IIE LA DIFFUSION
(Air = 1).
VITESSE
DE
l'effusio.n.
Pour la théorie mathématique de la diffusion des gaz, qu'il serait hors de propos d'exposer ici, nous renvoyons principalement à Lohschmidt [Wiener Akad. SUzungsber., Bel. LXI, u. LXII) ; à Stetan (ibid., Bd. LXllI et LXV); à Maxwell {Pliilosophical Magaz., 4= sér., t. XX) ; à Waitz {Poygendorff's Anna- /en, Bd. XVII, 1882), etc.
10" Brunner et Valentin ont essayé de fonder une théorie de la respiration sur la diffusion des gaz; d'après la loi établie par Graham, le rapport des volumes d'acide carbonique et d'oxygène diffusés au contact de la membrane pulmonaire est égal au rapport inverse des racines carrées des densités, c'est-àdire à \/ a\c)q = 0,85; en d'autres termes pour 1 d'oxygène, il doit passer
invariablement 0,85 d'acide carboni:|ue. D'après les expériences de Regnault et Reisel, ce rapport est loin d'être constant, et varie au contraire entre 0,64 et 1 ,04. Ce résultat n'a rien qui doive nous étonner; les conditions partitulières où se trouvent les deux gaz [voy. Respiratioin), et l'état d'humidité de la membrane
pulmonaire permettent aisément de comprendre pourquoi l'échange de ces deux gaz n'obéit pas à la loi de la diffusion ^
II. Effdsion, On entend par là le mouvement cV un gaz qui passe dans le vide par une petite ouverture en mince paroi. La vitesse que possèdent les molécules gazeuses à leur sortie ont pour valeur la vitesse qu'acquerrait un corps en tombant dans le vide d'une hauteur h égale â celle de la colonne homogène de gaz qui mesure la pression au niveau de l'orifice d'écoulement :
V = sf^u
Or il est facile de démontrer que la hauteur en question est en raison inverse de la densité du gaz ; soient en effet h' la hauteur d'une colonne de mercure qui ferait équilibre à Ja colonne gazeuse, d' la densité du mercure, et exprimons que les poids de ces deux colonnes fluides sont égales, on aura :
h.d = h'.d', d'où :
h'.d' ''• = — et:
en d'aulres termes, la vitesse d'e'coulement d'un gaz varie en raison mverse de la racine carrée de la densité de ce gaz. Ainsi, l'hydrogène étant 16 fois plus léger que l'oxygène, si la vitesse de sortie de l'oxygène est prise pour unité, celle de l'hydrogène sera v/16 = 4.
Graham se servait, dans ses expériences sur la diffusion, d'un vase mince de métal ou de verre, dont la paroi présentait un orifice d'environ 0"i'",086 de diamètre.
Les vitesses données par l'expérience ne sont jamais égales à leur valeur théorique \hlgh, mais la loi relative aux densités n'en est pas moins vraie.
Remarquons que les valeurs des vitesses d'effusion sont à peu près égales à celles des vitesses de diffusion, qui obéissent à une loi analogue; il suffit pour s'en convaincre de jeter les yeux sur le tableau ci-dessus. Mais les phénomènes de diffusion et d'effusion n'en sont pas moins de nature essentiellement différente; en effet, dans l'effusion c'est le gaz en masse qui participe au mouvement, tandis que dans la diffusion les molécules seules des gaz sont affectées par le mouvement; en réalité, la vitesse d'effusion ou d'écoulement d'un gaz est plusieurs milliers de fois plus grande que celle de la diffusion ; comme le fait remarquer Becquerel, elle est aussi rapide que le mouvement de translation du son.
III. Transpiration des gaz. Quand l'orifice d'écoulement d'un gaz, au lieu d'être percé en mince paroi, est pratiqué dans une paroi d'une certaine épaisseur,
* Rappelons ici la célèbre expérience de Priestley sur l'artérialisation du sang veineux dans une membrane exposée à l'air; ce fut l'un des premiers essais d'application de la diffusion à l'explication des phénomènes physiologiques.
il se transforme en un véritable tube capillaire; les vitesses d'effusion sont dans ce cas profonde'ment trouble'es; mais si la longueur du tube capillaire dépasse au moins 4000 fois le diamètre, il y a un rapport constant entre les vitesses d'écoulement des différents gaz. Ces nouveaux rapports constituent les lois delà transpiration capillaire des gaz, suivant l'expression de Graham, lois complètement indépendantes, du reste, de celles qui règlent la vitesse de
diffusion.
Pour étudier la transpiration des gaz, Graham se servait d'un vaste récipient gradué, renfermant le gaz, et suspendu dans un bain liquide comme un gazomètre; le liquide du récipient et celui du bain pouvaient facilement être amenés à être de niveau, de manière à maintenir la pression du gaz constante. Le gaz, en quittant le récipient, se desséchait en traversant un tube renfermant du ■chlorure de calcium, et s'engageait ensuite dans un long tube capillaire sinueux, pour arriver finalement sous la cloche d'une machine pneumatique, oii l'on maintenait le vide par une manœuvre continuelle des pistons. Faraday avait fait une expérience analogue sur des gaz s'échappant d'un récipient par un tube capillaire très-fin, mais sous une pression de 4 atmosphères.
Graham, dans une autre série d'expériences, s'est servi d'un tampon de plâtre, qui peut être assimilé à un ensemble d'espaces capillaires.
Voici les résultats auxquels est arrivé Graham en opérant sur divers gaz :
1" La vitesse de transpiration (Vun même gaz varie proportionnellement à la pression ou à la densitéy toutes choses égales d'ailleurs, en d'autres termes les temps exigés par des volumes égaux d\in gaz, à des densités différentes, $ont en raison inverse des densités, loi déjà établie par Faraday. Par là la transpiration diffère essentiellement de la diffusion et de l'effusion. La raréfaction due à la chaleur produit le même effet qu'une diminution de densité, c'est-à-dire abaisse la vitesse de transpiration des gaz; inversement l'accroissement de la densité, quelle qu'en soit la cause, froid, compression, addition d'un élément de combinaison, favorise la transpirabilité; c'est ce qui arrive pour l'oxygène en se combinant sans changement de volume au carbone pour former de l'acide carbonique.
2° Avec des tubes d'un même diamètre, les volumes transpires dans un même temps sont en raison inverse de leurs longueurs respectives. Cela tient à ce que les tubes capillaires offrent au ■ passage des gaz une résistance analogue à celle due au frottement, en ce sens qu'elle s'accroît proportionnellement à la surface et devient en conséquence plus grande au fur et à mesure que les tubes se multiplient ou diminuent de diamètre, la section totale offerte au passage des gaz restant invariable.
0° La transpiration est ralentie par ï élévation de la température. Cette loi rentre dans la première, l'élévation de la température déterminant une diminution de la densité.
¥ Les vitesses de transpiration sont indépendantes de la nature des tubes. Mais, toutes choses égales d'ailleurs, elles dépendent de la nature chimique des gaz. En outre, comme nous l'avons dit plus haut, ces vitesses présentent entre elles un rapport constant, indépendant des densités et de toute autre propriété des gaz.
Graham est disposé à regarder la vitesse de transpiration des gaz comme le résultat d'une sorte d'élasticité dépendant de la quantité absolue de chaleur, latente aussi bien que sensible, que les gaz possèdent sous le même volume;
dès lors, elle paraîtrait se rattacher à la chaleur spécifique du gaz plutôt qu'à toute autre propriété.
L'oxygèue ayant la moindre vitesse de transpiration parmi les gaz expérimentés, Graliam l'a pris pour terme de comparaison dans le tableau suivant:
Oxygène
Air
Azote
Bioxyde d'azote. . .
Oxyile de cnrhone . .
IVotoxyde d'azote. .
Acide tiilorliyilri(|ue.
Anhydride carlioiiique
Choie
Anhydride sulfureux.
Hydrogène sulluré .
Ga/- des marais ...
Ammoniac ■
Cyanogène
Gaz oléliant
Hydrogène
TEMPS
VITESSE
