DES CORPS SOLIDES, LIQUIDES ET GAZEUX, EN GENERAL

Chaleur latente. Propriétés de ïeau solide.

Si l’on plonge dans de l’eau bouillante deux vases I contenant l’un de la glace à o°, et l’autre la même quan- I tité pondérale d’eau à la glace , pendant le temps que la j glace du premier vase mettra à se convertir en eau à o°, 1 l’eau du second vase s’élèvera à une température d’environ j^°. Si l’on mêle de l’eau à avec une quantité légale en poids de glace à o°, la glace se fondra et la température du mélange liquide sera de o°. L’eau exige I donc une quantité déterminée de chaleur pour passer de 1 l’état solide à l’état liquide; cette chaleur se nomme cha- 1 leur latente.

Comme dans les expériences précédentes, les vases I s’emparent d’une certaine quantité de chaleur et trou- . blent l’exactitude des résultats, il faut remédier à cet in- I convénient, en mettant de la glace dans un vase jouissant ■ exactement de la température de l’appartement, et y versant en même temps de l’eau chaude, qu’on a laissée refroidir jusqu’à peu de degrés seulement au-dessus de la température de l’air ambiant. La température de l’air étant, par exemple, de la”, on laissera refroidir l’eau jusqu’à environ i4". Si l’on ajoute maintenant à 43 1/2 1 livres d’eau à I4"* i livre de glace, celle-ci se fondra et la t température du mélange liquide sera de 12®; 43 1/2 livres deau ont donc perdu a®, qui ont servi à convertir

EAU

une livre de glace en eau, et à élever la température de celle-ci depuis o jusqu’à 12°. Pour porter i livre d’eau de O à 12°, il iaut la chaleur cédée par 6 livres d’eau; ainsi, la chaleur abandonnée par 3y 1/2 livres d’eau a été employée, pour la liquéfaction de la glace, d'où il suit qu’une livre de glace, pour se fondre, a besoin de la chaleur qui élèverait d’un degré la température de y5 livres d’eau, ou de y5° celle d’une livre d’eau. Le vase dans lequel on opère, jouissant après l’introduction du mélange de la même température qu’avant l’expérience, n’absorbe ni ne cède de la chaleur. Cependant, pour pouvoir faire l’expéi’ience de la manière indiquée, il faut déjà avoir déterminé, par des expériences préalables, la quantité d’eau qu’on doit ajouter à une quantité donnée de glace. A cet effet , on cherche d’abord la quantité de chaleur que le vase perd ou reçoit, lorsque la température varie d’une quantité déterminée; on laisse prendre au vase la température de l’appartement et l’on y verse de l’eau plus chaude de quelques degrés. Que la température du vase soit, par exemple, de 12“, et celle de l’eau , dont on y verse 5o livres, de i5", et que l’eau perde 1/2 degré en échauffant le vase; la chaleur, dont le vase a besoin pour s’élever de 2' 1/2 degrés, sera égale à celle qui refroidit 5o livres d’eau de 1/2 degré, cestà-dire, que pour chaque degré dont l’eau se refroidit ou s’échauffe, il faudra faire entrer en ligne de compte

— — •= 10 livres d’eau au lieu du vase.

Lors donc qu’on ajoute dans un pareil vase une livre de glace à 5o livres d’eau à i5°, on trouvera i3°,52 pour la température du mélange liquide; ainsi, leau abandonne i“,4^ pour fondre une livre de glace et pour échauffer l’eau lormée jusqu’à i3“,52. L’eau et le vase

IvAU.

J perdent ensemble autant de chaleur que 6o livres d’eau 5 i. avec les i°,48 céde's par celles-ci on aurait pu élever la 1 1 température de i livre d’eau depuis o jusqu’à 88°8. Mais 1 la glace, une fois fondue, ne s’étant échauffée que de o .à i3°,52, 75°, 28 ont été dépensés pour la fonte d’une 1 livre de glace. Ces déterminations reposent évidemment «sur le phénomène que le mélange de deux quantités (égales d’eau à des températures différentes indique la I température moyenne; de l’eau à 0° étant mélangée avec uine égale quantité d’eau à 100° indique 5o°. La quan- I tité de chaleur, que l’eau absorbe en s’élevant d’un nom- Ibre déterminé de degrés, a été trouvée la même pour (chaque température, autant que l’expérience a pu être I faite.

Toutes les substances ont besoin d’une quantité dé- I terminée de chaleur pour passer de l’état solide à l’état Liquide. L’eau sert également à évaluer cette quantité de (chaleur; on verse, par exemple, une quantité de soufre î à 1 1 1", température à laquelle le soufre est liquide, dans (un vase contenant de l’eau, et l’on observe la tempéra tture dont elle s’accroît. On pèse ensuite la quantité de 5 soufre employée. La température de l’eau s’est élevée itant parce que le soufre liquide s’est solidifié que parce (que le soufre solide est descendu à la température du Liquide. On trouve la quantité de cette chaleur, en dé- I terminant, par une expérience, de combien de degrés (une quantité déterminée de soufre solide et échauffé (augmente la température de l’eau. La quantité de cha- Leur que diverses substances exigent, pour se liquéfier, (est très différente, mais n’a été évaluée expérimentaletment que pour un petit nombre d’entre elles. Un corps «solide, qui se dissout dans l’eau ou dans un autre men-

EAU

strue, se liquéfié et absorbe à cet effet de la chaleur. Le sel de cuisine , arrosé d’eau , enlève aux corps environnans la chaleur nécessaire à sa liquéfaction ; le sel luimême, l’eau et les parois du vase fournissent cette chaleur. Lorsqu’on ne prend que la quantité d’eau requise pour la dissolution , et que les parois du vase conduisent mal la chaleur , on obtient le plus grand abaissement de température. La dissolution du sel de cuisine ne diminue que peu la température; mais si l’on prend des substances plus avides d’eau, par exemple, i6 parties en poids d’eau , 5 de sel ammoniac et 5 de salpêtre , la température descend de -f lo" à — 12°. La dissolution de 2 1/2 de phosphate de soude cristallisé dans i d’acide nitrique étendu , diminue la température de 10° à — 26", et celle de I 1/2 de sel de Glauber dans i d’acide nitrique étendu, produit un abaissement de 10° à — 16°. Si dans un métal liquide, tel que le mercure, on dissout d’autres métaux, par exemple, dans i3 de mercure, un mélange en poudre fine de i d’étain, 2 de plomb et 3 de bismuth, la température descend de i7°,5 à ■: — io<^. 11 n’y a pas seulement dissolution, lorsqu’un liquide arrive en contact avec un corps solide, mais encore lorsque deux corps solides doués l’un pour l’autre d’un grand pouvoir dissolvant , 'viennent à être mêlés ensemble. Un mélange de 2 parties de neige ou de glace, finement pulvérisée, et de I partie de sel de cuisine, abaisse la température de 20°; c’est là le moyen qu’on emploie, en été, pour fabriquer les glaces : à cet effet, on introduit dans un pareil mélange de glace et de sel de cuisine des boîtes en étain, contenant des crèmes ou sirops ou d’autres mixtions. De la même manière on obtient, en mêlant ensemble de l’amalgame de plomb (combinaison solide du mer-

EAU

cure avec le plomb), et de l’amalgame de bismuth, un ; alliage métallique liquide, dont la température est de -21 — 22° au-dessous de celle des deux combinaisons méutalliques solides, prises isolément.

On obtient la température la plus basse en mélanjgeant ensemble du chlorure de calcium et de la neige; jine partie de neige et une partie et un tiers de chlorure Me calcium à o° donnent un froid de — 49°. Ce moyen ‘titant celui qu’on emploie dans les laboratoires de chimie )oour se procurer un froid artificiel , je vais le décrire ivvec détail. Comme chaque combinaison chimique défeeloppe de la chaleur, il est nécessaire que le chlorure IJe calcium ait déjà absorbé toute l’eau , avec laquelle il loeutse combiner chimiquement. A cet effet on le dissout lilans peu d eau chaude, et 1 on ajoute assez long-temps lie 1 eau à la dissolution , pour qu’une goutte projetée iiur une plaque froide de fer-blanc ne se congèle qu’après inn quart d heure; on laisse alors refroidir la masse, on .la pulvérisé et on la tamise. Avant l’experience on rercoidit autant que possible le chlorure de calcium, comme LTissi les vases et ustensiles qu’on veut employer , en les •1 laçant dans de la neige. Vèut-on opérer la congélation LU mercure.^ On verse d abord de la neige dans une rrande capsule, on place ensuite dans celle-ci. une capuale plus petite, dans laquelle on met le mélange de lihlorure de calcium tamisé et de neige , et le corps qu’on eeut soumettre au froid, savoir le mercure renfermé aans un creuset de platine ou dans un tube de verre; na brassant soigneusement la neige et le chlorure de lalcium on obtient alors le mercure à l’état solide doué

'CS propriétés que je décrirai dans Ihistoire du mercure uiême.

EAU

La glace surnage l’eau; celle-ci se dilate donc en prenant l’état solide. Il est difficile de déterminer exactement de combien celle-ci se dilate, attendu qu’elle renferme ordinairement des bulles. On peut employer pour cette détermination les mêmes méthodes, que je développerai dans l’article concernant la détermination de la pesanteur spécifique des substances solubles dans l’eau. On trouve cette quantité d’une manière approximative en ajoutant assez d’eau à de l’alcool, qui est plus léger qu’elle, pour que la glace s’y maintienne partout en équilibre, et en cherchant la pesanteur spécifique du liquide. Une expérience de cette nature porte la densité ^ de la glace à environ 0,94? l’eau se dilate donc denviron il 16 de la masse totale. La glace recouvre, en se fi- ^ géant, les lacs, fleuves et eaux stagnantes et protège l’eau g, subjacente contre la congélation , et les animaux qui y vivent contre la destruction , par la propriété qu’elle a comme corps mauvais conducteur du calorique, de ne ^ transmettre que lentement la chaleur de 1 eau à 1 air at- ^ mosphérique froid. Cependant , de ce que pendant lei froids soutenus la couche de glace va toujours en se for- r tifiant de plus en plus, il résulte déjà que la glace s( laisse traverser par la chaleur et conduit par conséquent ^ ce fluide, bien que faiblement.

La force avec laquelle l’eau se dilate en prenant fi ^ forme solide, est suffisante pour faire éclater des bombe; ^ ou d’autres vases métalliques résistans, cest ainsi qu elfi étend de plus en plus, en s’y congelant, les fentes qu se trouvent dans du bois ou dans des pierres. Des corp denses deviennent plus lâches lorsqu’on fait congele ^ l’eau dont on les a humectés, et un grand nombre di

EAU

phénomènes semblables ont leur cause dans celle propriété de l’eau.

La plupart des substances se contractent en se solidif fiant. Très rarement il y a dilatation , comme pour l’eau; (cependant d’autres corps, par exemple, parmi les niéttaux, le bismuth, présentent également cette propriété.

Du reste, la congélation de l’eau est accompagnée des rmêmes phénomènes, que j’ai déjà signalés en parlant de lia cristallisation du soufre (p. 3y). La température de 1 l’eau étant descendue à o° dans tout le vase, qu’on agite àà cet effet , des cristaux de glace se déposent au fond et (contre les parois et croissent, à l’instar du soufre , en ttraversant la masse liquide ; ce phénomène ne s’observe (cependant que dans des vases placés librement et dans des (eaux agitées. La glace, qui peut se former de cette marnière au fond des rivières, croît jusqu’à ce qu’elle enttraîne avec elle à la surface la pierre sur laquelle elle ss’est déposée, ou jusqu’à ce que la force, avec laquelle celle tend à s’élever dans l’eau en vertu de sa pesanteur sspécifique, soit devenue assez grande, pour l’arracher (de l’endroit où elle est fixée au fond.

La glace en plaques minces se laisse plier un peu , rewient cependant immédiatement après l’inflexion dans ssa position primitive, elle est donc élastique; courbée (davantage, elle se brise, et appartient par conséquent aaux corps cassans. Elle est transparente et incolore; (en grande masse elle présente la même couleur verte I que l’eau des mers.

Tout ce qu’on sait de la forme cristalline de la glace , cc’est que cette forme est un prisme hexaèdre régulier dont la base P iSa) fait un angle droit avec les

ffaces latérales M. On peut obtenir la glace cristallisée en

EAU

grandes feuilles en faisant congeler une dissolution non parfaitement saturée de diverses substances, par exemple une dissolution de sel de cuisine 5 dans ce cas une partie de l’eau se solidifie , et la dissolution concentrée reste. La vapeur d’eau , qui se précipite de l’air au dessous de 0°, est également cristallisée sous forme de neige ou de givre. Les cristaux de neige sont ordinairement formés de manière, que d’un centre il parte six rayons formant entre eux un angle de 60“ [fig. i33 ); à ces rayons s’en appliquent d’autres sous un angle de 60® et i2o“, et ainsi se forment des variations innombrables, dont il est cependant impossible de déduire toutes les notions sur la forme cristalline.