IV 3 A

+ aO-

Of, la quantité A est très petite, et tant que k ne sera pas excessivenient petit, cette différence sera très faible. Si donc les bulles sont assez Dombreuses et assez grosses, rébullilion se produit à uDe température qu'on peut confondre avec celle pour laquelle F =p; mais les bulles les plus petites ne se dégageront qu'à une température plus élevée ou sous une pression plus faible et leur instabilité donnera à l'ébullition, conformément aux faits observés, un caractère explosif.

761, Expériences diverses. — L'influence de la pression sur le point d'ébullition se vérifie par diverses expériences.

Êbullition dans le vide. — Par exemple, de l'eau liède, ou même s la température ordinaire, placée sous la cloche d'une machine pneumatique, se met h bouillir quand on fait le vide.

Expérience de Franklin. — On fait bouillir de l'eau dans un ballon k long col (lig. 529); après avoir ainsi cbassé l'air qu'il contenait, on en ferme l'oritice & l'aide d'un bouchon, en même temps qu'on le

retire du feu; puis on le place, renversé, sur un support, en ayant soin de faire plonger dans un vase plein d'eau l'extrémité du col. On refroidit alors le fond du ballon en le mouillant avec de l'eau froide; l'ébullition recommence aussitôt, d'autant plus vivo qu'on refroidit davantage : en effet, en refroidissant les parois du ballon, on provoque la condensation de la vapeur qui le remplit, et l^idiminulion de pression qui en résulte détermine de nouveau l'ébullition; mais il importe de remarquer que, si l'eau se refroidissait aussi vile que la vapeur, il n'y aurait pas d'ébullition : il y aurait équilibre de température entre les divers points du ballon, et, par suite, équilibre de pression.

SECOND CHANGEMENT d'ÉTAT 685

Marmite de Papin. — On peut aussi chauffer de l'eau bien au-dessus de lOO* sans la faire bouillir, si, en empêchant la vapeur de se dégager, on la laisse exercer une pression considérable à la surface du liquide. La mai^mite ou digesteur de Papin (jBg. 530) est une sorte de chaudière disposée spécialement pour porter Teau à de hautes températures. Elle se compose d'un vase de bronze à parois épaisse s fermé à sa partie supérieure par un couvercle maintenu à Taid e d'une vis de pression. Un levier auquel est fixé un poids appuie sur une soupape qui ne s'ouvre d'elle-même que quand la pression atteint une valeur inquiétante pour la sécurité de l'opérateur. Si Ton relève ce levier, l'eau surchauffée entre subitement en ébuUition et la vapeur sort avec une extrême violence; mais, en même temps, sa détente brusque produit un abaissement de température tel qu'on peut impunément plonger la main dans le jet qui sort pourtant d'un vase chauffé à 150 ou 180 degrés.

" ÉbuUition à diverses altitudes. — La température moyenne d'ébullition de l'eau en un lieu déterminé dépend de la pression atmosphérique moyenne en ce lieu :

A Briançon, la pression moyenne est 645"™ et la temp. d'ébul. de Teau 9do,5 A Quito, » 527 » 90 ,1

A la métairie d'Antisana (Andes), 454 » 86 ,3

A Paris, où la pression atmosphérique peut osciller entre 715™" et 780"°* environ, la température d'ébuUition de l'eau peut varier de 98^1 à 100^8.

Hypsomètre, — Il résulte de ce qui précède qu'un thermomètre, avec lequel on déterminera la température d'ébuUition de l'eau, peut remplacer un baromètre pour la détermination de la pression et, par suite, pour la mesure des hauteurs. Quand il est disposé en vue de ce dernier usage, l'appareil prend le nom d'hypsomètre : il se compose d'une petite chaudière où l'on peut porter de l'èau à l'ébullition à l'aide d'une lampe à alcool; la vapeur circule autour d'un thermomètre très sensible dont la tige ne comprend qu'un très petit nombre de degrés, mais porte â sa partie inférieure un réservoir intermédiaire qui permet de déterminer le zéro.

Quand on a, avec cet appareil, déterminé la température d'ébuUition de l'eau, on cherche, dans tes tables qui résument les expériences de Regnault sur la tension de la vapeur d'eau, la tension maxima correspondante. Mais cet instrument sera toujours moins sensible

qu'un baromètre : il est en effet difficile de répondre de la tempéra-

ture d'ébuUition à moins de jtjtv de degré, ce qui correspond à une

approximation de j de miUimètre environ pour la hauteur baromé-

trique correspondante ; un bon baromètre permet, au contraire, de mesurer la pression à ^tv de millimètre près.

762. DéCennlBaClon du point d'éballltlon. — De ce qui précède, il résulte que le terme de température d'ébullition n'a de signification précise que si Ton suppose Tébullition régulière et s'effectuant en un très grand nombre de points à la fois de la masse liquide. D'autre part la pression ambiante doit être soigneusement déterminée et Tébullition observée dans le voisinage de la surface libre, seule partie du liquide où règne cette pression. M. Raoult, pour assurer la présence dans le liquide d'un nombre suffisant de bulles gazeuses, entoure le réservoir du thermomètre d'une hélice en fil de palladium hydrogéné à la surface duquel l'hydrogène se dégage peu à peu. On peut aussi soustraire le thermomètre aux effets de surchauffe provenant soit d'une insuffisance des bulles d'air, soit des excès de pression au fond du liquide en le plaçant non dans le liquide, mais dans la vapeur qui s'en dégage; on doit, dans ce cas, le préserver de l'action refroidissante des parois du vase en entourant celles-ci d'une seconde enveloppe dans laquelle circule aussi la vapeur. C'est ainsi qu'on procède pour déterminer le point 100 d'un thermomètre (652).

763. Éballition des mélangées liquides. — Quand les liquides mêlés ne se dissolvent pas, la température d'ébullition peut être inférieure à celle du plus volatil. En effet, une bulle qui se forme à la surface de séparation des liquides se sature des vapeurs des deux substances; ces liquides n'exerçant aucune action l'un sur l'autre, conservent les tensions de vapeur qui leur sont propres, et la somme de ces tensions fera équilibre à la pression extérieure à une température nécessairement inférieure à celle où le plus volatil pourrail faire seul équilibre à cette pression.

Quand deux liquides se dissolvent, ils exercent une action réciproque sur leurs tensions de vaporisation ; le point d'ébullition du mélange est, en général, intermédiaire entre ceux des deux liquides et dépend de leurs proportions respectives. Dans le produit de la distillation, la proportion du liquide le plus volatil est plus grande que dans le mélange primitif; c'est sur ce fait que repose la méthode des distillations fractionnées à laquelle les chimistes ont recours pour séparer des liquides inégalement volatils.

764. Caiéfaetion. — Une goutte d'eau, projetée sur une plaque métallique fortement chauffée, y roule en conservant une forme globulaire, et disparaît peu à peu sans faire entendre le sifflement ni produire l'abondant dégagement de vapeurs qui accompagnerait le contact d'un corps moins fortement chauffé.

SECOND CHANGEMENT D ETAT 687

Pour observer commodément le phénomène, on chauffe, à Taide ■d'un brûleur ou d'une lampe à alcool, une lame de platine bien plane sur laquelle on laisse tomber de Teau goutte à goutte à l'aide d'une pipette; pour empêcher cette eau de rouler sur la lame, on y plonge l'extrémité d'un fil métallique qui est mouillé par le liquide et le maintient en place; on obtient ainsi un globule aplati à bords ondulés qui tournoie sur lui-même en s'évaporant lentement. On dit <[ue le liquide a pris Vétat sphéroidal ou qu'il est entré en caléfaction.

Tougples liquides peuvent se prêter à cette expérience et la lame métallique peut être remplacée par tout autre corps suffisamment <;haud, même par un liquide ; mais la température de ce corps doit être d'autant plus élevée que la température d'ébuUition du liquide, -qui doit prendre l'état sphéroïdal, l'est elle-même; l'éther entre en •caléfaction au contact d'un corps à 61**, l'alcool à 134% l'eau à 171<*.

765. L'observation de ce phénomène donne lieu à deux remarques importantes :

1® Le liquide en caléfaction ne touche pas la paroi chaude.

En eflFet, on peut voir la flamme d'une bougie entre le liquide et la plaque métallique.

Un courant électrique ne passe pas entre le liquide et la plaque; si on laisse celle-ci se refroidir, il arrive un moment où il y a contact, le liquide se vaporise brusquement et en même temps le courant passe, comme on peut s'en assurer à l'aide d'une sonnerie électrique placée dans le circuit, par exemple.

Un liquide en caléfaction ne passe pas au travers d'une toile métallique ou d'un vase percé de trous.

Des liquides attaquant le vase à froid ne l'attaquent pas à chaud; par exemple, une capsule d'argent ou^e cuivre portée à l'incandescence n'est pas attaquée par l'acide azotique.

Enfin, on peut impunément passer la main humide dans un jet de fonte en fusion, ce qui prouve que le métal est maintenu à distance par la vapeur d'eau brusquement dégagée de la main.

2** La température du liquide en caléfaction est toujours inférieure à son point d'ébuUition.

Ainsi, dans des globules d'eau de plus d'une livre, obtenus par M. Berger, un thermomètre marquait 96** ou 98** au fond, 90° à la surface; l'alcool et l'éther ont donné lieu à des observations semblables.

Ce fait a permis à Faraday de congeler du mercure dans un mélange d'acide carbonique solide et d'éther maintenu à l'état sphéroïdal dans un creuset de platine chauffé au rouge. On peut encore faire prendre facilement l'état sphéroïdal à du chlorure de méthyle

dans une capsule de platine ou d'argent fortement chauffée; ce liquide reste à — 23*», et si on y projette de Teau, elle se congèle immédiatement.

On se rend compte, d'ailleurs, de la température relativement basse du globule et de la lenteur de son évaporation, quand on se rappelle qu'il ne touche pas le métal incandescent et qu'il ne reçoit de la chaleur que par voie de rayonnement ou de conductibilité gazeuse.

766. Froid produit par la vaporisatioD, — La constance de la température d'un liquide qui bout prouve, comme nous l'avons déjà remarqué (758), que la vaporisation absorbe de la chaleur : la chaleur fournie à chaque instant parle foyer est employée uniquement à produire le changement d'état, sans variation de température.

Si cette absorption de chaleur n'est plus exactement compensée, comme dans le cas précédent, par l'apport d'un foyer, elle se fait aux dépens du liquide non vaporisé et des corps environnants, dont la température s'abaisse : si, par exemple, on entoure d'un peu de coton le réservoir d'un thermomètre, qu'on verse sur ce coton de l'éther et qu'on agite pour activer l'évaporation, on voit le thermomètre descendre, même en plein été, au-dessous de 0°. On obtient un résultat semblable en faisant passer au travers d'un liquide très volatil un rapide courant d'air qui accélère la vaporisation : avec l'anhydride sulfureux liquide ainsi refroidi, on peut facilement congeler le mercure; avec le chlorur«f de méthyle, qui bout à — 23^ un courant d'air donne aisément — 60** et un courant d'hydrogène préalablement refroidi permet d'atteindre — 100°.

767. Supposons un liquide à une température déterminée enfermé dans un récipient dont nous supposerons d'abord les parois imperméables à la chaleur. Si, en cKminuant la pression, on l'abaisse audessous de la tension maxima correspondant à la température du liquide, celui-ci se met à bouillir ou, tout au moins, à se vaporiser rapidement. Mais, en bouillant, le liquide se refroidit, la tension maxima diminue et descend à la valeur de la pression ambiante, il y a de nouveau équilibre et la vaporisation cesse. Si on diminue de nouveau la pression en enlevant les vapeurs formées, les mêmes phénomènes se reproduisent et il n'y aurait, dans l'hypothèse où nous nous sommes placés, d'autre limite à la température qu'il serait possible d'atteindre, que la température où la tension de vapeur deviendrait insensible. Le refroidissement ainsi produit est analogue à celui que détermine une augmentation de pression sur de la glace fondante (738).

En réalité, les parois laissant passer la chaleur cédée au liquide par les corps environnants, la température cesse de s'abaisser quand

SECOND CHANGEMENT D ETAT 689

la chaleur ainsi reçue correspond à la quantité de vapeur qu'enlève ia machine pneumatique, et le degré de froid obtenu est égal au point d'ébullition sous la pression que l'on peut maintenir : il est d'autant plus bas que l'on prend plus de précautions pour isoler le liquide du milieu ambiant et pour enlever rapidement les vapeurs formées.

La production de froid par les gaz liquéfiés est fondée sur ce principe : si, après avoir liquéfié un gaz sous une forte pression, on ouvre peu & peu le récipient qui le contient, il se met k bouillir et

sa température descend rapidement au point d'ébullition pondant & la pression atmosphérique :

L'anhydride sulfureux se refroidit ai

nsi jusqu'à

L'anhydride carbonique

Le protoxviie d'aiote

L'éthjrlène

Le formène

L'oxygène

L'azote

d'après Bussy,

Faraday,

— ISO

M. Olszewski.

Ea produisant rébuUition à basse pression, on produit des températures plus basses encore :

Avec l'anhydride sulfureux > l'anhydride carbonique mélangé d'éther >* l'éthylëne » l'oxygène •• l'azote

Divers procédés de fabrication de la glace sont fondés sur le froid produit par Tébullition d'un liquide volatil ; tels sont ceux de M. Tellier (chlorure de méthyle), de M. Pictet (anhydride sulfureux), et de M. F. Carré (gaz ammoniac liquéfié).

768. Si la température du liquide qui se vaporise s'abaisse jusqu'au point de fusion, Tabsorption de chaleur que continue de produire la vaporisation détermine la congélation du reste du liquide. L'expérience a été réalisée pour la première fois sur l'eau par Leslie : quelques gouttes d'eau, placées sur un morceau de liège enfumé qui empêche la conductibilité, sont vaporisées dans le vide de la machine pneumatique ; de l'acide sulfurique placé dans le récipient absorbe les vapeurs et permet de maintenir un vide qu'on n'obtiendrait pas avec la machine seule ; l'eau, dans ces conditions, se congèle au bout de quelques instants.

La machine de M, F, Carré pour la fabrication de la glace réalise en grand cette expérience. Une machine pneumatique MTP (fig. 531), dont nous avons décrit ailleurs (544) le corps de pompe, permet

de faire le vide dans une carafe contenant de l'eau; S est un vase en plomb antimonié contenant de l'acide sulfurique concentré et dans lequel un agitateur est mis en mouvement à l'aide de la tige auxiliaire b. L'une des extrémités de ce vase S communique par le tube C avec la base inférieure du corps de pompe, et l'autre extrémité, par le tube C, avec le récipient où l'on veut faire le vide sec. L'eau de la carafe entre en ébullition après quelques coups de piston, et se congèle tout en bouillant.

Le cryophore de Wollaston est encore un appareil intéressant par les principes sur lesquels il repose. Deux boules A et B (fig. 532), communiquant entre elles par un tube recourbé, contiennent un peu d'eau qu'on a fait bouillir, avant de fermer l'appareil, pour en chasser

Fig. 53?.

SECOND CHANOEMENT d'ÉTAT 691

Tair complètement. L'eau étant rassemblée en A, on entoure B d'uu mélange réfrigérant. Le liquide distille aussitôt de A en B (754) et sa vaporisatiom en A détermine bieptôt sa congélation.

L'évaporation dans, le vide produit la solidification de quelquesuns des liquides volatils dont nous avons parlé plus haut (767) ,; c'est ainsi que le gaz ammoniac liquéfié se solidifie à — 75"*, Toxyde de carbone à — 211**, Tazote à — 214^.