, mesurer le tra\ail total nécessaire pour produire la liquéfaction, c'est déterminer la valeur mécanique d’un gaz ; c’est obtenir un chiffre qni a la même valeur que le coefficient d’élasticité d'un corps solide. La mesure de co* éléments est malheureusement très -difficile dans la plupart dos cas, et les quelques expériences que l’on possède sont en général trop imparfaites, quant à la précision des observations , pour qu’on en déduise les conséquences théoriques importantes qu'on en pourrait retirer.
Appoint de vue pratique, lo changement d’état des gaz a surtout fourni le moyen de produire des froids très-intenses, comme nous le verrons en expliquant le moyen d’appliquer ces froids à la liqnétaction d’autres gaz. Nul doute que d'antre» intéressantes application» ne se rencontrent quelque joar, la réduction d’un gàz h l’état liquide ou solide pouvant être considérée comme un eiumngasinoment do travail, facilement utilisable, sous un faible volume.
Procédé mécanifjnt, — L’emploi de pompes de compression pour liquéfier les pa2 , comme pour les réduire à un moindre Volume sans causer do ■ changement d’état, est le procédé qui vient le premier à l'esprit ; son application présente, toutefois, beaucoup de difficultés quand les pressions s’élèvent, la quantité de gaz qui demeure dans les espaces nuisibles devenant suffisante pour • empêcher le jeu des sou papes. On remédie h cette difficulté, dans les expérience» de phyquo , en employant le mercure comme intermédiaire pour la compression, et le refoulant au lieu do gaz.
Nous donnons ici la disposition employée par M. Pouillet (fig 3039).
11 renferme dans un tube cylindrique le gaz ù comprimer, et dans un antre, voisin, l’nir destiné à donner la mesure île lu pression. I.u lots de ces tubes est assemblé à vis, dans une caisse pleine do mercure, cotnmu- »
niquant avec uno autre caisse pleine du même liquide, dans lequel so trouve un pistou plongeur. La partie supériearo do »
ce piston est une 1 ;BΓ
vis qui passe dans » »
la partie supérieure f \
de la caisse, taillée / \
en écrou; do la fJ ri
sorte, i! est facile n
de faire descendre u JJ \ T
le plongeur, et do | il
'produire à la main ,
des prenions très- ’ rl"'^ 'm' ,r"
considérables. 3639.
Voici les résul- ,.
tats obtenus parce savant.
La compression, poussée jusqu'à 1 00 atmosphère*, n’a eu aucun effet sur l’oxygène, l'hydrogène,- l'azote
LIQUEFACTION DES GAZ.
le bioxyde d’azoto et l'oxyde do carbone. Ils »c sont comprimés à pou près comme l'air atmosphérique. Les gux hydrogène protocarboné et bicarboné ne se sont pas liquéfiés non plus ; ils sont sensiblement plus compressibles que l'acide carbonique. Nous verrons plu* loin que M. Faraday est parvenu à liquéfier le second par le froid. *■ Q
2-' L'acide carbonique s’est liquifié à 45 fltmo- -plières, In température étant de 10”; le protoxyde d’azote s’eit liquifié à 43 atmosphères, la température étant de I lu;l’nmmoniaque s’est liquidée sous une pression de 5 atmosphères à 40*, et le gaz sulfureux à 8“ sons uno pression de 25 Atmosphères. Ces gnz sont notablement plus compressibles que l'air dès que leur volume est réduit :ui tiers ou au quart, et cet effet va en croissant à mesure qu’on se rapproche du point de liquéfaction. -
Calcul du travail. — On peut se demander de calculer le travail' nécessaire pour produire la liquéfaction d’un gaz, et ce calcul serait assez, simple si sa compression suivait la loi de Mariotte. Nous le donnerons ici ainsi fuit, comme approximation assez grande pour le moins.
Soit P la pression d’nn gnz en un instant quelconque. V son volume, le travail qui sera nécessaire depui» la pression atmosphérique P„ et le volume V0 jusqu’à la pression 1*, et au volume V, , correspondant nu point où les force* élastiques sont annulées, où la liquéfaction commence , sera donné , en admettant comme approximation très- grande la loi do 31nriotte,
jmr rintégraJe^*^T-Pdc, dans laquelle On peut remplacer P la pression en chaque instant, qni correspond
ii l’accroissement élémentaire de volume dr pendant lequel elle peut être considérée comme constante (ce qni donne la différentielle Pdc du travail) par la* valeur
p— bAî, d’oiip. v. A =P.,v„i.o-.!,yP.£*
pour le travail. \.-J
A ce travail il faut ajouter :
4® Celui nécessaire pour achever la liquéfaction du gaz, qui reste toujours ù lu pression P, ]*ndant qu'il continue de se transformer en liquide. Le volume du • liquide produit étant très-petit par rapport à celui du | gaz, ce travnil sera très-voisin de P, V, sP,V«. i Plus exactement on devrait remplacer V,, 1) étant la densité du liquide formé, d celui du gaz qui commence
ùrc liquéfier, par V, (I — -), — étant, en général,
petit, mais pas toujours négligeable. Le travail total de la liquéfaction de 4 litre de gaz sera donc donné pur
la formule I03.H) X (I 4-Log. byp. ^Î-J.a partir
de ls* pression atmosphérique jusqu’au point de liquéfaction.
2* Le travail de compression du gaz dfl à la pr<fcsion atmosphérique*, déjà eflectué avant toute autre comprcbsioii, qui correspond U la consommation d oué quantité do travail intérieur, nécessaire pour le soulèvement de la colonne atmosphérique, par exemple, à une quantité de chaleur équivalente lorsque la gazéification se produit par réchauffement à l’aide d’ùnc quantité égaie à U chaleur latente, communiquée au liquide. C’c travail est égal j>our 4 lit. h 40,33 ktlôg. mèt. qui devra être ajouté aux nombres trouvés eu appliquant la formule ci-dessus. • 1
Voici les chiffre» trouvée par un semblable calcul pour un litre de» principaux gnz dont le point de liquéfaction est connu.
UQ^iiFACTIQK DEb GAZ.
Gu owftnt
Acide carbonique
Protoxyde d'azote
ACidc chlorhydrique ....
Gaz giihliydrique. . . . .. .
Hydrogène ar#cniqué. . . .
Ammoniaque
Acide MiUurcnx . e . .. *.
Noua donnons pju* loin les chiffres déterminés expérimentalement dos valeur» ou jp correspoudnntanx
points do liquéfaction des divers gax qui ont servi n obtenir les nombres ci -dessus.
Km.
CompretMi'ii cl refro(di*scment par procédé chimique — On doit n M. F'araday un procédé de liquéfaction du pmz, différent de celui entièrement mécanique décrit pin» haut.
Il consiste à renfermer dans un tubo de verre épais, fermé h la lampe, de* substances qui, par leurs réaction» chimique* dégagent abondamment le gaz su? lequel on veut expérimenten C’cnt le. gaz qui se çomprime lui- mémo ù mesure qu'il se dégage, et Ton peut aisément produire ainsi des pressions de 40 à 50 atmosphères (sauf les cas ou la. réaction chimique s'arrête sou» une pression moindre ; ainsi on sait que le dégagement do Fhydrogène^préparë par lé Zinc et l'acide sulfurique s'arrête sous une pression de 25 n 30 atmosphères). I)o plus, qn peut refroidir l'extrémité du tulm en In plongeant dans un mélange réfrigérant.»
M. Faraday u obtenu ainsi, 'dons une première «éric d'expériences déjà anciennes, les chiffres suivants, qui ne peuvent être considérés que comme de premières approximation*.
Tableau d* liquéfaction du fjaz T>np*ralnr*
Tentions tint li<|utilca
Gu hquSSti.
én
dcjjrc* rentier.
en
alœo.pbérei.
Acide sul fnreux. . .
Chlore
Ammoniaque. . . .
Idem
Hydrogène sulfuré .
Idem. . . . V .
Ando muriatique. .
Idem
bien!
Acide carbonique.
Idem
Oxyde nitreux . ."A-
J don. -. . , .» . "Ai
Le, procédé Faraday frappa vivement un Ingénieux inventeur, M. Thiluncr, qui avait, sans grands résul t*U pratiques, presque épuisé les combinaisons posai ble» des pompes de compression. Disposer l'appareil de manière à pouvoir agir sur des quantités do gaz ui. pou considérables et accumuler le liquide obtenu par dos opérations successives, tel est le but qu'il s’était proposé d’atteindre. Les résultats obtenu* ont dépassÿ tonte» ses espérance», et, appliqué à l’acide carbonique, son appareil fournit si facilement do grandes quantitéd’acide liquide et même solicfè, qu’on peut aujourd’hui considérer ce puissant agent comme acquis pour de nouveaux progrès de la science et de l'industrie.
J'emprunterai la description de son appareil et de la manière de conduire l’expérience h l’ excellent Traits dt chimie de M. Régnault.
L’appareil se compose de deux parties :
1° lAigrnq-ataur, dart» lequel du produit l'acide cor bonique liquide ;
fcKJUKFACTlON DES GAZ.
2* Le rm>iffll, dan* lequel on fait passer l’acide corboniquc pur voie do d^tdlat.on, do manière h )è séparer des autres produit* de lu réaction, et dons lequel on accumule ainsi les produits de plusieurs opé rations successives.
L'acide carbonique liquido s’obtient en décomposant le bicarbonate de soudé par l’acido sulfurique dans le génértitenr, qui' est Un vase hermétiquement fcroij*. Les première» partics.d’acidocarboniquc dégagées prennent J’état gazeux, ma;s bientôt la pression devient u*»**z considérable pour que l’acide carbonique 6e 11-
régénérateur de Thilorlcr consistait en un cylindre de fonte de fer très-épais. Mais la fonte est un métal dangereux à employer pour le» pièces qui onf besoin d’une graqde résistance : un accident terrible, produit par l’explosion d'nn do ce» cylindre», eu a fait proscrira l’emploi..
Le générateur, tel qu’on le construit actuellement, est ane cbnadicra cylindrique en plomb (fig. 26 10), re-
couverte de çnivre rouge et ronforcén par des cercles et pur de» barres de fer forge. La capacité de cette chaudière est do 6 h 7 litre». Le cylindre de cuivre qui enveloppe le vase en plomb lui est exactement appliqué dans toute* oes parties. Les deux fonds «ont renforcé» par dos plaque» de 1er reliée» entre elles par dos barres do ce métal.
Lo générateur o»t suspendu entre les deux pointes a un support en fonte.
\a construction du récipient est semblable à cello du générateur.
L'ouverture du générateur A e«t fermée par un bouchon k vis, peroé suivant son axe et muni d’un robinet r. On manuMiYre ce bouchon h l’ahlc d'un double manche. Un anneau do plomb se trouve comprimé dan» une double gorge qui existe sur le générateur et sur lu Itouchon, et rend la fermeture hermétique.
Lo récipient B porte de même uno ouverture sur son arôte supérieure ; on engage dans cotto ouverture un tnbe de cuivre qui descend presque jusqu'au fond du récipient, et qui porte au dehors un robinet r’.
On p< ut établit la coii,nii»mo.itn.:i entre le récipient et le générateur au moyen d’un tube de enivre $t qui 99 fixe h l'aide de deux brides et d’un joint (fa minium Kbus les tubulures *Æt x.
Pour faire une préparation d'acide carbonique liquide, on enlève le bouchon et l'on introduit dans la générateur 1800 grammes do bicarbonate do sond»,
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