COEFFICIENT

OD

DE

DEGRÉ ALCOOMÉTBIQOE.

i.'eau mklangée.

DE COMIIACIION.

KO

0,9ôi8

O.tOiO

11 y a un maximum de contraction pour ce mélange; il correspond au titre 54 degrés, la quantité d'eau qu'il faut ajouter est de 49,8 volumes, la densité de 0,92G9 et le coefficient de contraction de 0,9656.

La connaissance des densités des mélanges et des dissolulions ne peut, bien entendu, permettre de déterminer la composition que si les substances mélangées sont exemptes de toutes matières étrangères. C'est ainsi que la table précédente ne peut donner directement la richesse en alcool d'un vin, parce que ce liquide contient des matières colorantes, des sels, qui interviennent pour faire varier la densité, et il faut avoir recours à une opération spéciale {voy. Alcootuètre).

H. La question de la densité de corps gazeux présente un grand intérêt en ce qu'elle est liée intimement aux notions fournies par la chimie et que, dans un certain nombre de cas, elle peut éclairer celle-ci.

On sait, en c ffet, que, si les poids suivant lesquels les corps se combinent entre eux, poids dont les rapports sont caractéristiques, ont des valeurs absolument quelconques les uns par rapport aux autres, il n'en est pas de même des volumes de ces corps supposés réduits en vapeurs, et que les rapports des volumes des corps composants et du corps composé (volumes de vapeurs, bien entendu) sont entre eux dans des rapports simples. Comme ces rapports de volume correspondent aux rapports des poids, il en résulte nécessairement que, connaissant les uns et les autres, on pourrait trouver le rapport des densités. Nous donnerons ici quelques exemples, en nous occupant d'abord des corps simples.

On sait, par exemple, que l'oxygène et l'hydrogène se combinent entre eux pour former de l'eau dans des conditions telles que les poids de ces corps qui interviennent dans la combinaison sont dans le rapport de 8 à 1, tandis que. d'autre part, les volumes sont dans le rapport de 1 à 2. Comme, au fond, ces rapports correspondent aux mêmes quantités de matière, cela veut dire que les poids de 1 volume d'oxygène et de 2 volumes d'hydrogène sont dans le rapport de 8 à 1. Si l'on appelle o et h les densités des deux gaz et a le poids spécifique de l'air, les poids de 1 volume d'oxygène et de 2 volumes d'hydrogène seront respectivement 1 X oX« et 2 X /i Xa, et l'on devra avoir

^Xhxa

On remarquera que, comme il ne s'agit que d'un rapport, la quantité a disparaîtra toujours et qu'il reste seulement :

d'où

L'expérience donne o = 1,1056 et /t =0,069, dont le rapport est très-sensiblement 16.

On remarquera que le poids atomique de l'oxygène est précisément de 16; comme il est facile de le comprendre, la règle à laquelle on arrive ainsi est générale^ et le rapport des densités de vapeurs d'un corps quelconque et de l'hydrogène est égal au poids atomi({ue de ce corps (puisque le poids atomique de l'hydrogène est 1). Si donc ti est la densité de vapeurs d'un corps dont le poids atomique est M, on a :

f = M doù d = Wi h

ou encore

Inversement on trouverait

12. Il est très-important de remarquer que les valeurs vers lesquelles tendent les densités de vapeurs obtenues expérimentalement, lorsque la température s'élève, sont précisément les valeurs que donnent les considérations théorifjues que nous venons d'indi(juer. Ainsi pour le soufre, dont le poids atomique est 52, double du poids atomique de l'oxygène 16, la densité doit être double, soit 2,2. Les premières mesures expérimentales donnèrent 6,6 et, comme l'on ne se doutait pas alors de l'importance de la température à laquelle on opérait, ce chiffre fut accepté et l'on imagina des hypothèses complexes pour exphquer l'existence d'une densité triple de celle que la théorie indiquait ; plus tard seulement, les recherches de Suinte-Clairc-Deville montrèrent que la densité diminue quand la température s'élève et que, à partir de 800 degrés, cette densité a bien atteint la valeur théorique 2,2.

Le même fait a été observé dans d'autres circonstances, et d'une manière générale les densités limites, vers lesquelles tendent les densités observées lorsqu'on s'écarte des conditions de liquéfaction , sont précisément les valeurs ainsi données par les considérations théoriques que nous venons d'indiquer. C'est ainsi que M. Troost a montré que la densité de vapeur de l'acide acétique à 130 degrés est bien celle qu'indique la théorie 2,2, si l'on opère à basse pression, 30 millimètres de mercure, tandis que, à cette température et sous la pression de 760 millimètres, la densité de vapeur a été trouvée de 5,2, et qu'il faut sous cette pression élever la température jusqu'à 240 degrés pour retrouver la densité théorique.

15. Si l'on cherche à appliquer les mêmes considérations aux corps composés, on arrive à un résultat que nous voulons indiquer sans insister : c'est que pour les corps dont la formule paraît bien établie la densité calculée d'après la règle que

756 DENSITE.

nous venons d'indiquer est le double de celle que fournissent les mesures expérimentales.

Ainsi pour le protoxyde d'azote, Az^ 0, le poids moléculaire est 44 et la densité devrait être 0,069 X 44 = 3,056 : l'expérience donne 1,527; pour le bioxyde d'azote, Az 0 , le poids moléculaire est 30 et la densité devrait être 0,069x50=2,08 : on trouve effectivement 1,059; pour l'eau IPO, le poids moléculaire est 18, la densité devrait être 0, 069 X 18 = 1,242 : elle est seulement 0,619, etc.

Il n'y a pas lieu d'insister ici sur les conséquences auxquelles on est conduit en chimie par les considérations que nous venons d'indiquer, et nous nous bornerons à signaler ce fait que pour les corps composés, dont M est le poids moléculaire, on a:

14. Pour la densité des corps composés on peut se placer à un autre point de vue :

La densité d'un mélange de gaz ou la densité d'un composé gazeux de corps gazeux (ou supposés réduits à l'état de vapeurs) se calcule d'une manière tout à fait analogue à celle (jue nous avons indiquée ci-dessus pour les mélanges ou alliages solides ou liciuides, avec cette différence (jue, s'il ne s'agit que d'un mélange de gaz ou de vapeurs, il n'y a jamais de contraction, au moins appréciable. 11 va sans dire que, si les gaz mélangés ne sont pas à la même pression, ou si on contraint le mélange à occuper un volume déterminé, il faudra faire intervenir les conditions de pression (loi de Mariette). Une remarque analogue est à faire, si la température varie. Dans le cas des combinaisons, il peut y avoir contraction et la contraction peut être considérable ; mais ce qui distingue le cas des gaz, c'est (jue, en général, l'on sait à l'avance par la loi de Gay-Lussac quelle est cette contraction.

Soit un corps composé provenant de la combinaison de n volumes d'un premier élément et de n' volumes d'un second ayant donné par leur combinaison N volumes du composé; soient d'ailleurs d,d' et D, les densités correspondantes. Les poids de ces divers volumes sont respectivement, en prenant le litre pour unité :

nda, n'd'a et NDa.

On doit avoir, puisque le poids ne change pas par la combinaison :

nd-\-n'd' = m,

en supprimant le poids spécifique de l'air a qui serait facteur commun et qui disparaît dans toutes les l'elations analogues.

Cette équation contient 6 quantités ; connaissant 5 d'entre elles, elle permettra de déterminer la 6*".

Ainsi l'on sait par l'analyse eudiométrique que l'ammoniaque est composée de 3 volumes d'hydrogène (densité: 0,0095) et de 1 volume d'azote (densité : 0,9714) et condensés en 2 volumes. Ces données permettent de calculer la densité de l'ammoniaque :

d'où

P ^ 5x0,0695 xQ,97U

L'expérience directe a donné 0,597.

D'autre part, 1 volume d'hydrogène de densité 0,069 se combine à 1 volume de chlore de densité 2,44 pour donner 2 volumes d'acide chlorhydricfue.

On a alors : i

0,069 4-2,44 = 20, d'où

L'expérience a donné pour la densité du gaz acide chlorhydrique 1,278.

15. Dans certains cas où l'on ne peut mesurer à l'état gazeux le volume du composé formé, parce qu'il change d'état par le fait même de la combinaison, l'équation précédente permet de calculer la contraction qui s'est produite.

C'est ainsi que l'on sait par la combustion dans l'eudiomètre que 2 volumes d'hydrogène se combinent à 1 volume d'oxygène pour former de l'eau, tandis que l'on sait d'autre part que la densité de l'eau à l'état de vapeur est 0,619. Les densités de l'hydrogène et de l'oxygène étant respectivement 0,0693 et 1,1056, on a immédiatement :

2x0,0695+ l,1056 = NxO,619, d'où

,, 2x0,0695 + 1,1056 « ^= (Mïîy =^-

On peut encore calculer le volume en vapeur de l'un des éléments que l'on n'a pu mesurer directement à cet état. Ainsi, on sait que du soufre brûlant dans 1 volume d'oxygène de densité 1,1056 donne 1 volume d'acide sulfureux de densité 2,25. Sachant que la densité de la vapeur de soufre est 2,2, on a l'équation :

On lire de là

OU sensiblement -^- Donc 1 volume d'oxygène s'est combmé à^ volume de vapeur

de soufre pour donner 1 volume d'acide sulfureux ; soit encore 2 volumes d'oxygène et 1 volume de vapeur de soufre donnent 2 volumes d'acide sulfureux. Ce rapport de contraction de 5 à 2 est d'ailleurs celui qui pouvait être prévu d'après les lois de Gay-Lussac.

16. La question de la densité des vapeurs est considérée comme capitale au point de vue chimique en ce qu'elle est appliquée à la détermination de l'équivalent ou du poids moléculaire, de la formule, en un mot, de certains composés organiques, en particulier des substances neutres. On sait que l'analyse élémentaire donnant la composition centésimale ne fournit que des rapports entre les nombres d'atomes qui entrent en combinaison et que toutes les formules où l'on prendrait

des nombres multiples de ceux-ci conviendraient également. Soit ainsi un cai'bure d'hydrogène présentant la composition centésimale suivante :

Ces nombres sont dans le rapport de 12 à J , rapport qui est précisément celui des poids atomiques du carbone et de l'hydrogène, de telle sorte que la formule CH satisferait à cette analyse; mais il en serait de même de toute autre formule telle que G" H" ; il s'agit de déterminer n.

Si le corps est acide ou basique, on le fera entrer en combinaison avec une base ou un acide connu, mais, s'il est neutre, cette ressource échappera.

Si l'on admet alors comme générale la règle que nous avons donnée plus haut (§ 13), connaissant la densité de la vapeur d, on a l'équation

d'où

et enfin

''= im = '^x '''''■' ^

On cherchera donc la valeur à donner à n dans la formule pour que cette équation soit satisfaite. Dans le cas qui nous occupe, on a f/ = 2,77, et comme M =15, il vient

13 ri = 28,88x2,77,

et

On donnera donc au carbure d'hydrogène la formule G" H® (indépendamment, bien entendu, de toutes les considérations purement chimiques dont nous ne saurions nous occuper ici).

Gomme, au fond, en chimie, dans la théorie atomique, on admet que le poids atomique d'un élément correspond à 2 volumes de vapeurs, l'application de la règle générale que nous venons d'indiquer signifie que le poids moléculaire d'un corps composé doit correspondre à 4 volumes de vapeurs. Nous devons signaler que cette idée n'est pas universellement adoptée et que d'importantes discussions se sont élevées à ce sujet; mais nous ne saurions insister davantage.

IV. Recherches des densités et des poids spécifiques. 17. Nous ne voulons pas ici entrer dans le détail de toutes les méthodes employées ou proposées, renvoyant pour cela aux traités de physique, et nous nous bornerons à des indications aussi sommaires qu"il sera possible.

1" Solides. Une méthode à la fois simple et exacte que l'on peut employer pour déterminer la densité d'un solide est celle du flacon; voici comment il convient d'opérer pour éliminer les erreurs provenant du défaut de justesse de

la balance (défaut qu'il faut toujours admettre : il suffit que la balance soit sensible), tout en faisant le moindre nombre possible d'opérations.

On se sert d'un tlacon en verre dont le goulot d'un large diamètre est rodé Ultérieurement; on peut y adapter un bouchon rodé extérieurement, ouvert inféneurement en forme de cloche et terminé supérieurement par un tube très-fin, sur lequel est un trait d'affleurement; le goulot et le bouchon sont légèrement coniques, de manière que le bouchon s'enfonce toujours également. Le flacon est rempli d'eau récemment bouillie et le liquide arrive au trait d'affleurement; on place ce flacon sur l'un des plateaux de la balance avec des poids dont la somme soit un peu supérieure au poids du corps qui a été déterminé préalablement d'une manière approximative. On établit alors l'équilibre avec une tare, puis on met le corps dont on cherche la densité sur le plateau à côlé du flacon ; l'équilibre est immédiatement rompu et, pour le rétablir, il faut enlever des poids dont la somme P représente, évalué par double pesée, le poids du corps. Le flacon, retiré de la balance, est débouché; on y introduit le corps qui fait sortir de l'eau; pour éviter que de l'air reste adhérent au corps, il est bon de soumettre le flacon à l'action du vide en le plaçant sous une cloche en communication avec une machine pneumatique; le flacon, soigneusement essuyé, est reporté sur le plateau de la balance. L'équilibre est détruit, et pour le rétablir il faut ajouter des poids dont la somme P' mesure le poids de l'eau écoulée, soit le poids d'un volume d'eau éual au volume du corps. On a alors, pour déhnition :

S'il s'agit de corps solubles dans l'eau ou de corps moins denses que l'eau, la méthode doit être modifiée quelque peu. Il suffit d'effectuer les mesures indi- ([uées en employant non l'eau, mais un liquide qui ne dissolve pas le corps considéré, ou qui soit moins dense que lui. Le rapport des poids donne alors la densité d du solide par rapport au liquide employé; si l'on a, d'autre part, la densité d' de ce liquide par rapport à l'eau, la densité cherchée D est donnée par la formule ^ :

D = dd'.

Nous ne nous arrêterons pas à décrire les méthodes connues sous le nom de méthodes de la balance et de l'aréomètre de Nicholson qu'on trouvera décrites dans tous les traités de physique. Nous dirons seulement que, si l'on voulait avoir la valeur exacte, il faudrait faire des corrections relatives à la température et à l'état atmosphérique (pression barométrique, état hygrométrique) pour tenir compte tant des variations de poids spécifique du corps et de l'eau que des poussées éprouvées par le corps, les poids marqués et la tare de la part de l'air

ambiant.

18. Nous avons dit que les méthodes que nous venons de signaler ne peuvent servir dans le cas des corps pulvérulents; dans ce cas, on a cherché à déterminer le volume occupé par le corps, ce qui, connaissant le poids, permet de calculer le

* Soient, en effet, n, l et e, les poids spécifiques du corps, du liquide et de l'eau ; on a, par définition :

et l'on en déduit immédiatement :

D = dd'.

poids spé(ifi(|ue. Pour arriver à ce résultat on a employé, soit le stcréomètre de Say, soit le voluménomètre de Regnault. Ces deux appareils, pour lesquels nous renvoyons aux traités de physique, mettaient en application la loi de Mariottc ; mais les résultats qu'ils fournissaient étaient peu exacts, ce qui tient à ce que les matières pulvérulentes ab>orbent, condensent du gaz et notamment de l'air atmosphérique, et que, dans les expériences, cette quantité variait avec la pression à laquelle on devait donner deux valeurs dilTérentes. Aussi a-t-on renoncé à cette méthode.

Actuellement, pour la poudre de guerre, par exemple, on opère comme il suit : un poids connu de poudre est placé dans un récipient en fer de forme sphérique (jue l'on remplit ensuite de mercure dans le vide et que l'on pèse ; on connaît le poids du récipient, on peut donc trouver le poids, et par suite le volume du mercure introduit; comme on connaît exactement le volume intérieur du récipient, on en déduit, par différence, le volume de h poudre. Ayant ainsi le poids et le volume de la poudre, on a, en divisant le premier nombre par le second, le poids spécifique cherché (densimètre Bianchi, etc.}.

19. Le poids spécifique déterminé de cette manière correspond bien à la définilion que nous avons donnée, car on a mesuré le volume effectif occupé par la matière p ulvérulcnte ; mais, dans certains cas, on cherche seulement ce que l'on peut appeler le poich spécifirjïie apparent, c'est-à-dire celui qui correspondrait au volume occupé par la poudre sans tenir compte des espaces vides qui s'y trouvent. On peut alors se servir du densimètre de Rousseau, qui est plus souvent employé pour chercher le poids spécifique des liquiites et que nous décrivons ci- dessous. Cette méthode a été employée, par exemple, pour comparer des blés et avoir une idée des poids comparatifs de divers échimtillons ; on sait que les blés sont vendus au volume (à l'hectolitre), et l'on comprend l'importance que, dans ce cas, présente le poids spécifique apparent.

20. Ainsi que nous l'avons dit, les nombres que l'on obtiendrait, si l'on opérait par l'une des méthodes précédentes sur des corps hétérogènes, représenteraient des densités moyennes, des poids spécifiques moyens qui ne correspondraient à rien de précis; c'est justement le cas des substances organiques : os, cartilages, muscles, etc. ; les densités indiquées par des auteurs ne représentent que des valeurs moyennes , desquelles peuvent s'éloigner assez considérablement des échantillons sur lesquels on effectuerait de nouvelles recherches. A plus forte raison en est-il ainsi, si l'on prend, comme on l'a fait, le poids spécifique de l'homme : ce chiffre n'a aucune valeur scientifique, il serait préférable dans des recherches de cette nature de donner le poids d'une part et, d'autre part, le volume observé, sans chercher à déduire un coefficient qui ne trouve sa raison d'être que dans des conditions très-différentes.

Sous ces réserves, nous donnons les cliiffres ci-dessous :