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Par exemple, en supposant p = 300, p' = 1 et ^ = 0, on trouve

Liquéfaction de Voxygène, — M. Cailletet le premier, en détendant brusquement dans l'appareil décrit au numéro 785 de Toxygène refroidi à — 29° et comprimé à 300 atmosphères, vit le gàz se condenser sous forme d'un brouillard bien net» mais ne persistant qu'un instant.

A la même époque, M. Pictet fit une expérience analogue sur une quantité de gaz considérable. L'oxygène, préparé par la décomposition au rouge du chlorate de potassium dans une sorte d'obus en fer forgé à parois très résistantes, est comprimé dans un tube métallique entouré d'anhydride carbonique liquide dont on abaisse la température en le vaporisant rapidement dans le vide; l'anhydride carbonique vaporisé est condensé de nouveau, à l'aide de pompes de compression, dans un tube entouré d'anhydride sulfureux liquide, et peut ainsi servir dans une expérience de longue durée. L'oxygène ayant été ainsi comprimé à 471 atmosphères et à une température évaluée à — 130^, le tube qui le renfermait fut ouvert : il en sortit un jet liquide d'un blanc éclatantet d'une durée de quelques secondes. Le gaz, dans ces conditions, se comportait à peu près comme l'anhydride carbonique qu'on extrait d'un appareil de Thilorier, mais la matière condensée se vaporisait de nouveau immédiatement.

En i882, M. Cailletet, répétant sa première expérience à la température die — 103* obtenue par l'éthylène bouillant sous la pression atmosphérique, vit, dans le tube capillaire de son appareil, une ébullition de quelques instants succéder à la détente, avec projection de gouttes liquides contre les parois du tube.

Enfin, en 1883, MM. Wroblewski et Olszewski, en évaporant l'éthylène liquide dans le vide, obtinrent une température assez basse ( — 136^ environ) pour liquéfier l'oxygène sous uue pression de 22 atmosphères.

L'oxygène, une fois rasseinblé sous forme d'un liquide parfaitement caractérisé et limité par un ménisque bien net, on a pu

Tabandonner sous la pression atmosphérique et même le vaporiser dans le vide. Un thermomètre à hydrogène marque, d'après M. Olszev^ski, — 181° dans l'oxygène bouillant sous la pression atmosphérique et — 198° sous une pression de 6 millimètres. La courbe des tensions maxima (fig. 541) est de tout point analogue à la courbe des vapeurs ordinaires.

Liquéfaction de V azote. — La condensation de Tazote a été observée par M. Cailletet en 1877 dans les mêmes conditions que celle de Foxygène.

C'est un gaz plus difficilement liquéfiable que Toxygène, car un froid de — 136° sous une pression de 150 atmosphères est incapable de le liquéfier. Mais si, après l'avoir placé dans ces conditions, on le détend jusqu'à 50 atmosphères, il se condense en un liquide limité par un ménisque bien caractérisé. Ce liquide, obtenu et étudié par M. Wroblewski et par M. Olszewski, bout sous la pression atmosphérique à — 193°. En l'évaporant dans le vide, on le solidifie à — 214° sous une pression de 60 millimètres de mercure, et on peut encore abaisser sa température à — 225» sous une pression de 4 millimètres.

Le formène et le bioxyde d'azote, qui ont donné lieu à des observations des mêmes physiciens, sont tous deux plus facilement liquéfiables que l'oxygène. L'oxyde de carbone se place, comme l'air atmosphérique, entre l'oxygène et l'azote.

Liquéfaction de Vhydrogène, — En appliquant la détente à ce gaz, M. Cailletet observa un brouillard analogue à celui que donnaient les autres gaz, mais plus difficilement perceptible et plus fugitif que ceux de l'oxygène et de l'azote.

Depuis, toutes les tentatives qu'on a faites pour obtenir l'hydrogène pur sous forme d'un liquide stable limité par un ménisque bien caractérisé, sont encore restées infructueuses. M. Olszewski, en comprimant à 160 atmosphères de l'hydrogène refroidi dans de l'azote bouillant dans le vide, puis le détendant à 40 atmosphères, a vu seulement, pendant un instant, quelques gouttes liquides couler le long des parois du tube où se faisait l'expérience ; mais en répétant cette expérience avec le mélange de 2 volumes d'hydrogène et 1 d'oxygène produit par la décomposition de l'eau, il a obtenu un liquide incolore bouillant rapidement après la détente.

789. Expérienees de Cagiiiard La Toor. — Après les expériences de Faraday, on avait vainement essayé de liquéfier par la pression seule les gaz qu'il n'avait pu condenser : Natterer avait soumis sans résultat l'oxygène à une pression de 1354 atmosphères, l'hydrogène à une pression de 2790 atmosphères. Cet insuccès se trouve, expliqué par des expériences plus anciennes, publiées en 1822 par Cagniard La Tour.

SECOND CHANGEMENT d'ÉTAT 713

Supposons qu'on renferme de Téther dans un tube de verre résistant scellé ensuite à la lampe et qu'on le chauffe à des températures 'bien supérieures à la température d'ébullition du liquide sous la pression atmosphérique ; à mesure que la température s'élève, le liquide semble devenir plus mobile, la forme concave que les forces capillaires donnent à la surface s'atténue peu à peu, la différence d'aspect que présentent les deux parties du tube, par suite de la réfraclioa inégale de la lumière dans le liquide et dans sa vapeur^ disparait graduellement; enfin, vers 200®, la ligne de démarcation devient invisible, et tout le tube semble rempli d'un fluide uniforme. Si on abaisse un peu la température, des stries mobiles apparaissent dans la masse, et, tout d'un coup, la surface du liquide reparaît. La température à laquelle le phénomène se produit s'appelle température de vaporisation totale.

Le même phénomène s'observe avec l'alcool vers 250**, avec le sulfure de carbone vers 280», avec le chlorure de carbone vers 300®.

Des observations analogues ont été faites par Drion sur l'éther chlorhydrique et sur l'anhydride sulfureux .

Mais elles se font surtout facilement sur l'anhydride carbonique liquide enfermé dans un petit tube de verre k parois résistantes : il suffit de le chauffer avec la main à 32® environ pour voir la surface libre disparaître. Si on le refroidit alors légèrement, des stries ondoyantes se produisent dans tout le tube, puis le ménisque reparaît brusquement. Le tube doit être, pour cette observation, à moitié rempli de liquide. S'il n'en renfermait qu'une petite quantité^ on verrait le liquide disparaître peu à peu par vaporisation. Si le tube est presque entièrement rempli, on voit, dès qu'on chauffe, le niveau s'élever rapidement, ce qui prouve la dilatation remarquable des liquides surchauffés (614); puis l'espace occupé par la vapeur disparaît et le liquide remplit le tube complètement. Un tube qui serait ainsi plein d'eau à la température ordinaire, et qu'on chaufferait tant soit peu, se briserait immédiatement, parce que l'eau froide est très peu compressible et qu'il faut une résistance énorme pour s'opposer à sa dilatation par la chaleur ; le tube qui contient l'anhydride carbonique se comporte différemment et ne se brise pas;^^ donc les liquides surchauffés sont, non seulement beaucoup plu& dilatables, mais encore beaucoup plus compressibles qu'à des températures inférieures à leur point normal d'ébullition.

790. Expériences d'Andrews. — En étudiant la compressibilité du gaz carbonique à diverses températures, Andrews a complété le& notions fournies par les expériences précédentes. A basse température et sous de faibles pressions, le gaz suit à peu près la loi de Mariotte, de sorte que la ligne représentant ses états successifs, à

l'aide du volume et de la pression comme coordonnées, est à peu près une branche d'hyperbole AB (fig. 549). Sous une certaine pression, la liquéfaction commence et, à partir de ce moment, la pression reste constante et égale à la tension maxima de vapeur, jusqu'à ce que le récipient où l'acide est enfermé soit entièrement plein de liquide, ce qui donne la ligne ^

droite BC; quand tout est liqué- ,5

fié, la pression augmente très k

rapidement si l'on continue de diminuer le volume. La ligne de transformation se compose donc de deux branches courbes AB et CD relatives, la première à l'état gazeux, la seconde à l'état

rig. 549.

liquide, et d'une portion de droite relative à un état semi-liquide, semi-gazeux.

A une température plus élevée, le volume est toujours plus grand sous la même pression et la ligne de transformation A'B'G'D' est tout entière au-dessus de la première. Le point B' analogue de B est plus rapproché de l'axe des pressions, car le volume d'un poids déterminé de vapeur saturante diminue quand la température s'élève, et le point G analogue de C est plus éloigné, car la dilatation par la chaleur d'un volume déterminé de liquide l'emporte sur l'effet d'une pression constamment égale à la tension maxima de la vapeur. La diminution de volume BG, B'C pendant la liquéfaction est donc de moins en moins grande.

Enfin, k 31**,!, on ne remarque plus de liquéfaction, mais, sous une certaine pression, une très grande compressibilité qui se manifeste, sur la ligne de transformation a^S, qui ne présente plus de partie droite, par un point d'inflexion p très accentué où la tangente est horizontale; quand, à cette température, on diminue brusquement la pression, on voit des apparences de stries mobiles ondoyant dans la masse fluide.

SECOND CHANGEMENT D ETAT

Au-dessus de 31^,1» la chute de volume s'atténue de plus en plus et le point d'inflexion de la courbe disparaît peu à peu; k 48°, 1» la courbe a la même apparence q^ue celle de Tair atmosphérique.

Toute transformation, représentée par une ligne tout entière extérieure à la région occupée par les droites BG, B'C, se fera sans changement d'état apparent. Par exemple, si un tube est complètement rempli d'anhydride carbonique liquide à 0**, qu'on le chauffe au-dessus de di"",!, puis qu'on diminue peu à peu la pression sans changement de température, on aura finalement de l'anhydride carbonique dans un état gazeux bien caractérisé, sans qu'aucun phénomène apparent ait pu avertir l'observateur du changement d'état.

791. TcmpératHre critique. — Il résulte de ce qui précède qu'il semble y avoir pour chaque corps une température à laquelle la liquéfaction devient impossible et au-dessus de laquelle le corps ne peut exister qu'à l'état gazeux; on lui a donné le nom de point critique^ et la pression sous laquelle se produit la vaporisation totale a été appelée pression antique. Le point critique est placé très bas pour certains gaz tels que l'oxygène ou l'hydrogène, très haut pour d'autres corps tels que l'eau. Ainsi s'expliquent les efforts infructueux tentés par Faraday et Natterer pour liquéfier l'air à des températures qui n'étaient point suffisamment basses.

Le tableau suivant donne les points critiques et les pressions critiques de quelques corps.

Point

Pression

critique

critique

Eau

d'après MM. Cailletet et Colàrdeau

Alcool

Ramsay et Young

Éther

Battelli

Anhydride sulfureux

Cailletet et Mathias

Protoxyde d'azote

Villard

Anhydride carbonique

Andrews

Hydrogène silicié

Ogier

Formène

Olszewski

Oxygène

Wroblewski

Oxyde de carbone

Azote

792. Remarque. — Les états d'un corps, représentés par les portions BC, B'C des lignes de transformation, constituent une sorte de discontinuité dans son passage de Tétat gazeux à Tétat liquide. On s'est demandé s'il ne serait pas possible d'observer entre ces deux états et à toute température une transformation pendant laquelle le corps resterait homogène, et qui serait représentée par une ligne telle que BEFG raccordant les deux branches de courbe AB et CD.

L'état correspondant à. la portion FG de cette ligne devrait avoir

de Tanalogie avec Tétai liquide proprement dit et serait Tétat d'un liquide stable, k une température déterminée, sous une pression inférieure à la tension maxima de sa vapeur. Or, quand on renverse sur une cuvette à mercure un tube barométrique bien purgé d*air, il arrive souvent que le mercure adhère à la partie supérieure du tube et reste soulevé à une hauteur d'un mètre ; la pression du mercure au haut du tube est alors inférieure à la tension maxima de la vapeur et correspond, par conséquent, à la branche de courbe FC.

Pour observer un état correspondant à la biMinche BË, il faudrait pouvoir comprimer une vapeur, sans la liquéfier, à une pression supérieure k sa tension maxima. Bien que quelques physiciens aient fait quelques observations dans ce sens, Texistence d'un pareil état n*est pas encore démontrée avec certitude.

Enfin, un état correspondant à la branche EF ne pourrait être observé, car le volume y diminuerait en même temps que la pression et Téquilibre serait instable.