CHAPITRE III

Des vapeurs mélangées avec les gaz.

204- Les liquides qui ne se combinent pas chimériquement peuvent bien être mêlés pendant quelques instans , mais il se séparent peu it peu et se dégagent l’un de l’autre pour se superposer dans l’ordre de leurs densités , comme l’huile se superpose sur l’eau. Si les gaz et les vapeurs avaient des propriétés pareilles , tout serait changé sur la terre : on verrait ,par exemple , les vapeurs qui se forment h la surface des eaux s’élever comme des ballons , en vertu de leur légèreté spécifique, et, poussées de la sorte jusqu’aux dernières couches de l’atmosphère , elles en sortiraient par leur élasticité pour se répandre de toutes parts dans le vide. L’évaporation étant continuelle, cette ascension se renouvellerait sans cesse; h la fin ,les lacs et les bassins des mers seraient à sec , et toutes les eaux de la terre seraient suspendues au dessus de l’atmosphère. Il est donc visible que les fluides élastiques , dans leurs mélanges , n’obéissent pas , comme les liquides , aux lois de la densité. Celte vérité fondamentale a été mise hors de doute par une expérience directe. Berthollet avait fait descendre dans les caves de l’Observatoire deux ballons séparés par un robinet , l’un était plein d’hydrogène et l’autre d’acide carbonique , à la même pression ; après les avoir disposés , l’hydrogène en haut et l’acid» carbonique en bas , on attendit longtemps avant de tourner le robinet pour établir la communication. Les deux gaz étaient certainement h la même température , dans le repos le plus absolu et à l’abri de toute agitation; cependant le mélange se fit assez promptement :

la moitié de l’hydrogène , malgré sa légèreté , descendit dans le ballon inférieur , et la moitié de l’acide carbonique, malgré sa densité , s’éleva dans le ballon supérieur. Ainsi , chacun des gaz pénétra l’autre et s’étendit, par sa force expansive , pour occuper tout l’espace qui lui était offert ; en doublant de volume, chacun prit une élasticité moitié; mais l’élasticité totale resta la même , c’est-à-dire éirale à la somme des élasticités partielles. Ce qui arrive pour deux gaz mélangés arrive pour un plusgrand nombre, et le principe général du mélange des fluides élastiques est le suivant : Lorsqu'on accumule dans le même espace divers fluides élastiques , qui sont sans action chimique, chacun se répand clans toute T étendue de cet espace , et l’élasticité du mélange est égale à la somme des élasticités que prendrait chacun des fluides s’ il était seul. Cette vérité peut être constatée pour les vapeurs , au moyen de l’appareil suivant. t (Fig. 202) est un tube large et gradué, portant à chaque extrémité un robinet en fer; le robinet supérieur s n’est pas percé de part en part , il est seulement creusé, et s’appelle, pour cette raison, robinet à capsule. À sa partie inférieure , le tube t communique an tube t , qui est plus long et plus étroit, l’on peut enlever le robinet supérieur pour faire passer dans l’appareil un courant d’air sec; alors on remet le robinet, on verse du mercure par la branche ouverte , on incline plus ou moins pour faire sortir l’air excédant , et l’on arrive aisément à avoir, dans le grand tube t, de l’air sec, qui se trouve sous la pression atmosphérique. Ensuite on met un liquide au dessus du robinet à capsule , l’on tourne ce robinet toujours dans le même sens, pour faire tomber le liquide goutte à goutte , et l’on observe les phénomènes suivans. On voit le mercure baisser peu à peu, et, en même temps , on voit la couche liquide diminuer d’épaisseur ; donc la vapeur se forme dans l’air et elle se forme lentement ; ce qu’on pourrait conclure aussi des évaporations qui se font librement dans l’atmosphère. Mais, ce qui

IIe PART., CH AP. III. — VAPEURS. 3/|9

est curieux à observer, c’est que cette vapeur a un maximum de tension, et un maximum qui est dans l’air exactement le même que dans le vide. En effet , si l’on verse du mercure par la branche ouverte, pour ramener le mélange gazeux à son volume primitif, on voit que sa force élastique est plus grande qu’elle n’était d’adord , d’une quantité qui est précisément égale à la tc-nsion maximum de la vapeur, pour la température où l’on opère. On arrive encore à la même conclusion , lorsqu’on fait passer le mélange d’air et de vapeurj à des pressions plus fortes , en versant une nouvelle quantité de mercure par la petite branche, ou, lorqu’on le fait passer h des pressions plus faibles en ouvrant le robinet , pour laisser sortir du mercure. Dans tous les cas , en tenant compte des variations de volume que l’air éprouve , on voit que , constamment , la force élastique du mélange est la somme des forces élastiques de l’air et de la vapeur. '

La vapeur, mélangée avec un autre fluide élastique, se condense, par deux causes, comme la vapeur isolée dans le vide; savoir, par un excès de pression ou par un abaissement de température. Ainsi , l’air atmosphérique étant toujours humide, surtout dans les bases régions qui avoisinent la terre, si l’on prend, par exemple, un litre d’air h la température de 2 o°, sous la pression ordinaire de 760 millimètres, et que la vapeur, pour sa part, supporte 10 millimètres de cette pression , l’espace ne sera pas saturé d’humidité , mais en comprimant ce mélange gazeux , on augmentera la tension de la vapeur aussi bien que celle de l’air, et on les augmentera proportionnellement jusqu’à ce que la vapeur atteigne sa tension maximum ; alors , si on exerce une comprcssion’plus grande , la vapeur sera condensée en partie et se déposera sous forme de rosée sur les parois du vase. De même, en reprenant le même litre d’air, si on le refroidissait au lieu de le comprimer, on verrait encore la vapeur sc condenser , et au même degré de refroidissement que si

35o LIVRE II. — DE LA CHALEUR.

elle était seule et sans mélange d’aucun gaz. En généralisant ces conséquences , on voit que, daus un espace donné , dans un litre , par exemple , on peut renfermer autant de substances gazeuses que l’on voudra , sans que ces substances se gênent l’une l’autre ; il faudra seulement exercer une pression égale à la somme des pressions que chacune d’elles peut supporter. Et si un tel mélange était soumis à des pressions croissantes ou à des degrés de froid de plus en plus intenses , il présenterait des phénomènes curieux par la liquéfaction successive des divers* élémens , qui s’arrangeraient ensuite suivant l’ordre de leur densité.

Les mélanges gazeux présentent une question théorique très-importante , c’est la question de savoir si les molécules de diverses natures exercent une pression l’une sur l’autre ; si , par exemple , les molécules d’air pressent les molécules de vapeur d’eau, et réciproquement. Tout semble indiquer qu’il n’y a de réaction mutuelle qu’entre les molécules de même espèce ; cependant nous verrons , en étudiant la propagation du son dans les mélanges de cette nature , qu’il y a une communication uniforme du mouvement vibratoire , qui suppose une action à distance entre toutes les molécules sans distinction.

Pour compléter ces notions générales , nous indiquerons plusieurs problèmes qui peuvent se présenter dans la pratique.

i°. Etant donné un vase inextensible, contenant un volume v de gaz , qui exerce une pression p contre les parois , on demande quelle pression il exercera si l’on y fait passer un liquide dont la vapeur sature l’espace avec une tension maximum représentée par f.

La pression deviendra évidemment p -}- f.

2°. Etant donné un vase indéfiniment extensible, contenant un volume v de gaz , sous une pression p , déterminer le volume qu’il prendra si l’on y fait passer un liquida dont la vapeur sature l’espace avec une tension maximum

11e PART , CHAP. TU. — VAPKUUS.

rcprésentéee par f. On suppose que ni la pression extérieure p , ni la température ne changent pendant celle expérience.

À mesure que la pression intérieure augmente par la formation de la vapeur , elle diminue par l’expansion du gaz ; el comme elle doit , pour l’équilibre , rester égale à la pression extérieure p, il faudra, puisque la vapeur supporte f pour sa part , que le gaz supporte p — f ; donc le

le volume v s’accroîtra au point de devenir —n

5’. Un mélange gazeux a une force élastique p à la température t ; il prend une force élastique p ' à la température i' , sans que son voiume change sensiblement ; on demande s’il s’est formé des vapeurs ou s’il s’en est précipité , et quel est le point d’ébullition du liquide qui a donné naissance à ces vapeurs , s’il y en a.

S’il n’y avait aucune vapeur de développée ou de con-

( 1 4~ al')t

1 —J— ut

densée ,1a pression deviendrait p (1 + aO

ainsi , p ' — p ^ ■' sera la force élastique de la vapeur

perdue ou gagnée.

Supposant que la vapeur est au maximum de tension et voyant quelle est sa force élastique entre les températures t et t' , on peut , d’après la loi de Dalton , trouver son point d’ébullition.