CONDENSATION DES SUBSTANCES GAZEUSES PAR LES CORPS SOLIDES

Si les corps gazeux se comportent à l'égard des corps solides comme le font ceux-ci à l'égard des corps liquides, il se trouvera condensé à la surface d'un corps solide quelconque, une couche mince du gaz qui entoure ce corps; et l’on doit admettre que cette couche a le plus de densité aux endroits les plus rapprochés du corps, qu'elle y est même liquide, si le gaz peut prendre cet état sous une basse pression. Lorsqu'on fait passer un charbon éteint sousle mercure dans un cylindre (fg.197) contenant un volume d'acide carbonique égal à environ vingt fois celui du charbon, le gaz sera condensé en quelques instans par le charbon, et le mercure montera jusqu'au sommet du cylindre; si l’on y fait arriver de l'eau , une partie de l'acide sera expulsee du charbon. Le charbon abandonne également l'acide carbonique, soit qu'on le place sous le récipient de la machine pneumatique, soit qu'on l’Echauffe. Cette opération n’altere pas l'acide carbonique, qui n’est qu’absorbe par le charbon. On peut faire la même expérience avec beaucoup d'autres gaz. Pour se former une idée de l'étendue de la surface que présente le charbon de bois par cela qu'il conserve la forme des vaisseaux ligneux , en

EAU. 391 vertu de laquelle il devient capable d’une pareille condensation, on n’a qu'à se figurer une caisse divisée en compartimens cubiques et d’egale grandeur par des cloisons perpendiculaires entr’elles (fig. 198 ); abstraction faite de la surface extérieure de la caisse et de l'épaisseur des cloisons, les surfaces des cloisons prises ensemble seront entr’elles dans des caisses de même forme et traversées par un nombre différent de cloisons, comme la racine cubique du nombre des compartimens, ou comme les faces des compartimens formées par les cloisons. Une caisse à huit cases présente par conséquent une surface double de celle d’une caisse vide. Que le charbon résulte d’un bois à cellules d'une grandeur de =; pouces cubes et de la forme indiquée, la surface exterieure d'un pouce cube vide étant de six pouces carrés, la surface totale des cellules renfermées dans un pouce cube de charbon s'élève à 14,400 (= 6 X 2400) pouces carrés — 100 pieds carrés. Quoique ces considérations soient de l'espèce de celles que j'ai déjà faites sur les substances en poudre, j'ai cru devoir les reproduire ici, par la raison qu'on n’a encore fait sur l'absorption des gaz par les corps pulvérulens que des observations aussi peu nombreuses qu'incomplètes ; au contraire, on ne manque pas d'expériences précises sur les corps poreux et notamment sur le charbon de buis. C’est ainsi qu'on a trouvé qu'à la température de 12°, et sous la pression barométrique de 26,895 pouces, une mesure de ce charbon absorbe :

Mesures.

(Gaz ammonic 90 » acide hydrochlorique 85

» acide sulfureux 65

» hydrogène sulfure 55

» oxidule d’azote ‘1 40

» acide carbonique IR

» oxigene 9,25 » azote 7,5

» hydrogène 1,75

L’absorption est complète après 36 heures. Si l’on diminue la pression en soulevant le tube dans lequel se trouve le charbon jusqu'à ce que le niveau du mercure à l’intérieur du tube soit à la hauteur déterminée par la pression qu'on veut produire, le charbon absorbera un volume plus grand, mais une quantité plus petite de gaz. Sous une pression de 27 pouces, il absorbe 34 1/, mesures d'acide carbonique, et sous celle de 9 5/4 pouces, 69 mesures occupant 25 mesures sous 27 pouces. Le pouvoir absorbant deeroit également à mesure que la température s'élève. Introduit dans un mélange de différens gaz, le charbon absorbe de chacun d’eux des quantités à peu près proportionnelles à son pouvoir absorbant et à la quantité de ces gaz; la même chose arrive lorsqu'on transporte dans un autre gaz un charbon déjà engaze. La quantité plus ou moins grande de cet autre gaz détermine celle du gaz absorbé que le charbon abandonne. L'eau développant les mêmes phénomènes avec les mélanges gazeux, et les faits ayant été constatés sur ce liquide d'une manière tellement précise qu’on peut les considérer comme une loi, tandis que les observations faites jusqu'ici sur le charbon sont bren loin d'avoir atteint ce degré d’exactitude, je revieudrai incessamment sur ce sujet en traitant de la manière dont les liquides se comportent à l'égard des gaz. Quelques mélanges gazeux seulement, par exemple, celui des gaz

EAU, 393 hydrogène et oxigène, sont absorbés en plus grande quantité par le charbon, qu'ils ne devraient l'être en vertu du pouvoir absorbant de ce corps sur chacun des gaz considérés séparément.

Un charbon à grandes cellules, celui du liege, par exemple, n'absorbe pas de quantité sensible d'un gaz quelconque ; le charbon du pin, dont les cellules sont plus grandes que celles du charbon du buis, condense à peine moitié autant de gaz que ce dernier. Quoique l'absorption des gaz par des corps également celluleux dépende de l'étendue de la surface, néanmoins la nature des substances imflue aussi dans beaucoup de cas sur l'effet produit, comme cela s'observe dans tous les phénomènes décrits ci-dessus et résultant de l'attraction à de petites distances. C'est ainsi que tel corps condense les gaz en proportions plus grandes que tel autre corps; par exemple, le bois poreux absorbe proportionnellement plus de gaz hydrogène que de tout autre gaz. C'est la aussi incontestablement la raison pour laquelle les gaz ne sont pas absorbés en quantités grande facilité avec laquelle ils se liquéfient par la pression ; quoique, généralement parlant, les gaz qu’une certaine pression peut

proportionnelles à la plus ou moins

rendre liquides soient absorbes en plus grande quantité que les autres.

Dans cette absorption, de même que partout où des gaz se condensent, il ya dégagement de chaleur. Un thermomètre dont on enfonce la boule dans un charbon qui absorbe du gaz acide carbonique, s'élève de plusieurs degrés; le gaz absorbé étant expulsé du charbon sous le récipient de la machine pneumatique ou au moyen d'un autre gaz absorbable en moindre quantité,

le thermometre descend. A quelques exceptions pres, les gaz absorbes par le charbon sont susceptibles d’en être expulsés de nouveau sans altération, par la chaleur, par exemple, comme l'acide carbonique, voire aussi un mélange des gaz hydrogène et oxigène. Lorsqu'on laisse pendant très long-temps du charbon en contact avec le gaz oxigène, celüi-ci est continuellement absorbe et transformé en acide carbonique , quoiqu’avec lenteur et dans une progression décroissante. Mais le phénomène le plus important est celui qu'offre un mélange de gaz hydrogène sulfuré et de gaz oxigène lorsqu'on y introduit un charbon, car il se produit alors une detonation, de l’eau se forme et du soufrese dépose, de sorte que la condensation simultanée des deux gaz donne Jieu à une combinaison chimique et à une inflammation, Déjà précédemment pour l'explication des pyrophores. (p.230), nous nous sommes appuyé sur ce phénomène, qui offre une transition directe à linflammation des, gaz hydrogène et oxigène par des corps en poudre poreuse, dont:on sait également par expérience, qu'ils absorbent les gaz , particulièrement le gaz hydrogène, en grande quantité.

„L’ecume de mer, le schiste happant, l'asbeste, l'hydrophane, le gypse, la soie et la laine, qu'on a purgés d’air au moyen de la machine pneumatique, absorbent les gaz à l'instar du charbon; un grand nombre de corps pulvérulens jouissent de la même propriété. On n'a cependant pas encore examiné convenablement plusieurs phénomènes que présentent ces derniers surtout, par exemple, celui de la perte que la pulvérisation fait éprouver au pouvoir absorbant du charbon.

Beaucoup plus frappans sont les phénomènes que dé-

veloppent les substances poreuses ou pulverulentes lors de leur contact avec des gaz susceptibles de se liquefier à la température ordinaire , par exemple, avec la vapeur d'eau ou d’autres vapeurs de cette espèce. Le charbon qui reste pendant quelque temps exposé à l'air, gagne 10 à 20 pour cent en poids, en attirant dans ses pores et ramenant à l'état liquide la vapeur aqueuse de l'air. Une chaleur ménagée lui fait exhaler cette eau sans altération ; mais qu'on pousse le feu avec rapidité, il se développe des gaz combustibles, probablement du gaz oxide de carbone et du gaz hydrogène. La haute temperature dont jouit la flamme résultant de la combustion de ces gaz, est probablement la cause pour laquelle les gens de l’art donnent la préférence au charbon qui a séjourné pendant quelques mois dans l'air, lorsqu'il s’agit de produire une forte chaleur quoique une partie de celle engendrée par la combustion devienne latente pour former de la vapeur aqueuse. Les corps pulvérulens attirent de la même manière l'humidité de l'air. Une poudre rougie au feu, par exemple, de la silice ou de Yalumine, et exposée pendant quelques instans seule: ment (ce cas arrive souvent dans les expériences chimiques) à l'air sur la balance, augmente de poids; lorsque dans un tube de verre scellé par un bout l’on chauffe une telle poudre, qui a été plus long-temps en contact avec l'air, on peut voir des gouttes d’eau se déposer sur les parties les moins échauffées de ce tube. Un sol argileux en condensant de cette manière le gaz aqueux de l'air conserve de l'humidité aux racines des plantes sans qu'il pleuve. Le bois et d'autres substances de cette espèce absorbent de l'air même incomplétement saturé de vapeur d’eau une quantité suffisante d'humidité pour

se gonfler. Les cordes précipitent des quantités d'eau proportionnelles au degré d'humidité de l'air, de sorte que flasques à l'air sec elles se roidissent à l’air humide ; cette contraction provient de lamanière dont la corde est faite, Les cheveux, les fanons de baleine et d’autres substances de cette espèce absorbent l'eau d'une manière si régulière en la suçant à l’instar d'une éponge, qu’elles servent d'hygromètre par l'allongement qu'elles prennent. Le cheveu fixé en a ( fig. 199) s’enroule inferieurement en ce autour d'un arbre au-dessous duquel il est tendu à son extrémité par un petit contre-poids d. L'arbre porte ün index e, mobile avec lui et indiquant sur un cerclé gradué de combien le cheveu s’allonge ou se raccourcit. On introduit d’abord cet instrument dans une . Caisse contenant du chlorure de calcium rougi au feu et en vertu de sa grande affinité pour l'eau, propre à y dessécher l'air aussi parfaitement que possible; on marque o° au point où s'arrête l'aiguille. On place ensuite l'instrument dans une caisse dont les parois sont fortement mouillées afin que l'air puisse s'y saturer complétement d'humidité; le cheveu s’allonge et l’on indique par 100° le point du cercle où l'aiguille reste stationnaire. À l’aide d’une table renfermée dans plusieurs ouvrages de physique on peut déduire de la marche de cét hygromeire et de la température de l'air, à quelle température l'air est saturé de l'humidité qu'il contient ou combien de gaz aqueux il contient en général. Au réste, comme on n’a pas encoré trouvé de substance propre à cet hygromètre et qu'il s'altère plus ou moins avec le temps, on doit lui préférer celui qué j'ai décrit ci-dessus (p. 340). Les corps poreux absorbent également d'autres vapeurs, par exemple, celles de l’é-

EAU. | 397 ther et de l'alcool, et cela, de la même manière que la vapeur aqueuse ; c'est ce qu'on remarque facilement pour les substances qui répandent une forte odeur, comme, par exemple, les gaz qui se forment lorsqu'on fume du tabac et dont l'odeur reste long-temps imprégnée dans les cheveux, dans les habits et dans le papier; il en est de même quant au gaz hydrogène sulfuré et d’autres gaz de même espèce:

Il est plus facile de rendre sensible la condensation des gaz qui s'opère à la surface des masses solides et compactes ou en général plus grandes, par exemple, à la surface des vaisseaux en verre; cet objet exerçant une grande influence dans plusieurs expériences , on n’a pas laissé de recueillir les faits qui s’y rattachent. Qu'on verse dans un tube barométrique vide du mercure, bien purgé d'air par l’ebullition et refroidi sous la machine pneumatique afin d'éviter toute nouvelle absorption, et qu'on écarte soigneusement du verre la moindre bulle d'air perceptible au microscope, on remarquera, en faisant bouillir le liquide, qu'il'se développe encore des bulles d'air sur le verre. Après avoir fait bouillir le mercure dans le tube de verre pendant assez long-temps pour que tout l'air soit expulsé, qu'on introduise dans ce tube du mercure agité avec de l'air et de l'eau, et séché seulement à l'air, au moyen d’un entonnoir à bec assez long et assez étroit pour descendre jusqu’au fond du tube, et qu'on soumette à la chaleur de l’ebullition du mercure la partie du tube où se trouve le mercure ainsi introduit, la partieinferieure par conséquent, il ne se développe plus de bulles gazeuses ; d'où il suit que le développement des bulles dans la première expérience provenait de l'air condensé à la surface du

verre. Ainsi dans chaque bocal en verre rempli de mercure, ce métal est séparé de toutes parts du verre par une couche d'air ‚et c'est par cette couche que communiquent avec l'air extérieur les divers gaz qu’on isole de l'air à l’aide du mercure dans des cylindres, tubes ou autres appareils renversés. Voilà pourquoi il s’échappe en peu de temps des quantités sensibles du gaz hydrogène qu’on conserve sur le mercure dans un tube gradué (en quatre jours, par exemple, il s’en dissipe quatre pour cent dans un tube de :/, pouce de diamètre). Voilà pourquoi aussi différens gaz contenus dans les vases renversés sur le mercure et même fermés par un bouchon se dégagent après un certain laps de temps dans l'air atmosphérique qui prend leur place. Cest ainsi qu'un vase où l’on avait introduit un mélange de deux volumes de gaz hydrogène et d'un volume de gaz oxigène contenait de Fair atmosphérique ordinaire après un séjour de quinze mois sur le mercure. Cet échange s'opère d’ailleurs avec assez de lenteur pour ne pas influer sur, les expériences ordinaires qu’on fait avec les gaz dans un intervalle de temps peu considérable. Cependant pour quelques instrumens, notamment pour le baromètre, cette circonstance mérite d’être prise en grande considération. La convexité de la surface du mercure dans le tube barométrique se dissipe en raison de la manière plus ou moins complète dont l'air est expulsé par l'ébullition ; cette surface devient horizontale et enfin concave, de sorte qu’alors le verre se comporte à l'égard du mercure tout comme à l'égard de l'eau, et que cette seule couche mince d'air cause la difference entre la tenue du mercure et celle de l’eau, quant à l'adhésion au verre. Cette couche d’air se rétablit à la

EAU. 399 longue dans le baromètre, l'air atmosphérique siinsinuant de nouveau insensiblement le long des parois du tube, et sa quantité allant toujours en augmentant, de telle sorte qu’au bout d'un certain temps on y remarque très distinctement une bulle. d'air lorsqu'on l'incline. Pour obvier à cet inconvénient et pour intercepter la communication avec l'air extérieur, on se sert d’un anneau de platine, pour lequel le mercure a plus d’attraction que l'air, et on le soude ou ‚on le mastique à la base du tube de verre, si le baromètre est à cuvette, ou bien un peu au-dessous du niveau le plus bas du mercure dans la branche ouverte, si le baromètre: est à siphon.

Un corps solide venant à condenser à sa surface des vapeurs, dans lesquelles, ramenées;à.l'état liquide; il. puisse se dissoudre, sa surface deviendra moite, quelquefois même il se liquifiera en absorbant assez de vapeurs pour former une dissolution parfaite. Les phénomenes de cette espèce, qu'on remarque. ordinairement, ne s’operent qu'avec la vapeur d'eau ,.et ce, avec la vapeur d’eau contenue dans l'air atmosphérique. Le sel de cuisine reste intact dans l'air sec, mais il s’humecte dans l’air à peu près saturé de vapeur aqueuse. Le chlorure de potassium, le carbonate de potasse , l'hydrochlorate de magnésie et beaucoup d’autres substances precipitent de l'air assez d'humidité pour s’y dissoudre intégralement, et la dissolution elle-même ne cesse de produire ce même phénomène que quand il se sera établi un certain équilibre entre la quantité d'eau absorbée et le degré hygrométrique de l’atmosphère. La quantité de vapeur, dont une substance soluble dans l'eau peut dépouiller l'air, dépend par conséquent en partie de

l'attraction réciproque de ce corps et de l'eau, en partie de la quantité de vapeur aqueuse que l'air renferme à une température et sous une pression déterminées.

Lorsqu'un corps liquide passe à l'état de gaz, la chaleur ajoutée surmonte l'attraction mutuelle des molecules de ce corps. Lorsqu'un corps se trouve dissous dans le liquide, l'attraction mutuelle de ce corps et du liquide doit aussi être vaincue par la chaleur, de sorte que le point d’ebullition diffère suivant que le liquide est pur ou qu'il tient des corps en dissolution. C’est ainsi qu'une dissolution aqueuse et saturée

de sel cuisine entre en ébullition à 109°,0

» sel ammoniac » 114°,4 » salpêtre » 1150,6 » carbonate de potasse » 140°,0

Plus une dissolution est étendue, plus son point d’ebullition s'approche de celui de l’eau ; la concentration le fait monter insensiblement en éliminant de l'eau.

Le haut point d’ebullition du chlorure de calcium dissous sert avantageusement à la concentration ou à l'évaporation des liqueurs , lorsqu'on veut éviter toute secousse, tout bouillonnement, toute altération par la chaleur, alors qu'on ne veut pas exposer les vaisseaux au feu nu; ce qui n’est pas sans danger pour ceux en verre ou en porcelaine. A cet effet, on place dans une chaudière en cuivre chauffée directement, la capsule ou chaudière ce (ig. 200) contenant le liquide, par exemple, une dissolution de substances végétales dans l'eau; du moment que la dissolution de chlorure de calcium aura atteint un certain degré de concentration, elle ne perdra plus d'eau, toute la chaleur qu’elle recevra se portera au vase intérieur pour évaporer l’eau contenue

EAU. 401 dans ce vase. Pour plus de sûreté la chaudière infé- rieure est munie d'un robinet e, à l'aide duquel on peut mettre l’espace intérieur en communication avec l'air, lorsqu'on le juge nécessaire, Pour atteindre le même but on peut également introduiré différens vaisseaux en porcelaine, en verre ou d’autres objets de cette espèce dans une grande chaudière servant à échauffer une dissolution de chlorure de calcium.

Ecornensarron DEE SUBSTANCES GAZEUSES TAR LES CORPS LIQUIDES.

La force qui opère la condensation des gaz à la surface des corps solides, doit naturellement produire le même effet à la surface des corps liquides; mais les molécules liquides ‘pouvant glisser les unes sur les autres, les gaz y pénètrent, en sont absorbés et augmentent le volume du liquide, La quantité de gaz susceptible d’être absorbée de cette manière dépend de l'attraction que les particules liquides exercent entre elles et sur celles du gaz, et de l'attraction réciproque des molécules du gaz les unes pour les autres, de sorte que chaque liquide absorbeles gaz dans des proportions qui lui sont relatives et particulières, et généralement en moindres quantités les gaz qui exigent une pression plus forte pour se liquéfier, et qui présentent par conséquent une plus grande répulsion moléculaire à vaincre, Il y a donc des gaz que les liquides absorbentabondamment, tandis que d'autres ne lesabsorbent qu’entres faibles quantités ; l'eau dissout à peu près la moitié de son poids d'acide hydrochlorique, et seulement — de gaz azote. De la, même manière une dissolution concentrée de chlorure de cal-

cium condense encore à 120° une grande quantite de

vapeur d’eau, portée à la même température et jouant par conséquent le rôle d’un gaz; et l'acide sulfurique, déjà pourvu de l’eau avec laquelle il peut se combiner chimiquement, absorbe à 120 degrés encore une égale quantité pondérable de vapeur aqueuse, élevée au même degré de température. Plus la température est basse, plus l'absorption d’un gaz est abondante. Jusqu'ici l'on n’a pas encore trouvé de loi générale pour les phenomènes que développent les gaz capables de se dissoudre en grande quantité dans l’eau ; il n'est pas même invraisemblable, ainsi que je le demontrerai bientôt, qu'une affinité chimique entre le gaz et le liquide ait une certaine part dans l’action; je décrirai aussi avec plus de détail ces phénomènes, en traitant des gaz mêmes, dont plusieurs, entr’autres l'acide hydrochlorique et l’ammoniaque , sont très importans pour le chimiste. Neatmoins pour les gaz dont l’eau absorbe un volume à peu près égal au sien , ou moins , il existe sous ce rapport une loi simple; en effet, quelque grande que soit la pression, que le gaz soit resserré ou dilaté, toujours la même quantité en volume se dissoudra dans le liquide. Quant à ces gaz, jexposerai ici les phénomènes communs à tous. On doit d'abord, par l’ébullition, purger complétement de l'air absorbé les liquides sur le pouvoir absorbant desquels, pour différens gaz, on se pro-. pose de faire des expériences scrupuleuses. Pour l'eau, on remplit facilement ce but à l’aide d'une ébullition soutenue pendant plusieurs heures; on réussit moins bien pour l'alcool et l’ether, ces liquides entrant en ébullition à une température plus basse que l’eau. Lorsque le liquide peut dissoudre plus de :/, de volume des gaz que l’on considère, on fait monter ceux-ci dans un tube

rempli de mercure et d’un diamètre d'environ quatre centimètres, on les agite avec le liquide qu'on introduit ensuite, et au bout de quelques jours on détermine la quantité de l'absorption. Quant aux gaz dont le liquide ne peut pas condenser %, de son volume, on en remplit entièrement un flacon au dessus du mercure; on fait passer de ce flacon dans un autre une partie du gaz, par exemple 1/4: environ, dont on détermine exactement la quantité, et l'on introduit dans le premier flacon une quantité suffisante du liquide, de l’eau par exemple, pour en expulser de nouveau le mercure qui s'était substitué au gaz qu'on a fait sortir. On agite alors violemment l'eau dans le gaz, l'on ouvre le flacon sous l'eau pour y laisser entrer une quantité de ce liquide égale à celle du gaz condensé, et on le referme. La capacité du flacon se détermine en le pesant d’abord vide et ensuite rempli d'eau. La quantité de gaz qu'on a fait passer dans le second flacon fait connaître celle de l’eau qui a déplacé ce gaz, et celle du gaz absorbé par cette eau résulte du poids de l’eau qui s’est élevée dans le flacon au moment où on l'a ouvert sous ce liquide après l'absorption. J'ai déjà montré précédemment la manière dont il faut tenir compte, dans ces expériences, des variations de température et de pression. Par des expériences très subtiles faites d'après ces méthodes, on a trouvé qu'à 10°, 100 mesures des liquides indiqués dans la colonne supérieure absorbent respectivement les quantités de différens gaz indiquées à côté du nom de chaque gaz. |