A20TE

de manière à peser, à la fois, Foxygènc qui s'est fixé sur la substance absorbante, et l'azote qui reste libre.

met<

On dispose Texpérience de la manière suivante (fig. 175), qui pérît d'atteindre à une arande exactitude :

dans toute sa longueur. On adapte aux deux extrémités de ce tube, à l'aide de caoutchouc, les tubes à robinet r et r'.

L'extrémité a du tube est mise en communication avec un ballon V de 20 litres environ de capacité, portant un robinet u\ et Textrémité h communique avec une série d'appareils A, B, C.

L'appareil A, représenté plus en grand dans la figure 176, a pour but d'absorber l'acide carbonique de l'air. Cet appareil, dit appareil à houles de Liebig, du nom de l'habile chimiste qui a imaginé cette disposition ingénieuse, consiste en trois boules b, c, dy disposées sur un même axe, et deux boules a, Cy placées sur un plan supérieur, et communiquant avec les premières par des tubes étroits. On introduit dans l'appareil une dissolution concentrée de potasse, de manière à remplir entrèrement les trois boules inférieures. Si, alors, on aspire l'air lentement par le tube gf, l'air extérieur pénètre en /*, et traverse la dissolution de potasse, en passant sucessivement de la boule h dans la boule c, et de celle-ci dans la boule d; enfin, pour se rendre dans la boule tf, il lui reste encore à traverser une nouvelle colonne de dissolution de potasse. Le gaz se-

Fig. 176.

AIR ATMOSPHERIQUE. 143

journe donc beaucoup plus longtemps au contact de la potasse qu'il ne le ferait s'il traversait une colonne liquide, rectiligne et non interrompue, et par suite il se trouvera dans des conditions plus favorables à l'absorption de l'acide carbonique.

Le tube B (fig. 175) est rempli de fragments de pierre ponce imbibée d'une dissolution concentrée de potasse caustique; il est destiné à absorber les dernières parties de gaz acide carbonique qui auraient pu échapper à l'appareil A.

Enfin, le tubeC, rempli de fragments de pierre ponce imbibée d'acide sulfurique concentré, a pour but de dessécher complètement l'air.

Cela posé, on fait le vide aussi complètement que possible dans le lube ab, et on ferme les deux robinets r et f. On pèse ce tube vide d'air, on lui trouve un poids ^. On fait de même le vide, aussi complètement que possible, dans le ballon V; on le pèse : soit P son poids.

On ajuste alors l'appareil et l'on chauffe au rouge le tube ab. On ouvre ensuite le robinet f; lair extérieur pénètre dans le tube ab après avoir traversé la suite des tubes A» B, C qui le dépouillent de son acide carbonique et de sa vapeur d'eau ; cet air abandonne son oxygène au cuivre métallique chauffé et l'azote reste seul. On ouvre alors le robinet u du ballon, et très-peu le robinet r, de façon que le gaz pénètre très-lentement dans le ballon V. On jugé, au reste, facilement de la marche de l'aspiration, par les bulies qui traversent l'appareil à boules A ; il faut que les bulles de gaz passent lentement et une à une. Lorsque le passage des bulles devient plus lent, ce qui arrive nécessairement à mesure que la différence entre la force élastique du gaz dans le ballon et celle de l'air extérieur diminue, on ouvre davantage le robinet r. A la fin de l'opération, on l'ouvre complètement. Aussitôt que l'aspiration s'arrête, on ferme les trois robinets f^r, w, on enlève les charbons et on démonte l'appareil.

On pèse le ballon V, soit P' son poids ; P' — P est évidemment le poids du gaz azote qui est entré dans le ballon.

On pèse de même le tube ab, soit / son poids, p' — p sera le poids de l'oxygène qui s'est fixé sur le cuivre métalUque, augmenté de la quantité de gaz azote qui se trouve dans/ ce tube. Cette dernière quantité se détermine facilement en faisant de nouveau le vide dans le tube, et déterminant son poids p'^; p' — p" est alors le poids de l'azote que l'on a retiré avec la machine pneumatique, et p" — p le poids de l'oxygène qui s'est fixé sur le cuivre métallique. Nous trouvons donc, comme résultat final, un poids d'azote

(F -P) + {/>'-;/) et un poids d'oxygène v" "P

formant un poids d'air atmosphérique sec et dépouillé de son acide carbonique représenté par

Il sera par conséquent facile de déternjiner, par une proportion, les poids d'oxygèna et d'azote qui entrent dans 100 parties en poids d'air atmosphériqu3 ; et, comme on connaît les densités de l'oxygène et de l'azote, on peut également en déduire la composition de l'air en volume.

§ 97. La pesée du ballon V exige quelques précautions particulières, si Ton veut obtenir des résultats parfaitement exacts. Cette pesée se fait nécessairement dans l'air; or, on sait qu'un corps plongé dans un fluide perd de son poids une partie égale au poids du fluide qu'il déplace. Le volume de l'air déplacé par le ballon est le même dans les deux pssées ; si donc l'air présentait la même densité au moment des deux pesées, la différence P' — P ne serait pas aff*ectée par celte circonstance, et donnerait exactement le poids de l'azote qui est entré dans le ballon. Mais, si l'air a éprouvé un changement dans l'intervalle des deux pesées, par suite des variations de température ou de pression barométrique, le poids de l'air déplacé dans les deux pesées ne sera pas le même, et la différence P' -- P ne représentera plus exactement le poids de Tazote qui est entré dans le ballon. 11 est difficile de calculer convenablement la correction qu'on doit apporter à la valeur trouvée deP' — P, mais on peut opérer de manière à se mettre à l'abri de cette cause d'erreur.

Les barilons de verre, et en général tous les appareils volumineux, doivent être pesés, en les accrochant, à l'aide d'une tige métallique, à un crochet fixé sous les plateaux de la balance (fig. 177). Au lieu d'équilibrer le ballon accroché sous l'un des plateaux, au moyen de poids ordinaires placés sur le second pi »teau, on l'équilibre à l'aide d'un second ballon hermétiquement fermé, ei présentant exactement le même volume extérieur que le premier. On accroche ce second ballon sous l'autre plateau de la balance, de façon qu'il flotte dans la même couche d'air que le premier. Les deux ballons déplaçant le même volume d'air, il est clair que toutes les variations qui surviennent dans l'air les affeclent exactement de la même manière, et que la différence de poids P' — P, trouvée entre les deux pesées, sera indépendante de ces variations.

Il nous reste à indiquer comment on parvient à disposer deux ballons qui déplacent exactement le même volume d'air.

Pour cela, on commence par déterminer rigoureusement le volume de l'air déplacé par le ballon A, qui doit servir à l'expérience.

AlU ATMOSPllEUlQlt.

A cet ellet, on remplit complètement ce ballon dVau, et on le pèse plongé dans de Teau ayant exactement la même téïnpérâture que celle qui le remplit. Le poids apparent du ballon plein d'eau est assez peu considérable pour qu'il puisse être déterminé en rattachant sous un des plateaux. On retire le ballon de Teau, et on le pèse de nouveau, mais dans Tair, après l'avoir essuyé à l'extérieur.

^>^//>>>>x^^>>A>^>>>.^.>>>./w>>>>>.>>y..>.v>>^>>.>>.^j^j^>>^jj^^^^^Jija^

Kig. 177.

On se sert, pour cette seconde pesée, d'une forte balance commune, sufûsante pour cet objet, car elle permet de déterminer son poids à un gramme près. La différence entre les deux pesées donne évidemment le poids de Teau déplaoïe par le volume extérieur du ballon.

On choisit un second ballon B ayant à peu près la même capacité que le ballon A, on détermine le poids de l'eau que déplace son volume extérieur, en opérant comme pour le premier. Supposons que le volume extérieur de ce second ballon soit un peu plus petit que celui du premier qui est garni de sa monture à robinet; nous adapterons sur le col du ballon B, avec du mastic ordinaire à la résine, une monture métallique composée d'un manchon en laiton terminé par un crochet destiné à attacher le balloi;i sous le plateau de la

balance. SuppQSons que le poids de Teau déplacée par cette monture, ajouté au poids que nous avons trouvé précédemment pour Teau déplacée par le volume extérieur du ballon B, soit encore plus faible de n grammes que le poids de Teau déplacée par le ballon A, il suffira d'accrocher au ballon B un petit tube de verre, fermé aux deux bouts, qui déplace précisément n centimètres cubes d*eau. Quelques tâtonnements suffisent pour obtenir un tube qui satisfasse à cette condition.

Si le ballon B est, avec sa monture, beaucoup plus léger que le ballon A, on y introduit, avant de le fermer hermétiquement, une certaine quantité de mercure, de façon qu'il suffise de l'addition d'un faible poids pour qu'il fasse équillibre au ballon A. La figure 177 représente les deux ballons accrochés sous les plateaux d'une balance de Fortin. 11 est bon que la balance soit portée sur une armoire en bois mince qui préserve les ballons des coui;^nts d'air. On est plus sûr ainsi qu'ils nagent tous deux dans des couches d'air ayant la même température, et qu'ils ne sont pas influencés d'une manière inégale par la présence de l'expérimentateur. On peut d'ailleurs observer les oscillations de la balance de loin avec une lunette.

§ 98. L'analyse de l'air atmosphérique peut se faire également avec beaucoup d'exactitude au moyen de l'eudiomètre.

Qn introduit dans l'eudiomètre, dont les parois humides ont été seulement essuyées, un certain volume V d'air atmosphérique : la température est f, la pression barométrique H, et la force élastique de la vapeur à saturation est /'à la température t. Le volume de l'air sec serait donc à 0', et sous la pression de 0^,760,

On introduit alors un volume de gaz hydrogène, un peu moindre que celui de l'air, et on mesure de nouveau le volume V du gaz ; la température et la pression n'auront pas changé sensiblement dans l'intenalle des deux mesures, et on obtiendra, en général, les mêmes valeurs de t, de H et de f. Mais supposons, pour plus de généralité, que ces quantités soient devenues l'y H', f; le volume du mélange gazeux sec serait, à 0°, et sous la pression normale de 0™,760,

V'o — Vo sera donc le volume de l'hydrogène sec dans les conditions normales.

Oïl fait passer rélincelle électrique ; Uoxygène de Tair brûle un volume double du sien de gaz hydrogène, et le produit de la combustion se condense à Tétat d'eau liquide, dont le volume est négligeable par rapport au volume des gaz qui lui ont donné naissance. Lorsque reudiomètre s'est mis en équilibre de température avec Tair ambiant, on mesure le volume des gaz restants. Supposons que ce volume soit V", la pression barométrique H", la température t"y et que f soit la force élastique de la vapeur à saturation qui correspond à la température i" : le volume du mélange gazeux sec sera, à 0% et sous la pression de 0",760,

V'o — V"o est donc le volume des gaz hydrogène et oxygène secs, dans les conditions normales, qui se sont combinés.

^^^^-' sera leNoIume d'oxygène,

2^^-^^^"* sera le volume d'hydrogène. ,

Nous concluons de là qu'un volume V© d'air atmosphérique renferme un volume ^'~^^ d'oxygène et un volume Vq — ^ *-^^'' d'azote.

L'analyse eudiométrique de l'air atmosphérique donne des résul? tats très-précis, lorsque cette analyse est faite avec les soins convenables. Mais, lorsqu'on désire obtenir une très-grande exactitude, il est convenable d'employer l'eudiomètre d'une construction particulière, que nous avons indiqué page 117, et que nous décrirons dans la quatrième partie de ce cours, lorsque nous traiterons de l'analyse des composés et des mélanges gazeux.

On a reconnu par un grand nombre d'analyses que l'air atmosphérique renferme moyennement en volume

Oxygène *.. . 20,05

Azofe. 70,01

ou en poids

Oxygène.. ;.....: 25,13 Azote ; . . ; . . 76,8^

L'air t*ecueilli dafns des localités tfès-éloignées et à différentes haU^ teurs dans l'atmosphète n'a- présenté que des variations presque insen^btes dans sa composition.

Il est très-facile de recueillir fin petit volume d'air dans les localités où Ton veut cx)nnaître sa composition; il suffit de préparer quelques tubes de verre effilés aux deux bouts, et de la contenance de 30 à 40 centimètres cubes. On soufïle dans ces tubes avec un soufflet Tair qu'on veut analyser, et Ton ferme ensuite les pointes effilées à la flamme d'une lampe à alcool ou d'une bougie, en prenant des précautions pour que les gaz de la combustion ne puissent pénétrer dans le tube. L'air renfermé dans ces tubes se conserve indéfiniment sans altération, et peut être analysé au laboratoire par les procédés eudiométriques.

§ 99. La grande constance que l'on remarque dans la composition de l'air a porté quelques chimistes à regarder l'air atmosphérique, non pas comme un mélange des deux gaz oxygène et azote, mais comme une véritable combinaison chimique de ces deux gaz. Nous allons exposer les principales raisons qui montrent que cette opinion est erronée, et que les gaz oxygène et azote sont simplement mélangés dans l'air atmosphérique.

L'expérience a montré que deux gaz se combinent toujours suivant des rapports simples en volumes. Or le rapport shnple qui s'approche le plus de la composition que les analyses directes donnent pour l'air atmosphérique est le suivant :

I d'oxygène ou oxygène 20,00

I d'azote.., azote 80,00

Ces nombres s'éloignent beaucoup trop des résultats de l'analyse pour qu'il soit possible d'attribuer la différence aux erreurs de l'expérience; d'autant plus que les analyses de l'air, faites par les méthodes les plus variées, ont toujours conduit au même résultat.

Lorsque deux gaz se combinent, la combinaison a toujours lieu avec dégagement de chaleur ; or il n'y a pas de changement de température appréciable lorsqu'on mélange les ^az azote et oxygène ; et, si Ton mêle ces deux gaz dans des proportions qui constituent l'air, on obtient un mélange gazeux qui est identique, sous tous les rapports, avec le gaz de notre atmosphère.

Mais la preuve la plus convaincante que l'air est un simple mélange d'oxygène et d'azote nous est fournie par la manière dont Tair atmosphérique se comporte avec l'eau. Nous avons vu (§81) que l'eau qui a séjourné longtemps au contact de Fair renferme toujours une certaine quantité de gaz en dissolution, et nous avons décrit le procédé par lequel on peut séparer et reçue* Ilir ce gaz. Si l'air atmosphérique est un composé de gaz azote el oxygène, les gaz dissous

AIR ATMOSPHERIQUE. 149

dans Peau doivent présenter la même œmposition que Tair atmosphérique, c'est-à-dire renfermer

Oxygène 20,9

Azote 79,1

100,0 Si, au contraire, Tair n'est qu'un simple mélange des deux gaz, comme Foxygène et l'azote n'ont pas la même solubilité, la composition des gaz dissous doit être différente de celle de l'air atmosphérique, et on peut même la calculer d'après la règle que nous avons indiquée (§81).

Admettons, pour plus de simplicité, que l'air soit formé de | d'oxygène et de I d'azote, les fractions de solubilité étant i» pour le gaz oxygène et J pour le gaz azote, les deux gaz devront se trouver en dissolution dans l'eau, suivant les rapports f . J, d'oxygène I . J d'azote ; orî. = 0,046, i=0,025; nous aurons donc dans le gaz dissous

Oxygène |. 0,046 0,0092 31,5

Or l'analyse directe du mélange gazeux retiré de l'eau a montré que ce gaz renfermait

Oxygène 32,0

Azote 68,0

Ce qui s'accorde, aussi bien qu'on peut le désirer, avec la composition que nous avoas calculée en nous fondant sur la loi de la solubilité des gaz, et en admettant que l'air atmosphérique est un mélange des deux gaz oxygène et azote.