GAZ

BTDmOGàHB

oléfiant.

carboniq.

d*aiote.

chlorhydr.

svlfliydnq.

anémqné.

na

na

M. Natterer a obtenu de» volume» assez considérables de protoxyde d'aaiote liquide en suivant le procédé que Thik>rier avait d'abord employé pour Vacide carbonique^ c'est^à<-dire au ïnoycn d'une pompe de compression. Son appareil, pcrfectioAné par Biancbi, est représenté (Fig. 8, 9, Pl. 11). a, ré^ ssTToir qui reçoit le gax comprimé, vu en place (Fig* S) et beaucoup p^s en grand (Fig. 9); A, enveloppe ou Ton met ^ mélange réfrigérant; c, corps de ponce; d^ tige du piston; miGowant d'eau -mfiraîchit sans cesse le ccorps de pompe, qui ^*ns cela s'éohâufiEwait beaueowp^ e> tube d'aspiration f par letpel la poH^ie prend le gaa dans de grands ssœs de tissu. im* PCnnéaUe où il a été feoneiUi; on oonoait-appittGÛmativemeBt

le volume qu'ils contiennent; m, manivelle adaptée au volant qui sert à donner le mouvement à la pompe.

Le réservoir a une capacité de 7 ou 8 décilitres ; quand il a reçu assez de gaz pour être à peu près plein de liquide , on le dévisse, on le dispose sur une table , et au moyen de Tajutage d'échappement qui est vu en haut(FiG. 9), on reçoit le liquide dans des verres, ou plutôt dans des tubes d'environ 2 centimètres de diamètre. Ces tubes doivent être tenus dans des flacons dont l'air est desséché par quelques fragments de chlorure de calcium (Fig. 18).

Le protoiyde d'azote liquide se conserve ainsi dans l'air ambiant, et s'y maintient à une température fixe; les thermomètres à alcool que j'avais gradués en 1837, en prenant pour points de repère la pâte d'acide carbonique et le mercure en fusion, m'ont indiqué une température de — 88^,6; M. Regnault a trouvé ensuite par d'autres procédés — 88*. C'est là le point d'ébullition du protoxyde d'azote, sous la pression atmosphérique ; ce liquide se trouve dans l'air ambiant à peu près comme ferait de l'eau dans une étuve chauffée à environ 200"; refroidie par une ébullition continue, elle se maintiendrait à 100°, par conséquent de 100" plus froide que l'air de l'étuve.

Le mercure qu'on laisse tomber en filet mince avec une pipette, dans le tube de protoxyde d'azote , se gèle rapidement, formant au fond du tube une masse cylindrique (Fig. 18).

L'eau se gèle à la surface du protoxyde, mais il faut la verser en fines gouttelettes ; à raison de sa grande capacité pour la chaleur, elle réchauffe trop vivement le liquide, qui ferait explosion s'il recevait à la fois un volume d'eau d'un demi-centimètre cube.

On sait que le protoxyde d'azote entretient la combustion presque aussi bien que l'oxygène ; son état liquide et sa basse température ne lui ôtent pas cette propriété; aussi en jetant dans le tube un fragment de charbon allumé, sa combustion devient extrêmement vive au moment où il touche le liquide (Fig. 18). On a ainsi, dans un petit espace, presque au même point, les plus grands degrés de chaleur et de froid que nous puissions produire : la surface du charbon flottant qui est à environ 2000" et celle du liquide sur lequel il repose qui esta — 88".

187. Des vapeurs mélangéee avee les gas. — Les liquides qui ne se combinent pas chimiquement peuvent bien être mêlés pendant quelques instants, mais ils se séparent peu k peu, et se

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dégagent l'un de Vautre pour se superposer dans Torrlre de leurs densités, comme Thuile se superpose à Feau. 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 à la surface des eaux .s'élever conmie 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; à la fin, les lacs et les bassins des mers seraient À sec, et toutes les eaux de la terre seraient suspendues audessus 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.

Cette vérité fondamentale a été mise hors de doute par une expérience directe. BerthoUet 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 presMon ; après les avoir disposés, l'hydrogène en haut et l'acide carbonique en bas, on attendit longtemps avant de tourner le robinet pour établir la conmiunication. Les deux gaz étaient certainement à 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'aeide 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 eut son élasticité réduite à moitié ; mais l'élasticité totale resta la même, c'est-à-dire égale à la ^mme des élasticités partielles.

Ce qui arrive pour deux gaz mélangés arrive pour un plus gnmd nombre, et le principe général du mélange des fluides élastiques est le suivant : Lorsqu^on accumule dans le même ^pace divers fluides élastiques qui sont sans action chimique^ chacun se répand dans toute l'étendue de cet espace^ et Vélas^ ticiti 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. 5, Pi.. 10) est un tube large et

gradué, portant à chaque extrémité un robinet de fer; le robinet supérieur s n'est ^îk^ percé de part en part, il est seulement creusé^ et s'appelle , pour cette raison , robinet à ^ap^ule. A sa partie inférieure, le tube t communique au tube /', qui est phjs> long et plus étroit. On peut enlerer le robinet si^rieurpour faire passer dans l'appareil un courant d'air sec ; alors on remet le robinet, on verse du mercure par la branche oinrerte, on incline phis ou moins pour faire sortir l'air excédait , et l'on anÎTC aisément à avoir, dans le grand tube ^, de Tair sec qui se trouve sous la pression atmosphérique. Ensuite, on met «n liquide au-dessus du robinet à capsule , on tourne ee robinet toujours dans le même sens pour faire «tomber le liquide goutte à goutte, et l'on observe les phénomènes suivants. On voit le mercure baisser peu à peu, mais lentement quand on n'agite pas. Donc, la vapeur se forme dans l'air, et se forme moins vite que dans le vide; ce qu'on pourrait conclure aussi des évaporations qui se font librement dans l'atmosphère. Mais, ce qui est curieux à observer , c'est que cette vapeur a un ntaximum de tension , et un maximum qui est dans l'air exacteoient 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'abord d'une quantité qui est précisément égale à la tension maximum de la vapeur, pour la température où l'on opère. On arrive encore à la même condusioo, lorsqu'on fait passer le mélange d'air et de vapeur à des pressions plus fortes, en versant une nouvelle quantité de mercure par la petite branche , ou , lorsqu'on le fait pasaer k de» pressions plus faibles, en ouvrant le robinet pour laiaaer soilâr du mercure. Dans tous les cas, en tenant compte des variations de volume que l'air éprouve, on voit que, constauMneat , la force élastique du mélange est la somme des forces élastiques de Tair et de la vapeur.

L'appareil que nous venons de décrire ne peut pas senor aisément pour les liquides qui ont, comme l'éther et l'alcool, la propriété de dissoudre les corps gras, parce qu'en traversant les robinets supérieurs ils dissolvent la graisse «pi les enduit, et l'appareil fuit. M. Gay-Lussao a remédié à cet ineonvénient en supprimant tout à fait les robinets supérieurs. Son appareil est représenté (Fio. 6, Pl. 10). On le remplit Mtx tiois quarts de

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nercore , en ImclmaAt ooaveaàbleiiieat. L'air qui occiipe sa partie Biq^émiire est d'abord sous la pression atmosphérique ; alofs, on fewe le Uquide dans la petite branche ouverte , on UMime le robinet Ânféneur pour fiiire échapper un peu de mercure, et le liquide de la bcancbe ouverte est bientôt aspiré dans la branciie fermée ; œla fait, on verse de nouveau du mercure dans la branche ouverte pour ramener le mélange d'air et de vapeur au volume même .qui était primitivement occupé par 1 air seul, et l'on observe l'excès de pression, qui est la force élastique delà vapeurchi liquide pour cette température.

J*ai £aàt construire à M. RuhmkorfT un appareil qui o£fre quelques avantages pour varier les expériences sur ce sujet : il est représenté (Pl. Il, Fig. 19, 20). a est un réservoir rempli d'huile de pied de bœuf, qui est peu altérable à Taii* ; b et c , deiEx tubes qui communiquent avec lui, le premier trèscourt reçoit la pression , le second ayant au moins un miètre de longueur donne la mesure de la pression par la hauteur de la colonne soulevée ; ^, un piston plongeur qui pénètre plus ou moins dans le liquide : la vis (> le fait mouter ou descendre ; /*, docbe de métal , portant un robinet à capsule g , et une cheville latérale h pour établir la communication entre l'intérieur etlextérieur; cette doche oouvre le tube b , elle s'adapte à vis. lorsqu'elle- est en ^ace, on iait mouvoir le piston d pour amener le liquide à ses deux répères de niveau dans les tubes b etc^ on ferme avec la cheville h , alors on fait entrer le liquide par. le laoavement du rofciaet g , il tombe sur un papier sans colle disposé a cet effet; à l'instant la vapeur se forme , et par le mouvemeat de la vis i' on maintient le niveau de l'huile à son Kpère dans le tube i. Quand l'espace est saturé, la hauteur de :1a ccdimne soulevée dans le tube c donne la mesure de la pression.

Du fait général qui est établi par ces expériences , il résulte <iue la vapeor d'eau , par exemple , se comporte dans l'air tomme dans le vide , avec cette seule différence que dans l'air l'équilibrB de tension s'étaUit lentement , tandis que dans le ▼ide il s'établit presque instantanément. Ainsi , aux tempérances de — 10*, 0®, 10®, 20», 309, un mètre cube d'espace vide ^t miuré de sapeur quand la tension est en millimètres 2,6; 6>0; 0,5; 17,3 ; 30,6; de même , un mètre cube d'air , pris à ^^ températures dam les pkûnes ou sur les montagnes, sera '^'f^é ihmmidiié lorsque la vapeur y aura acquis les mêmes ten-

sions. Or, en jetant les yeux sur la table des densités de la sapeur, page 294, on voit que les poids correspondants sontrespectiTement en grammes : 2,9; 6,4 ; 9,7; 17,8 ; 29,4, c'est-à-«lire qu'un mètre cube d'air à 30° peut contenir presque 30 grammes de vapeur; s'il n'en contient que 15 , il paraîtra très-^ec , tandis qu'avec ce même poids , à 20* , il paraîtra très-humide , para qu'il sera près du point de saturation. Voilà pourquoi Tair semble se sécher à mesure qu'il s'échauffe. (Voy. V Hygrométrie^ t. II, liv. VIII, Météorologie.)

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 basses régions qui avoisinent la terre , si l'on prend , par exemple , un litre d'air à la température de 20^, sous la pression ordinaire de 760""** , et que la vapeur , pour sa part, supporte 10°*"* 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 Fair, et on les augmentera proportionnellement jusqu'à ce que la vapeur atteigne sa tension maximum ; alors , si on exerce une compression 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 se condenser, et au même degré de refiroidissement que si elle était seule et sans mélange d'aucun gaz. En généralisant ces conséquences, on voit que, dans un espace donné, dans on litre , par exemple , on peut renfern^r autant de substances gazeuses que l'on voudra , sans que ces substances- se gênent l'une l'autre : il faudra seulement exercer une pression ^g[ale à la sonrnie des pressions que chacune d'elles peut supporta*. £t si un tel mélange était soumis à des pressions croissantes on à des degrés de froid de plus en plus intenses, il présenterait des phénomènes curieux par la liquéfaction successive des divers éléments, 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 exeicent nne pression l'une sur l'autre; si, par exemple , les molécules d'air pressent les molécules de vapeur