CHAPITRE II

i}<?5 y apeurs dans le vide.

226. Les vapeurs se forment lentement dans l'air et instantanément dans le vide. — Lorsqu’un liquide est exposé au contact de l’air, il arrive ordinairement qu’il diminue peu à peu et qu’après un temps plus ou moins long il disparaît tout- à-fait. Ainsi , l’eau qui couvre la terre après les pluies ne résiste pas au souille d’un vent sec ou à l’action prolongée du soleil ; elle se dissipe en quelques jours , et ce n’est pas seulement parce qu’elle s’infiltre dans ie sol, mais aussi parce qu’elle s’exhale dans les airs. Au reste , on en voit la preuve dans ce qui arrive à un vase plein d’eau, exposé à l’air libre ou même dans un appartement; l’eau décroîtd’instant en instant, et enliu il ne reste au fond du vase que les corps étrangers qu’elle tenait en dissolution. Le même phénomèrîe*se produit avec une rapidité encore plus grande lorsqu’on fait bouillir un liquide par l’action du feu ; le liquide n’est absorbé ni par le vase ni par le feu , et cependant il disparaît en quelques heures. De ces diverses observations l’on peut conclure que les liquides changent d’état, qu’ils deviennent invisibles et prennent une force expansive comme les gaz; c’est ce que l’on exprime en disant qu’ils se vaporisent ou se réduisent eh vapeurs. Les corps sont d’autant plus volatils qu’ils se vaporisent ou qu’ils se volatilisent plus promptement et à des températures moins élévées.

On peut remarquer aussi que , dans certains cas , ce n’est pas le liquide tout entier qui passe à l’état de vapeur. Cela

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arrive lorsqu’il est un mélange de plusieurs corps différens qui se peuvent séparer par Y évaporation', alors les parties plus volatiles s’exhalent en plus grande abondance, et ce qui reste n’est plus composé des mêmes élemens ou du moins il n’en est plus composé dans les mêmes proportions.

Pendant long-temps on a supposé que les vapeurs ne pouvaient ni se former ni subsister par elles-mêmes, mais qu’elles prenaient naissance à la surface des liquides par l’action dissolvante de l’air, et que celte mêîne cause était encore nécessaire pour les maintenir suspendues dans l’atmosphère. Pour montrer la fausseté de cette opinion et en même temps pour étudier les propriétés remarquables des vapeurs, le moyen le plus simple consiste à leur offrir un espace vide d’air et de gaz , dans lequel elles puissent se développer librement par elles-mêmes. Le vide barométrique est éminemment propre à ce genre d’expériences ; non-seulement parce qu’il est aussi parfait qu’il soit possible , mais aussi parce que, la colonne de mercure étant mobile, elle peut indiquer, par sa dépression, l’énergie de la force expansive qui s’exerce sur son sommet.

Supposons donc que , dans une large cuvette ce' {Figi 197), on dispose deux baromètres b et b', qui donnent très-exactement la pression de l’atmosphère , et qu’ensuite, au moyen d’une pipette recourbée, on fasse passer une petite quantité d’eau dans le tube du baromètre b'. L’eau s’élève , en vertu de sa légèreté spécifique , elle arrive bientôt dans le vide de Toricelli , et , à l’instant , on voit le sommet de la colonne qui descend de plusieurs millimètres. Ce n’est pas le poids de la petite colonne d’eau supérieure qui a pu déprimer le mercure, ce n’est pas non plus l’air qu’elle aurait pu contenir et qui se serait dégagé; car nous la supposons parfaitement purgée d’air. Il faut donc que la substance propre de l’eau se soit vaporisée dans le vide, et que sa vapeur ait une propriété pareille à celle que nous avons appelée la force expansive , la

force élastique ou la tension des gaz ; car elle agit comme ferait une petite quantité d’air que l’on aurait fait passer au dessus du mercure.

La mesure de celte force élastique est donnée par la dépression , c’est-à-dire par l’abaissement du sommet t au dessous du sommet c , ou en général par la différence de hauteur entre le vrai baromètre b et le baromètre à vapeur b'; en effet, si le sommet t est déprimé, par exemple , de quinze millimètres au dessous du sommet c , c’est qu’il s’est développé dans le vide au dessus de t une force élastique qui fait équilibre à cette colonne de mercure de quinze millimètres.

Un troisième baromètre b" , que l’on mettrait à côté des deux premiers et dans lequel on ferait passer un autre liquide, de l’éther sulfurique par exemple, éprouverait aussi une dépression instantanée , et une dépression beaucoup plus grande que celle du baromètre b'; car, en faisant l’expérience à la température ordinaire , le sommet tomberait à peu près à la moitié de la hauteur du baromètre b. D’où il résulte que , dans ces circonstances , la force élastique de la vapeur d’éther sulfurique est à peu près une demi-pression atmosphérique.

M. Gay-Lussac a fait construire un appareil qui est trèscommode pour montrer au même instant les différentes forces élastiques des différentes substances et pour en donner la mesure. La figure 200 en représente une coupe verticale. aa! est un axe en bois ou en fer, qui peut tourner sur lui-même en s’appuyant en a , au fond d’une large cuvette cc', et en a', à l’extrémité du support pp ; d et d' sont deux disques solides , fixés perpendiculairement à l’axe et portant de petites ouvertures correspondantes , dans lesquelles on fait tenir des tubes barométriques; rr'est une règle divisée qui peut monter ou descendre , et dont l’extrémité inférieure est terminée en pointe , afin qu’au moment de l’expérience on puisse l’amener plus sûrement

IIe PART., CIIAP. If. - VAPJURS. 325

à affleurer le niveau du mercure; v est un vernier qui parcourt toute la longueur de la règle et au moyen duquel on estime les vingtièmes de millimètre. Dans l’un des baromètres , le vide est au dessus de la colonne , dans les autres on fait passer des corps différens , de l’eau , de l’alcool , des éthers , du camphre, du musc, etc.; et l’on reconnaît ainsi que les vapeurs de tous ces corps se forment instantanément dans le vide , et qu’elles y prennent des forces élastiques différentes. Pour en avoir la mesure exacte , il suffit de faire tourner l’appareil et d’amener vis-à vis la règle divisée le tube dont on veut connaître la dépression.

227. Dumaximum de tension des vapeurs. — Il est évident que la force expansive des vapeurs s’exerce , dans tous les sens , comme la force expansive des gaz ; il est évident aussi qu’elle siexcrce indéfiniment , c’est-à-dire qu’une quantité de vapeur, quelque petite qu’elle soit , se répand de toutes parts dans un espace vide, quelque grand qu’il puisse être , et qu’elle va s’arrêter aux parois qui limitent cet espace en y exerçant une pression plus ou moins forte. Ainsi la moindre parcelle d’eau devient capable , en se vaporisant , de prendre un volume de plusieurs milliers de mètres cubes , comme ferait la moindre parcelle d’air en se répandant dans cet espace. Mais si les vapeurs ont une force expansive indéfinie , par laquelle elles peuvent prendre des volumes indéfiniment grands , elles n’ont pas une force élastique indéfiniment croissante, par laquelle elles puissent résister aux pressions qu’on exerce sur elles , et se réduire à prendre des volumes de plus en plus petits : nous allons voir en effet que, de la vapeur étant donnée , si on essaie de la comprimer, pour augmenter sa force élastique , on arrive à un point où cette vapeur se condense et repasse à l’état liquide plutôt que de prendre une force élastique plus grande; c’est cette limite de résistance à dire liquéfiée que l’on appelle la tension

maximum de la vapeur. Celle vérité fondamentale peut être démontrée facilement , au moyen du baromètre h cuvette profonde , et qui est représenté figure 1 gG ; son tube t est très long et sa cuvette ce' a plusieurs pieds de profondeur. Après avoir fait bouillir, dans toute sa longueur, le tube plein de mercure , on achève de le remplir avec une colonne d’éther de deux ou trois centimètres d’épaisseur, et ensuite on le retourne verticalement pour le plonger dans la cuvette. L’éther gagne la partie supérieure du tube, une partie reste h l’état liquide et l’autre se vaporise dans le vide , de manière à produire une dépression considérable. La colonne ns aura , par exemple , 4oo millimètres de hauteur, au lieu de 760 qu’elle prendrait , s’il n’y avait pas de vapeur. Cela fait, on enfonce le tube dans la cuvette , pour essayer de réduire h un moindre volume la vapeur qui s’est formée, et on 'observe alors^deux phénomènes remarquables : premièrement , la colonne de mercure sn conserve exactement la même hauteur, ce qui prouve que la force élastique de la vapeur reste la même; secondement , la couche d’éther liquide augmente sensiblement d’épaisseur , à mesure que l’on enfonce , ce qui prouve que la vapeur se condense plutôt que de se laisser comprimer dans un moindre espace. Enfin , si l’on enfonce le tube au point de réduire de plus en plus la chambre barométrique , toute la vapeur disparaît et repasse h l’état liquide , sans que le sommet s ait éprouvé le moindre abaissement. Donc la vapeur d’éther a un maximum de force élastique. On peut même remarquer que c’est d’elle même qu’elle prend ce maximum , sans qu’il soit besoin de la comprimer pour la forcer à l’atteindre ; et il en est toujours ainsi tant qu’elle est en contact avec le liquide qui lui donne naissance; car, en soulevant le tube pour agrandir la chambre barométrique, on observe encore que la colonne de mercure conserve la même hauteur sn , tandis que la couche liquide diminue de plus en plus. Ce qui est