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

ATMOSPHERIQUE. 189 compressibilite de l'air, à l'aide d’un tube à deux branches inégales, dont la plus longue est ouverte et divisée en parties d’egale longueur, en pouces par. exemple, tandis que la plus courte est scellée et divisée en parties d’egale 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 a et a’, qu'on marque; on verse ensuite dans la longue branche (ig. 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 cu, faisant équilibre à la colonne du, il va sans dire qu’on doit mesurer à partir de djusqu’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 30 atmospheres, 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 monire 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 (ig. 80 ). On laisse

un peu d'air dans le tube étroit, de manière que ce tube étant enfoncé jusqu’en a; le niveau du mercure soit le même dans les deux; 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 5 c, occupé par l'air, s'élève au double de ce qu'il était precedemment. Si l'on continue à monter le tube intérieur jusqu'à ce que beta soient à une distance de 374 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 172, 174, 171000 de colonne barométrique, occupe un volume 2, 4, 1000 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 ad( fig. 81); que cette hauteur soit de 4 pouces, la colonne barometrique 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 7 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 qu'à l'extérieur, comme dans le cylindre d, lorsque, par exemple, le mercure y est déprimé de 4 pouces, le gaz

supporte une pression de 32 pouces. Pour déterminer ‘alors ce que deviendrait ce volume sous la pression ordinaire, il faut le diviser par 28 après l’avoir. multiplié par 32; ainsi, si le volume du gaz s'élève à 7 pouces cubes, il occupe #1 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 32 pieds, sa hauteur étant à celle de l’eau :: 1 : 13,567.

Le poids (absolu) de l'air atmosphérique n'est determine 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, 40 pouces cubes de gaz acide carbonique sous une hauteur barometrique de 27 pouces; ce volume deviendra sous une pression de 28 pouces pour laquelle on connait le poids d’un pouce cube d'acide carbonique, past — 38 4/7 pouces cubes.

La loi de Mariotte 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 (fig. 82) muni à sa partie inférieure d'un pied en laiton 5 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 à divisés chacun en parties d’egale capacité. Après avoir rempli le

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gros tube a sur le mercure, avec le gaz qu'on veut comparer avec l'air atmosphérique, on le fixe à l’aide d’un bouchon sans cependant le fermer hermetiquement, dans un vase peu élevé mais d’un assez grand diamètre afin de pouvoir l'introduire commodement dans l'appareil A. Le tube étroit 5 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 (fig. 83), dans laquelle on a vissé un robinet surmonté d'une pompe et muni latéralement d’un tube recourbe 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 (fig. 84), l'extrémité i de cette aile étant tournée vers le haut, l’eau se rend du tube 2 dans le tube e aussitôt qu’on soulève le piston: Si l’on place l'aile dans une situation horizontale, en tournant l'extrémité : du côté opposé au tube, la communication avec le tube g se trouve interceptee (ig. 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 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'etat du mercure dans les tubes.

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

ATMOSPHÉRIQUE. 193 d’air atmosphérique indique la pression employée. Des expériences exactes faites de cette manière ont prouvé queles gaz qui ne se liquéfient ni sous une forte pression ni à une température très-basse, tels que l’oxigene, 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, derogent un peu à cette loi, lorsque la pression employée ne s'éloigne que de quelques atmospheres 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 liquefie 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 2, le volume de l'air atmosphérique est au volume de l'acide sulfureux, sous une pression de 2 atmosphères, dans le rapport de 1: 0,9998 , sous une pression de 3 atmospheres comme 1 :0,9827 et sous une pression de 3,1889 atmosphères comme 1 : 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.