DE LA LOI DE MARIOTTE

Les gaz, avec lesquels on fait des expériences, devant supporter des pressions plus ou moins fortes, cette circonstance rendrait déjà importante la connaissance exacte des changemens qu’une pression modifiée fait éprouver au volume des corps gazeux; mais ce qui donne à cette recherche un intérêt beaucoup plus grand et plus général, c’est, qu’une loi déterminée préside à ces variations de volume. On peut démontrer facilement la loi de la

coMipi’essibilité de l’air, à l’-aide d’un tube à deux branches inégales, dont la plus longue est ouverte et divisée en parties d’égale longueur, en pouces par exemple, tandis que la plus courte est scellée et divisée en parties d’égale capacité.

On commence par introduire un peu de mercure dans le tube, de manière que le niveau de ce métal soit le même dans les deux branches aux points <2 et a , qu’on marque; on verse ensuite dans la longue branche {jig. 79), une quantité suffisante de mercure pour que ce corps s’élève dans cette branche au-dessus du point où il s’arrête dans la courte branche , d’une quantité égale chaque fois à la hauteur de la colonne barométrique. La colonne eu , faisant équilibre à la colonne du , il va sans dire qu’on doit mesurer à partir de <5? jusqu’en e; on trouve alors que l’air atmosphérique a été justement condensé de moitié. On a donné à la longue branche une hauteur de 800 pouces, afin de pouvoir employer une pression de 3o atmosphères, et l’on a trouvé que les espaces occupés par l’air sont en raison inverse des forces comprimantes; de telle sorte qu’une masse d’air comprimée par une colonne double de la hauteur barométrique ordinaire, occupe un volume moitié moindre que sous la pression ordinaire de l’atmosphère, qui s’élève à une colonne barométrique. Comprimée par trois, quatre, vingt colonnes barométriques, elle remplirait un espace trois, quatre, vingt fois plus petit que sous la pression ordinaire.

On montre facilement que cette loi a également lieu lorsque l’air est dilaté^ en remplissant de mercure un tube de verre A, et y plongeant un autre tube plus étroit et divisé en parties d’égale capacité {jig. 80 ). On laisse

AIH

liJO

un peu d’air dans le tube étroit, de manière que ce tube étant enfoncé jusqu’en a, le niveau du mercure soit le inêmealans les deuxj on élève ensuite le tube étroit jusqu’à ce que le mercure y soit à une hauteur d’une demi colonne barométrique plus considérable que dans le grand tube. On trouve alors que l’espace b c, occupé par l’air, s’élève au double de ce qu’il était précédemment. Si l’on continue à monter le tube intérieur jusqu’à ce que b et a soient à une distance de 3/4 de hauteur barométrique, l’air du petit tube occupera un espace quatre fois plus grand qu’auparavant, de sorte qu’ici également l’espace rempli par l’air, est en raison inverse de la force comprimante. Ainsi, l’air comprimé par 1/2, 1/4, i/iooo de colonne barométrique, occupe un volume 2, 4j looo fois plus grand, que sous une colonne barométrique entière.

Plusieurs expériences chimiques exigent des calculs de cette nature. Lorsque, par exemple, un cylindre crempli de gaz est renversé sur la cuve à mercure, et que ce métal occupe dans l’intérieur du cylindre une hauteur plus considérable qu’à l’extérieur, le gaz est dans un état de raréfaction. On détermine la hauteur ab(^g. 81); que cette hauteur soit de 4 pouces, la colonne barométrique étant de 28 pouces, le gaz intérieur n’est comprimé que par 24 pouces. Veut-on donc réduire ce volume à ce qu’il serait sous la pression ordinaire, il faut le multiplier par 24 et le diviser par 28 ] si le premier volume est égal à y pouces cubes, le volume réduit à la pression ordinaire s’élève à ^ = 6 pouces cubes. Lorsqu’au contraire le niveau du mercure est plus bas dans le cylindre ([U à l’extérieur, comme dans le cylindre d , lorsque, par exemple, le mercure y est déprimé de 4 pouces , le gaz

atmosphérique. 191

supporte une pression de 3a pouces. Pour déterminer alors ce que deviendrait ce volume sous la pression ordinaire, il faut le diviser par 28 après l’avoir multiplié par 3a; ainsi, si le volume du gaz s’élève à 7 pouces cubes, il occupe ^^:;=8 pouces cubes sous la pression ordinaire.

On peut déterminer d’une manière tout-à-fait semblable, la pression qui a lieu dans l’intérieur des vases, lorsque le liquide qu’ils contiennent est de l’eau ^ on doit seulement considérer qu’une colonne de mercure de 28 pouces fait équilibre à une colonne d’eau d’environ 3a pieds, sa hauteur étant à celle de l’eau : : i : i3,5Sy.

Le poids (absolu) de l’air atmosphérique n’est déterminé que pour une certaine pression de l’atmosphère, et il augmente et diminue en raison de l’augmentation ou de la diminution de cette pression. Il en est de même des autres gaz, et lorsqu’on désire connaître leur poids, il est nécessaire d’observer l’état actuel du baromètre , et de réduire le volume des gaz de la manière indiquée. Si l’on a obtenu par exemple , 4o pouces cubes de gaz acide carbonique sous une hauteur barométrique de 27 pouces J ce volume deviendra sous une pression de a8 pouces pour laquelle on connaît le poids d’un pouce cube d’acide carbonique, -° ^ = 38 4/7 pouces cubes.

La loi de Mariette étant ainsi démontrée pour l’air atmosphérique, il sera facile de vérifier si d’autres gaz y sont également soumis. On se sert à cet effet d’un cylindre en verre très fort A (Ji^. 82) muni à sa partie inférieure d’un pied en laiton ^ et à sa partie supérieure d’une douille taillée intérieurement en écrou. Au fond de ce vase on place deux tubes de verre a et ^ divisés chacun en parties d’égale capacité. Après avoir rempli le

AIR

gros tube a sur le mercure, avec le gaz qu’on veut com- ‘ parer avec l’air atmosphérique, on le fixe à l’aide d’un bou chon sans cependant le fermer hermétiquement, dans un vase peu elevé mais d’un assez grand diamètre afin de pouvoir l’introduire commodément dans l’appareil A. Le tube étroit b qui est rempli d’air est pourvu d’un petit pied à l’aide duquel il se soutient verticalement. Après avoir introduit les deux tubes dans l’appareil B on commence par y verser un peu de mercure pour isoler les tubes, on le remplit ensuite avec de l’eau , et on visse exactement le couvercle c au moyen d’un tournevis. Au milieu de ce couvercle est une ouverture 83) , dans laquelle on a vissé un robinet surmonté d’une pompe et muni latéralement d’un tube recourbé et terminé en entonnoir g servant à introduire de l’eau. Ce robinet est percé de manière que, lorsque l’aile occupe une position verticale {Jig- 84), l’extrémité i de cette aile étant tournée vers le haut, l’eau se rend du tube ^ dans le tube e aussitôt qu’on soulève le piston* Si l’on place l’aile dans une situation horizontale, en tournant l’extrémité i du côté^ opposé au tube, la communication avec le tube g se trouve interceptée {Jig. 85), et l’eau qui était entrée dans le tube e sera refoulée dans le vase a par l’abaissement du piston. Le volume que l’air occupe dans le tube h sert à déterminer la pression employée. L’appareil doit être assez solide pour ne pas laisser suinter l’eau sous une pression de 20 atmosphères. Avant de commencer à enchâsser l’eau , on détermine l’état du mercure dans les tubes.

L’eau qu’on fait entrer à l’aide de la pompe comprime Teau de l’appareil, celle-ci comprime le mercure et celui-ci comprime à son tour les gaz, le tube b rempli

d’air atmosphérique indique la pression employée. Des expériences exactes faites de cette manière ont prouvé que les gaz qui ne se liquéfient ni sous une forte pression ni à une température très-basse, tels que l’oxigène, l’azote, l'hydrogène et tant d’autres, se comportent comme l’air atmosphérique, se conformant ainsi exactement à la loi de Mariotte ; et qu'au contraire les gaz susceptibles de se liquéfier, étant comprimés jusqu’à une certaine limite, dérogent un peu à cette loi, lorsque la pression employée ne s’éloigne que de quelques atmosphères de cette limite. Mais à une plus grande distance de cette limite, la loi de Mariotte s’applique également à ces gaz; par exemple, l’acide sulfureux se liquéfie sous une pression de 3 1/2 atmosphères. Lorsqu’on comprime des volumes égaux d’air atmosphérique dans le tube de verre a et d’acide sulfureux dans le tube b , le volume de l’air atmosphérique est au volume de l’acide sulfureux, sous une pression de 2 atmosphères, dans le rapport de 1 : 0,99985 , sous une pression de 3 atmosphères comme I : 0,9827 et sous une pression de 3,1889 atmosphères comme i : 0,9609.

Plusieurs exemples nous ont déjà fait voir que les gaz se combinent suivant une loi déterminée et en volumes simples. Cependant cette loi ne s’applique pas exactement aux substances , qui font exception à celle de Mariotte , lorsque les expériences se font à la température et sous la pression auxquelles l’exception a lieu ordinairement. L’acide sulfureux nous offrira un exemple à l’appui de cette assertion.