POINT CRITIQUE

Quand on élève de plus en plus la température d'une vapeur saturée, son volume spécifique u' va en diminuant Le volume spécifique u du liquide varie très peu, mais en général augmente. Il en résulte que u' — u va en diminuant. Pour une température suffisamment élevée m' — w = o. Cette température est celle du poini critique.

Expériences de Cagniard de La Tour. — Les phénomènes relatifs au point critique ont été observés pour la première fois par Cagniard de La Tour en 1822. Il enfermait en C le liquide qu'il étudiait, te tube recourbé AB dont la partie inférieure contenait du mercure fonctionnait comme manomètre k air comprimé. En portant C h des températures croissantes, il arrivait un moment où la surface de séparation du liquide et de la vapeur disparaissait complètement. De légères variations de température an voisinage de ce point de vaporisation totale faisaient réapparaître ou disparaître la surface de séparation.

Expériences de M. Wolf, — Ces expériences ont été reprises depuis par Drion et par H. Wolf. La grosse branche de l'appareil de Cagniard de La Tour contenait un mélange d'air et de vapeur ; dans les appareils de H. Wolf qui sont beaucoup

lî

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plus simples, ce dérautaéléévilé. On emploie des tubes en verre . résistant & moitié remplis du liquide à étudier; un lube capillaire plonge au centre du liquide. Le tube extérieur est scellé pendant que le liquide est en ébullilion, de façon qu'il soit exactement rempli de vapeur. Si on élève progressivement la température d'un tel tube, l'ascension capillaire diminue peu k peu, en même temps que la convexité du ménisque ; à la température du point critique, le liquide est sur le même plan à l'intérieur et à l'extérieur du tube capillaire. Ces phénomènes peuvent être facilement montrés dans les cours avec des tubes renfermant de l'acide carbonique liquide.

Hodiflcation de la méthode de H. Wolf pour les pressions Àlevèes- — La méthode de M.Drion et de H. Wolf permet de déterminer avec une assez grande exactitude les points critiques des vapeurs que l'on peut observer dans des tubes de verre & la température de leur point critique.

Lorsque la force élastique maxima de la vapeur est trop forte et dépasse la limite de résistance du verre, on a recours & un artifice. On prend des tubes métalliques munis d'un couteau (comme les couteaux de balance) disposé de façon que le tube placé comme un Héau de balance se maintienne horizontalement lorsqu'il est rempli d'un fluide homogène. On introduit le liquide, on Ferme le tube et on le porte à des températures croissantes ; tant qu'il y a un mélange de liquide et de vapeur le fléau penche d'un côté ; aussitôt que le point critique est atteint, on observe l'horizontalité du fléau.

Remarque. — Le point critique est une température où la chaleur latente de vaporisation du liquide est nulle. Par l'expé-

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rience, on peut se rendre compte qu'elle est au moins très faible, car il suffit d'une très petite variation de chaleur pour faire disparaître ou réapparaître le liquide. Il est facile de montrer par la théorie que L est nulle. En effet, on a

Or, au point critique m' — m =r 0; par conséquent L = o.

Phénomènes capillaires au voisinage du point critique. — A la température critique , u — m = o ; donc les volumes spécifiques u et u' du liquide et de sa vapeur sont (es mêmes ; le poids spécifîque du liquide est égal au poids spécifique de la vapeur. Toutefois il ne suffit pas que cette condition soit satisfaite pour que la surface de séparation disparaisse ; en effet, deux fluides peuvent avoir môme densité sans se mélanger, et sans former un tout homogène. Par exemple Plateau a composé des mélanges d'eau et d'alcool qui ont exactement même densité que Thuile ; une goutte d'hiâle reste en équilibre au milieu de ces mélanges sans s*y dissoudre. Si on agite, on obtiendra une émulsioii et non un mélange transparent. Pour qu'on obtienne un mélange transparent, il faut que la constante capillaire de la surface de contact soit nulle, c'est-à-dire que cette surface n'ait plus, de propriétés capillaires.

Lorsqu'un liquide s'élève dans un tube, l'ascension est proportionnelle à une certaine constante A (constante capillaire) ; si on élève la température, la hauteur de liquide soulevé diminue et devient nulle à la température du point critique. A ce moment on a une surface plane ; le niveau est le même dans le tube capillaire et à l'extérieur ; si on dépasse un peu le

point critique, toute surface de séparation disparait. Il en résulte que la constante capillaire A tend vers zéro en même temps que u — u. On peut affirmer de plus que A est infini*' ment petit d'ordre supérieur ku — u, ou en d'autres termes

que le rapport -7 est infiniment petit. En effet, si A conserve une valeur finie, le liquide s'élève dans le tube capillaire. Si on donne à A une valeur constante, la hauteur d'ascension devient infinie quand m' — u tend vers o, car Tascension capillaire est due à une action qui s'exerce entre le solide et est fonction de Tinfiuence de la pesanteur. Le poids apparent du liquide soulevé varie dans le même sens que ti' — u ; pour m' — w = o, ce poids apparent est nul. Donc si A conservait une valeur finie même très petite, la hauteur deviendrait infinie pour u — « = ; c'est un résultat contraire à l'expérience. Donc A tend vers o plus rapidement que m' — u.

Détermination des points critiques. — La déterminatioh de la température critique présente quelquefois de grandes difficultés. Les expériences d'Andrews ont donné pour point critique de l'acide carbonique liquide la température de 31^ ; on connaît aussi le point critique de Téther depuis les expériences de Cagniard de La Tour.

Le point critique de l'eau, 880^ environ, obtenu par extrapolation de la formule empirique de Regnault relative à la chaleur latente de vaporisation L est purement théorique. (On écrit que L = o.) D'après les expériences de Cagniard de La Tour, ce point critique serait un peu inférieur à la température de fusion du zinc (410^); mais la pression critique n*a pu être déterminée. On peut seulement conclure des expériences

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de Cagniard de La Tour, que le volume de la vapeur est alors égal à 4 fois le volume initial de Teau.

. D'après des expériences récentes de M. 0. Strauss, le point critique de Veau serait 370*^ ; la pression critique obtenue par une méthode détournée serait égale à 195 atmosphères (i).

Remarque. — Dans les expériences, on a certainement trouvé une température correspondant à la vaporisation totale dans un volume donné, mais on ne peut affirmer que Ton ait obtenu le point critique. En effet, pour que Ton soit au point critique, il faut que le volume occupé par la vapeur soit égal au volume primitif du liquide. Dans les expériences citées plus haut, le volume de Teau étant 1, celui de la vapeur 4, le volume total est 5; doncu =5ti. Or à la température critique il faut que « = u'.

(1) . Strauss. — /. de Phys, ; 2* série, t. II, p. 583.

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