EXPÉRIENCES DE REONAULT, DE M. ANDREWS ET DE M. GAILLETET
^ A un degré d'exactitude plus grand, et en tenant compte de ■• véritable loi de compressibilité des gaz composant un mélange, *^*ine quand elle s'écarterait notablement de la loi de Mariette, P^^t-on admettre encore que la force élastique totale du mélange
soit dgale à la somme des forces élastiques qu'aurait chaque gaz s'il occupait seul tout l'espace ?
Quelques expériences de Regnault sur un mélange d'air el d'acide carbonique, dont la force élastique totale a varié jusqu'à deux atmosphères, ont montré que, pour les pressions ordinaires, il eo était ainsi. Mais M. Andrews et M. Cailletet ont trouvé que, pour dos pressions très élevées, chaque mélange gazeux avait une loi de compressibilité propre qui ne pouvait être exactement déduite de la connaissance de la loi de compressibilité de chacun des^ composants.
Quand un gaz est en présence d'un liquide, on peut constatt^ que celui-ci dissout une certaine quantité du gaz. On le voit ^« faisant bouillir le liquide, le gaz dissous se sépare alors sousfoni^ do bulles qu'on peut recueillir et analyser. L'emploi de la trompa de SpriMigi*l, que nous décrirons plus loin, permet aussi, en feisa*'^ le vide au-dessus du liquide, li'en extraire les gaz el de it recueillir.
Ijh quantité du gaz dissous dans un liquide a une limite dépend non seulement des circonstances physiques (pressior*^ tempérât urt»), mais encort* de la nature du gaz el de celle \lu 1 mquide.
4. LOIS DE SOLmUTÉ D£S 6AX. — Désignons par rie vdume qu'a ::i^'rail à 0* el pour h force èhsiique dugÊi qui surmonte le liqaii la dissv^lutîou èlaul achevée, la masse de ce gaz dissoute dans %vlume V de ce liquide.
On ap(H>llo coefdcient de sohtbiiitè c du gaz dans le liquide . r
L'expérience prouve que le coefficient de solubilité est à très
peu près indt'pcndaal de la force élastique du gaz, au moins pour
W gaz peu solubles : c'est en cela que consiste la première loi de
solubilité. Ce coefficient dépend de la température à laquelle se
^uve le liquide, et, à de très rares exceptions près, diminue
^uand la températm'e s'élève. Pour les gaz qui ne contractent
pas de combinaison chimique avec le liquide, il devient nul, en
général, avant la température d'ébullition de celui-ci sous la
pression atmosphérique.
Soil h la force élastique que posséderait le gaz dissous s'il occupait îjcul le volume V du dissolvant ; soit v le volume qu'aurait la ûieine masse de gaz pour la force élastique finale H de ce gaz dans ' aiiiios])hùre qui suimonle le liquide ; la loi de Mariette fournit la '^lation :
V/i = vH
d'oii;
Le coefficient de solubilité peut donc encore se définir comme
^ '^^ppari qui existe entre la force élastique qu* aurait la masse
^gaz c/j^ soute, si elle occupait seule le volume du dissolvant^ à
• force* éliàstique du gaz qui surmonte le liquide quand la disse-
'"^'on if. Ht achevée.
ooii a \^ densité de ce gaz à O» et pour l'unité de force élas- '<l"e, ahi ('.tant sa densité pour la force élastique H, la masse
" ^'^^ «lissous est donnée par :
^•^' V ^ aUv
^^ ^-^>iiiine on a, d'après (i) :
V ^ cV
il viont :
(4) p = acHV
C\»sl-à-(liro (juo, n une même température, c étant indëpen- (laut (lo la force élastique H, la masse p du gaz dissous est proportionnelle H la force élastique du gaz qui surmonte le liqaUe cjuand la dissolution est achevée.
La loi précédente est applicable, soit quand le gaz considéré existe seul au-dessus du liquide, soit quand il est mélangé i d*autres gaz. Dans ce dernier cas, chacun des gaz du mélangese dissout comme s il était seul. C'est une deuxième loi expérimentale fiturnio par Tétude de la solubilité des gaz {}).
^1^ Pour bien (hîra ooinpivndre cette loi, calculons les proportions d'oix^
ircno t'I d'a/olo dissous par Teau exposée à Tair.
Si H e:^t Kl force élastique totale de Pair, la force élastique de roxjfkB^
il 79
dans cv mélange est égale à -— - H, et celle de r azote à -— H. Les
ciont5 do solutnUte de l'uiote et de l'oxygèno à 0* sont respectÎTement 0,C et 0.iUI. So.i V le \olume de Teau; le Tolume qu'aurait l'azote dissous po^
la forc# elaHiîque -—• H serait 0,ifâO\ ; et, par conséquent, son
(vur uuo jutfv' foron élastique H|, est donné par :
l.' \sdïu,* ^::'jiuritl Toxy^lu; disàoas pv-«r la force élastique --rr H
r>Mi i\vUlV, ec ^\&r v\>as^>^ji^c:. son Tv>luGie f. pocr la aliiie force II. nV :t<» ,i#ï\ < V ; <ie«4«s^ «î i,'Ct= f Y^t :
tît, -- vV.VàtV N ^ H
i .**i vv»^- ... r'v*^>''^ '«-^ --•* x,«:iji*i ie« 5«tx çn iissotts, supposés ei« «-V . .'4j «. uo;iu-vciL ^ j:«3c . ^ 7C5^:Hf«»u 3»t TifMjt foc«« e-^HFtique H« :
Un liquide qui a dissous un gaz en laisse échapper une partie dans une atmosphère où ce gaz possède une force élastique moindre que celle sous laquelle la dissolution s*est effectuée ; il n'en garde, après un certain temps, que la quantité correspondant à la nouvelle force élastique du gaz qui existe au-dessus de lui. G*est ainsi que Teau de Seltz (dissolution d*acide carbonique dans Teau sous 3 ou 4 atmosphères de pression), exposée à Tair libre, finit par perdre presque tout Tacide carbonique qu'elle renferme.
Quand on fait le vide au-dessus d'une dissolution d'un gaz, celui-ci s'échappe du liquide.
5. MÉTHODE DE BUNSEN POUR DÉTERMINER LE COEFFICIENT DE SOLUBILITÉ D'UN GAZ. —On introduit dans une éprouvette, placée sur le mercure, une certaine masse du gaz étudié . On mesure sa force élastique H, puis son volume et sa température, d'où l'on déduit le volume V du gaz à 0*. On y ajoute ensuite un volume Vj du liquide dans lequel on veut faire dissoudre le gaz. Quand la dissolution est achevée, ce dont on juge à ce que lé volume gazeux ne varie plus, on détermine le nouveau volume W à 0* du gaz restant, ainsi que sa force élastique H'.
Désignons par c le coefficient de solubilité du gaz ; d'après sa déflnition, la masse de gaz dissoute occuperait un volume cV| à 0*8i olie possédait la force élastique H'. En ajoutant cette masse de gcLz dissoute à la masse de gaz restant au-dessus du liquide
Si l*oa veut avoir la composition de ce mélange en 100", il n'y a qu*à poser:
La résolution des deux équations précédentes donne
^ ^ ^i eoaforme à ranalyse de Tair extrait de Teau.
LIVHE m. — CHAPITRE V
i|uaud la dissulutiou esL termiuéc, les deux masses réunies occit-
peraient à 0° le volume V + cV„ pour la force élastique H'; el
comme on aurait aJusi II
masse ^zeuse primilive, Il
loi de Mariette fournil la kU-
HV = H'(V' + eV>
Cette égalité fait couuaî' Irec.
Pour réaliser commodément l'expérience, M. Bunseo se sert de l'appareil représenté figure 117. L'éproovette graduée peut être fermée à sa partie inférieure pu* une pièce P. Pour cela, Iff haut de cette pièce fono^ l'écrou d'une vis (juc possède la partie inférieure de l'éprou— vetlc ; en tournant celle-c « dans le sens convenable, ors ap|)uie avec force son orifk^ contre une plaque de caout — cliouc que porte la pit-ce P - On commence pnr introduira le gnz, l'éprouvetle étii»* pincée sur uno cuve à mercure; jiuis ou ferme celle-O cl on la transporte dans 1^ manchon de verre représenté sur la ligure. Après avoirmi^ (lu mercure au fond, el <!«* l'eau par-dessus, on déboucbe l'éprouvetle pour faire communi({ner le mercure qu'elle reufcruiu avec celui du mauchon. On note alors le volume ocrup^
par le gaz, amené à la température connue de Teau qui l'entoure, ainsi que sa force élastique. Pour avoir celle-ci, on mesure la hauteur barométrique, la hauteur du mercure de Téprouvette au-dessus du mercure du manchon et enfin la hauteur de la colonne d'eau qu'il contient. Après avoir fermé de nouveau l'éprouvette, on la Iransporle sur la cuve à mercure et Ton y introduit une certaine <|uantilé de liquide, dont on mesure immédiatement le volume. Xorsqu'on a replacé Téprouvette fermée dans le manchon', on lisse le couvercle A de celui-ci, ce qui maintient l'éprouvette în place, et Ton agite vivement l'appareil pour favoriser la dissoluion du gaz. De temps en temps on débouche Torifice de l'éprouvette )ur permettre au mercure de monter par suite de la raréfaction laquelle la dissolution du gaz a donné lieu ; quand le merc€sse de s'élever dans l'éprouvette, on procède à la mesure « la température, du volume du gaz restant et de sa force ^^Jastique.
Faisons remarquer, qu'il faudra retrancher de la force élastiletotalede l'atmosphère qui surmonte le liquide dans l'éprouvette, force élastique maximum de la vapeur de ce liquide pour avoir force élastique H' propre au gaz lui-même, puisque ce gaz est
saturé de la vapeur du liquide.
On a ainsi tous les éléments nécessaires au calcul de c.
I. RÉSULTATS. — Les expériences faites sur la solubilité dfes prouvent que jusqu'à trois atmosphères (on n'a guère été plus ), le coefficient de solubilité est à peu près indépendant de la i ^l'^ïssion, pour les gaz peusolubles. Mais, pour les gaz aussi solu- ^ blés que l'acide carbonique et surtout que l'acide sulfureux ou ^k ^Ammoniaque vis-à-vis de l'eau, il n'en est plus ainsi : le coeffli- ^B tient de solubilité augmente avec la pression. ^^È Quant aux gaz qui contractent des combinaisons avec l'eau, ^ft tomme les acides chlorhydrique, bromhydrique, iodhydrique, > ^eiir loi de solubilité s'écarte complètement de celles des autres
t*2: la force élastique influe très peu sur la masse de gaz ^ule.
U cœfBcient de solubilité diminue généralement quand la iQDpérature s'élève ; ainsi le coefficient de solubilité de l'ammo- ^ue dans l'eau est d'après M. Bunsen :
