DEUXIÈME PARTIE

Changement d’état des Corps ,

De la Fusion et de la Solidification.

222. Eusion. — II est facile de reconnaître que la fusion ou le passage de l’état solide à l’état liquide est un phénomène produit par la chaleur, et qu’aucune autre cause dans la nature ne peut déterminer les corps h ce changement d’état : la glace peut être brisée ou réduite en poussière, elle peut être soumise h toutes les puissances mécaniques et à tous les agens naturels, sans cesser d’être un corps solide , h moins que la chaleur ne vienne exercer sur elle son action pour la convertir en eau. II en est de même de la cire, et lorsqu’on la voit foudre aux rayons du soleil, on sait bien que c’est par l’effet de la chaleur qu’elle entre en fusion , et non par l’effet de la lumière ; et si le plomb peut se liquéfier et devenir coulant , lorsqu’on le bat sur une enclume à coups redoublés , c’est que la compression et la percussion dégagent de la chaleur tout-à-fait semblable h la chaleur d’un foyer. Aij|si , l’état de solidité ou de fluidité d un corps est un état relatif , dépendant uniquement delà température à laquelle ce corps est soumis. A une autre distance du soleil , la terre prendrait une autre consistance

3 1 4 livre II. DE LA CHALEUR.

et un autre aspect : si elle en était plus voisine , les métaux seraient pour la plupart dans un état habituel de fusion, et les profondeurs de la mer, au lieu d’être remplies d’eau, pourraient bien être remplies de substances métalliques liquéfiées ; au contraire , si elle en était plus éloignée , la mer serait une masse solide, il n’y aurait plus d’eau coulante et probablement plus de liquide en circulation pour produire les phénomènes organiques de la végétation et de la vie.

La chaleur pénétrant et dilatant tous les corps, il est curieux de chercher si elle peut pareillement les faire passer tous sans exception de l’état solide à l’état liquide. Or , en examinant sous ce point de vue tous les corps solides, on trouve entre eux de grandes différences : il y en a qui sont très -fusibles et qui ne peuvent soutenir des températures même très-basses sans passer à l’état liquide; tels sont la glace, le phosphore, le soufre, la cire, les corps gras et les résines ; il y en a d’autres qui exigent , pour se fondre , des températures un peu plus élevées , comme l’étain, le plomb et divers alliages; enfin il y en a qui ne peuvent entrer en fusion que par des feux long-temps soutenus et aux plus hautes températures que nous soyons capables de produire; l’or, l’acier, le fer et le platine sont dans ce cas. Les corps qui résistent à ces plus hauts degrés de chaleur sont appelés infusibles , fixes ou réfractaires; et comme nos moyens de développer de la chaleur se perfectionnent de jour en jour, le nombre des substances infusibles a été sans cesse en diminuant. Le charbon paraît être le plus réfractaire de tous les corps : cependant plusieurs physiciens prétendent avoir observé quelques traces de fusion sur les arêtes des diamans qu’ils soumettaient à l’essai. En attcn dant que ce résultat soit constaté , peut du moins conclure par analogie qu’il n’y a pas de corps essentiellement infusibles.

Les substances organiques, étant en général composées de

IIe PART., CIIAP. I. — FUSION. 3 1 5

carbone et d’é.Iémens gazeux plus ou moins volatils , se décomposent souvent par l’action du feu plutôt que de se liquéfier. Le bois , fortement chauffé , se carbonise et ne se fond pas; il en est de même des fruits , des fleurs et des autres tissus végétaux; il en est de même encore des fibres musculaires et de tous les autres tissus des corps vivans. Toutes ces substances organiques se décomposent par la chaleur; Jes produits volatils s’exhalent, et il ne reste en dernier résultat que le charbon et les autres élémens fixes qui leur servent de bases.

Pluiieurs corps inorganiques se décomposent aussi avant de se fondre, et il a fallu l’esprit inventif de Ifal} pour démontrer leur fusibilité. Son procédé consiste à chauffer ces corps en les maintenant sous une haute pression , de telle sorte que les élémejis les plus volatils ne puissent pas s’exhaler. C’est ainsi que Hall a fait fondre du marbre , sans qu’il se convertît en chaux, et qu’il a démontré pareillement la fusibilité d’un grand nombre de substances volcaniques. Ces résultats sont importans pour discuter l’origine et la formation des diverses couches dont se compose la terre.

220. Conditions de la fusion. — Lorsque les corps passent de l’état solide à l’état liquide, ils présentent deux phénomènes singuliers ( 1 44 ct i4 5); premièrement, ils restent solides jusqu’à ce qu’ils soient arrivés à une certaine température fixe , qui est toujours la même pour le même corps , et c’est alors seulement que la fusion peut commencer; secondement, ils restent à la même température pendant toute la durée de la fusion , quelle que soit la quantité de calorique qu’on leur fournisse; d’où il suit qu’ils absorbent ce calorique pour se fondre , et qu’ils le cachent dans leur intérieur , sans en laisser rien paraître au dehors. Ainsi, la fxité de température , et l'absorption du calorique latent sont les deux conditions essentielles de la fusion. Ces phénomènes peuvent être facilement constatés sur les corps

très-fusibles , dont la température est accessible au thermomètre à mercure , et ils peuvent l’être encore sur les substances peu fusibles , dont on obtient des masses liquides assez considérables pour y plonger quelques-uns des pyromètres dont nous avons parlé. Il y avait près de cent ans que le thermomètre était inventé , que l’on ne connaissait pas encore, d’une manière certaine , l’invariabilité du point de fusion des corps; on croyait que la glace, par exemple, devait entrer en fusion à diverses températures , suivant la latitude ou l’élévation des lieux où elle était formée. La première condition de la fusion une fois démontrée, il fallut encore plus d’un demi-siècle pour constater l’autre, c’est-k-dire l’absorption du calorique latent; car ce fut en 1765 que Black mit cette vérité fondamentale dans tout son jour , et qu’il en fit voir les importantes conséquences. Il est visible que la quantité de calorique latent que prend un corps pour se fondre est proportionnelle à la masse de ce corps qui entre en fusion , et nous verrons plus loin qu’k masse égale , des corps différens prennent des quantités de calorique latent très -différentes ; ce qui suffit pour imprimer à chaque substance un caractère distinctif pareil à celui qui dérive de la densité ou des autres qualités primitives de la matière.

L’affinité chimique est cependant une cause qui peut faire changer le point de fusion des corps , mais il ne paraît pas qu’elle puisse modifier en rien l’absorption du calorique latent : ainsi , la neige ou la glace pilée étant, par exemple, à la température de — io° et en contact avec du sel ordinaire aussi à — io°, la fusion s’opère par la combinaison de ces deux corps , et la température s’abaisse de plus en plus ; ce qui est une preuve évidente de l’absorption du calorique latent. C’est lk le principe de la formation des mélanges frigorifie] ues dont nous nous occuperons plus tard. Dans les combinaisons de cette espèce , la limite du froid que l’on peut produire est déterminée par la température à

Il0 PART., CHAP. I. - - FUSION. 3 I 7

laquelle les élémens de la combinaison cessent d’agir l’un sur l’autre. La neige et le sel, par exemple, n’ayant plus d’action sensible à 18 ou 20° au dessous de o, il est impossible d’obtenir avec ces élémens un froid plus grand que — 18 ou— 20°, puisqu’au delà de ce terme ils cessent de se combiner ; et pour approcher de cette limite autant qu’il est possible, il faut que le calorique latent soit exclusivement fourni par la portion des élémens qui entrent en combinaison.

Ce qui arrive dans les mélanges frigorifiques se reproduit avec quelques modifications dans plusieurs procédés des arts, comme dans l’extraction des métaux, dans la fabrication du verre, et aussi dans les nombreux essais que l’on peut faire au chalumeau , pour la détermination chimique ou minéralogique de diverses substances. On emploie alors ce qu’on appelle fondons , c’est-à-dire des corps qui ont la propriété d’accélérer la fusion des matières avec lesquelles ils sont en contact, à peu près comme le sel accélère la fusion de la glace ou de la neige. Le composé qui en résulte étant beaucoup plus fusible que n’est la substance à laquelle on ajoute le fondant , on peut en tirer parti plus facilement : tantôt on le destine à d’autres combinaisons chimiques, comme il arrive à la mine de fer, quii entre en fusion par le fondant et ensuite se désoxide et se carbonise pour se transformer en fonte; tantôt on le travaille immé diatement , comme le verre tantôt; on observe les nuances de sa couleur pour juger par là des élémens chimiques qui le constituent. M. Dobereiner a démontré , par exemple , qu’en mêlant 207 grammes de plomb , 1 18 d’étain, 284 de bismusth et 1617 de mercure, à la température de 170 le thermomètre descend de suite à— 10°.

Un grand nombre de physiciens ont pris soin de déterminer les points de fusion des dilférens corps , et nous avons rassemblé , dans le tableau suivant , ceux de ces points de fusion qui sont les mieux constatés et qui paraissent être

3l8 LIVRE II. • — DE LA CHALEUR.

d’un usage plus fréquent. Nous avons déjà prévenu qu’il est impossible d évaluer avec quelque confiance les degrés du pyromètre de Wedgewood en degrés centigrades.

Table des points de fusion de différentes substances , en degrés du pyromètre de Vedgewood et en degrés du thermomètre centigrade.

NOMS

DES SUBSTANCES

Degrés

du

pyrom.

Degrés

centési¬

maux.

NOMS

DES SUBSTANCES

Degre's

du

pyrom.

Degre's

centési¬

maux.

Tungstène .

Alliage , 1 atonie de-

Chrome. . .

tain , 1 bismuth. .

Molybdène .

— 1 plomb , 4 étain ,

Manganèse. .....

Sou I re .

Nickel .

Iode .

Fer. . .

2 plomb , 3 étain , 5

Acier .

bismuth .

Cobalt .

5 plomb , 3 étain , 8

Or .

bismuth .

Cuivre. .......

4 bismuth, 1 plomb.

Argent .

1 étain .

Antimoine .

Sodium .

Zinc .

Potassium .

Plomb .

Phosphore .

Bismuth. .*#• • • •

Acide stéarique. . .

Alliage, 5 atomes d'é-

Cire non blanchie. .

tain , 1 de plomb.

ip4

Acide margarique. .

— 4 étain , 1 plomb.

Stéarine. ■. .

— 3 étain , 1 plomb

Spermaceti .

— 2 étain , 1 plomb.

Acide acétique. . . .

— 1 étain > 1 plomb.

Suif. .

— 1 étain, 3 plomb.

Glace .

— 8 étain, 1 bismuth.

Huile de téiébenth. .

— 2 étain, 1 bismuth.

Mercure .

— 3 étain , 1 plomb.

224. Solidification. — Quand les liquides passent à l’état solide , on observe en général deux conditions correspondantes à celles de la fusion ; premièrement la solidification

IIe PART., CïIAP. I. - — FUSION. 3iy

s’opère à une température fixe , qui est celle de la fusion ; secondement , tout le calorique latent , qui a été absorbé pendant la lusion , est reproduit et dégagé pendant la solidification. Il suffit d’un thermomètre ou d’un pyromètre pour démontrer la première de ces vérités; quant h la deuxième , nous ne pourrons indiquer comment on la constate par Inexpérience que quand nous donnerons les moyens de mesurer les quantités de calorique latent. On sait cependant , et cette observation a été faite en 1724 par Fahrenheit , on sait que, dans certaines circonstances , l’eau pure peut être amenée jusqu’à 10 ou 1 20 au dessous de zéro, sans se congeler; c’est une sorte d’exception qui se présente dans quelques autres liquides et surtout dans les corps gras. Ce phénomène , qui a lieu quelquefois à l’air libre , se manifeste plus sûrement quand la surface du liquide ne supporte plus qu’une faible pression , produite par de l’air ou de la vapeur; aussi, pour l’observer, il convient d’enfermer le liquide dans des tubes que l’on scelle après y avoir fait le vide, ou do le placer sous le récipient de la machine pneumatique et ensuite de refroidir graduellement, en évitant, autant qu’il est possible , toute espèce d’agitation. Alors , après un certain degré de refroidissement, il suffit d’imprimer au liquide quelque secousse légère, ou de jeter dans sa masse quelques fragmens d’un corps solide quelconque, pour déterminer à l’instant une solidification plus ou moins complète. En même temps , le thermomètre , qui indiquait l’abaissement de température , s’élève subitement et remonte quelquefois jusqu’au terme naturel du changement d’état du corps. La rapidité de la solidification qui a eu lieu dans ces circonstances , et l’ascension du thermomètre , sont deux phénomènes faciles à expliquer : le calorique latent des premières parties qui se congèlent se porte sur les parties voisines, qui sont encore liquides; il les réchauffe, mais ne les réchauffe pas assez pour les empêcher de se congeler à leur tour; de là le double effet de la prompte solidification

3aO LIVRE II. - DE LA CHALEUR.

et du réchauffement. Les dissolutions de sulfate de soude présentent des phénomènes analogues : les dissolutions saturés à chaud laissent peu à peu déposer le sel de soude , lorsqu’elle se refroidissent à l’air libre; mais si on les enferme dans des tubes effilés que l’on scelle à la lampe , après les avoir purgés d’air par l’ébullition , le refroidissement ne donne plus de précipité, et dès que l’on brise la pointe effilée pour laisser entrer l’air, il y a précipité presque subit et élévation de température.

Quand le retour h l’état solide se fait au degré de chaleur ordinaire , il se fait toujours lentement et sans aucune élévation de température. Par exemple, quand l’eau gèle à o, la congélation commence en général sur plusieurs points b la fois , et sur tous ces points , les premières molécules qui se gèlent donnent leur calorique latent aux molécules voisines , qui sont par là maintenues à l’état liquide pendant quelques instans de plus. C’est pourquoi on aperçoit d’abord des lames minces de glaces , ou des aiguilles très-fines, ou des fdamens qui se croisent de mille manières dans la masse du liquide. A une certaine distance de ces premiers filamens , il s’en forme d’autres , et ainsi de suite jusqu’à ce que la chaleur latente se soit peu à peu dissipée et que le froid ait pu saisir successivemen t tbutes les molécules liquides pour les réunir en une seule masse solide. Sans le calorique latent , la solidification des corps se ferait en un instant ainsi la rapidité de la solidification dépend de l’abondance de la chaleur qui se dégage , et de la facilité avec laquelle elle peut se dissiper.

H2Ô. Une même substance liquide peut prendre, en se solidifiant , des aspects et des propriétés très-différentes. Quand le phénomène se produit lentement et sans trouble, il arrive ordinairement que la substance cristallise et qu’elle prend la plus grande densité dont elle soit susceptible. Au contraire , quand le refroidissement est prompt ou quand la masse liquide est agitée de quelque manière , les molé-

Il0 PART., CHAP. I. - FUSION. ^2 1

cules n’ont pas le temps de sc grouper et de s’arranger, elles se précipitent brusquement et forment un solide dont toutes les parties intérieures sont dans un état plus ou moins forcé. Nous verrons, en parlant des Actions moléculaires , les phénomènes singuliers que présentent , sous ce point de vue, le soufre, le phosphore, le verre et plusieurs autres corps , lorsqu’ils sont subitement refroidis , ii partir d’une température un peu haute , et surtout lorsqu’ils sont forcés h une brusque solidification. Cependant, que la solidification soit lente ou rapide , la plupart des corps diminuent de volume à l’instant de ce passage; tout le monde sait que l’eau éprouve un état contraire , qu’elle augmente de volumeen se congelant, et M. Erman a observé un phénomène analogue dans l’alliage de 4 parties de bismuth , 1 de plomb et 1 d’étain; il se dilate en se congelant, et il a un maximum de densité à l’état solide , vers 44°*

K'K CtCtMC<M-MM «HVC-CCt î>r C-« CC fC £>< OO C-C-