La dilatation de l’eau quand elle se gèle se fait avec

ment remplis d’eau et bien fermés, étant exposés à la gelée, Sont fendus infailliblement. Hales ayant rempli d’eau une bombe de plus d’un pouce d'épaisseur et l'ayant fermée avec un bouchon maintenu par toute la force d’un pressoir, l’entoura de glace pilée et de sel pour produire la congélation ; il opérait d’ailleurs par une forte gelée. La bombe se

fendit en trois morceaux par l'effort de la glace qui cepen-

dant n'avait encore que 3/4 de pouce d'épaisseur. Dans l’Amérique du Nord, où on avaïit fait des expériences analogues par un froid de — 20°, les tampons sautèrent avant

Densité la glace.

de

Force de diune force vraiment énorme;, des canons de fusil exacte- latation.

que tout fût gelé, et l’eau qui les poussait forma un mamelon de glace saillant à l’orifice.' On avait pensé d’après cela que peut-être l’eau ne pourrait pas se geler si on l’empêchait de se dilater, mais on n’a pas le droit de tirer cette conclusion. Du reste on n’est pas surpris après ces expériences de voir les vases remplis d'eau, etquiont un goulot étroit, se casser par la gelée; cela arrivemêmequand on les laisse ouverts, parce que la glace qui se produit d’abord dans le goulot ferme réellement le vase. Certaines pierres qu’on ‘ Pierres geli- appelle gelives se fendillent quand l’eau qu’elles ont ab- Ne sorbée se gèle. Une dissolution .de sulfate de soude qu’on fait pénétrer dans les pores de ces pierres produit le même effet en cristallisant; cela fournit un moyen de reconnaître les pierres gelives. | nat ma 977. On conçoit que le tissu des plantes et des fruits végétaux et ani- plus ou moins pénétré de liquides puisse se déchirer par ht l'expansion de petits glaçons qui s’y forment; et on se rend ainsi compte de la désorganisation qui suit la gelée. La même chose doit arriver dans un membre gelé, car l’eau y forme au moins les 0,9 du poids des liquides. Ceperdant la vie peut s’y rétablir si on a soin de ne le réchauffer que par degrés en le frottant d’abord avec des corps très froids, même ayec de la neige. | AT 978. Les glaçons présentent presque toujours des bulles, dant la congé. CE qui montre que l’air en dissolution dans l’eau s’en sépare lation del'eau. 41 moment où elle passe à l’état solide. Ces bulles, quelquefoitrès volumineuses, contribuent certainement à la dilatation, mais elles n’en sont pas la seule cause puisqu’on l’observe dans de l’eau bouillie et parfaitement purgée d’air, L'eausans air La dilatation de —- que nous avons reconnue se rapporte gèle moins vile. | l’eau sans air; avec de l’air elle peut aller à +. Black a constaté que l’eau contenant de l’air gelait he vite que l’eau bouillie, mais celle-ci gelait aussi vite dès qu’il l’agitait seulement avecun cure-dent.

Séparation 979. Certains sels se séparent aussi de l’eau pendant la decertainssels. congélation ; aussi dans les pays.très froids, pour obtenir le sel marin, on fait arriver l’eau de la mer dans des bassins peu profonds, où lie liquide se divise en deux parties, l’une

LE

FORMATION DE LA GLACE. 59 qüi gèle ; c’est de l’eau presque pure, l’autre qui est une dissolution saturée quine gtlerait guère qu’à — 20° et dont on retire le sel en chassant l’eau par l’évaporation.

980. L'eau mêlée avec 12 ou 15 centièmes d'alcool se sépare également en deux parties par le froid, une partie aqueuse qui gèle et une partie spiritueuse qui reste fluide. Aussi, quand'on perce la glace qui s’est formée à l’intérieur d’un tonneau pendant la gelée, le vin qui s'écoule est-il beaucoup plus fort; mais en revanche ce qui reste ne contient plus que très peu d’alcool.

981. Touteschoses égales, l’eau gèle d’autant plus difficilement qu’elle est plus profonde; ainsi, une faible gelée fait prendre une mare avant qu’il y ait encore de glace sur un étang, ni, à plus forte raison, sur un lac ou sur la mer. Cela provient de ce que les molécules de la surface, qui sont les premières à se refroidir, ne restent pas au-dessus, mais descendent, parce qu’elles deviennent plus lourdes (902). D’autres moins froides les remplacent, et, s’il s’agit d’eau douce, ces courants ascendants et descendants durent tant que la masse n’a pas atteint la température de 4°, ce qui demande un temps très long quand la profondeur est un peu grande. Dans l’eau de mer, les courants continuent jusqu’à la température de la congélation (902), de sorte que celle-ci doit se faire encore plus tard à profondeur égale ; mais de plus l'agitation contribue à répartir le refroidissement dans toute la masse. C’est cette dernière raison qui fait que les rivières gèlent plus tard que les eaux stagnantes; les couches superficielles, continuellement brisées par le courant, vont pas le temps de se refroidir isolément ; la congélation ne peut guère commencer avant que la masse entière soit descendue à zéro. |

982. Dans les eaux tranquilles les premiers glaçons se forment à la surfacé à une époque où les couches inférieu-

Séparation de l'alcool.

Les eaux profondes gelent difficilement,

Il en est de même des eaux enmouvement.

ngns les eaux

trañiquilles Ja

glace se forme

res sont encore à 2 ou 3° au-dessus de zéro. Dans les riviè- à la surface.

res, la congélation commence ordinairement près des bords où l’eau ést moins profonde et moins agitée; mais précisément à cause de l’égalité de température due à l’agitation, la glace, dans le courant proprement dit, peut se for-

6o LIV, VI. CHALEUR.

mer à une profondeur quelconque, et particulièrement sur

as le fond où les inégalités déterminent en quelque sorte la

se former au cristallisation. Là d’ailleurs le mouvement est moins rapide,

fan de sorte que les cristaux peuvent se réunir plus facilement. Les glaçons ainsi formés sont ordinairement en masse spoñgieuse plus ou moins adhérente au gravier, aux plantes, etc. Quelquefois, en remontant à cause de sa légèreté, x glace entraîne les corps sur lesquels elle était fixée. On a vu des chaînes, depuis long-temps tombées au fond de. l’eau, être ainsi ramentes à la surface. Les glatons qu’une rivière charrie et qui proviennent soit du fond, soit du bord d’où le courant les a détachés, s’accroissent comme les cristaux qu’on met dans une dissoiulion saline; ils se soudent en déterminant la solidification des parties intermédiaires; aussi la glace des rivières n'est-elle jamais unie comme celle d’une eau tranquille,

Glaciers, leur 983. Les neiges perpétuelles sont quelquefois situées de

fige. manière qu’elles se ramollissent et s’impreignent d’eau pendant les journées chaudes de l'été ; elles reprennent ensuite de la solidité; c’est ainsi que les glaciers se forment. Lorsque ces amas de glace sont placés sur un terrain déclive, leur propre poids leur donne uu mouvement lent, de sorte qu’ils se prolongent souvent bien au-dessous des limites des neiges perpétuelles.

“Solidiédela 984, Pour donner une idée de Ja solidité de la glace, on

Fo peut citer l’histoire du palais constrait à Pétersbourg en 1740 avec des glaces tirées de la Newa. Devant ce palais étaient des canons également en glace; chargés de 3 onces de ROHATES, ils Jançaient, sans éclater, des boulets capables de percer à 60 pas une planche épaisse de 2 pouces. L’épaisseur des canons était de 4 pouces.

, $ II. Formation et liquéfaction des vapeurs,

Expérience 985. La plupart des corps se transforment en gaz quand

qui met en évi- On les chauffe. Pour voir bien nettement ce phénomène, dence la vapeur

etses principae prenons. un tube semblable à celui dont on se sert pour

‘rare établir la loi de Mariotte, mais rempli de mercure de A en B.

CARACTÈRES DES VAPEURS. 61 Entrele mercureetile verre en A, se trouve emprisonnée une

goutte d'éther, liquide très facile à vaporiser; si nous plon- 8eons cet appareil dans de l’eau chaude, nous verrons tout à coup l’éther se transformer en un gaz qui, par sa force élastique, refoulera le mercure jusqu’en A’, soutenant la colonne A’ B', et la pression de l’atmosphère. En secouant le tube nous reconnaîtrons que ce gaz est élastique corime l'air; il est d’ailleurs transparent et invisible comme lui, mais il en diffère en ce qu’il se réduit à un liquide dès qu'on lui enlève de la chaleur en plongeant, par exemple, le tube dans de l’eau froide, ou, dès qu’on le comprime, en versant une certaine quantité de mercure dans la longue branche. |

986. En physique on donne le nom de vapeurs aux gaz Définition de qu’on peut ainsi liquéfier aisément par la compression ou !* "apeur. par le froid. Les vapeurs ont donc la même transparence que les gaz et comme eux ne sont visibles que quand elles sont colorées; ainsi on voit la vapeur d’iode qui est violette, celle de brôme qui est orangée ; mais on ne voit pas la vapeur d’eau.

987. Dans le langage ordinaire on entend par vapeur. Vapeur véquelque chose de visible et qui ressemble à de la fumée, “uhire. mais la distinction est facile, Ainsi la matière des brouillards et dés nuages, qui est toujours visible et plus ou moins opaque, n’est point une véritable väpeur, c’est un amas de vésicules infiniment petites formées par de l’eau liquide comme les bulles de savon. Par extension, on donne à cet assemblage de vésicules le nom de Yapeur vésiculaire. L’eau prend presque toujours cette disposition au moment où on liquéfie la vapeur mêlée d’air. Nous verrons, en parlant de l’arc-en-ciel, un moyen très simple de s'assurer que l’eau ne forme; pas alors de petites gouttes solides. À |

988. La température à laquelle Commence la vaporisation Température

; A “per à +. de la vaporisae n’est pas la même pour les différentes substances : à o° l’a- tion pour liquis cide sulfurique concentré n’émet pas encore de vapeurs, des. on peut s’en assurer en süspendant au-dessus de l'acide un

peu de baryte qui reste pure tant que le thermomètre ne

s'élève pas beaucoup au-dessus de zéro. À cette température le mercure se vaporise déjà; car une feuille d’or suspendue au-dessus du métal est, au bout de quelque temps, blanchie par sa vapeur ; il faudrait maintenir la température à — 10° environ pour qu’il n’y eût pas de vaporisation. À la température ordinaire la plupart des liquides.se vaporisent ; cela est évident pour l’eau que nous voyons continuellementdiminuer dans les vases ouverts, de même pour l'alcool, la plupart des acides, l'éther, les huiles-essentielles ainsi reconnaissables par leur odeur. Les huiles fixes exigent une température plus élevée, qui d’ailleurs les décompose. en partie. . | | ISubstances 989. Plusieurs substances solides se vaporisent très bien SA dans les circonstances ordinaires; ainsi du camphre mis à fondre, : l’air a bientôt disparu ; si on leconserve dans un flacon ilse sublime à la partie supérieure. La glace même dans les plus grands froids diminue par l’évaporation ; l’iode et l’arsenic se volatilisent aussi bien avant de fondre. Il est probable que l’odeur de certains corps, quand-on les frotte ou quand | on les chauffe, provient d’un commencement de volatilisa- | tion ; le soufre et plusieurs métaux sont dans çe cas.” rabsidbules- 990. Ordinairement les substances les plus fusibles sont re la fusibilité celles qui se volatilisent le plus facilement; mais ily a des et la volatilite. exceptions. Ainsi, par exemple, l’étain qui fond si vite reste fixe à la chaleur blanche, tandis que le zinc, bien plus difficile à fondre, peut être distillé à cette température.

| Métaux volaa 991. Vie la liste des métaux qu’on a volatiñsés. | ulse

| Mercure à 0°, | Arsenic vers 180°.:

| pe Li Mais bn cf | Potassium, . | Fe sys à la chaleur rouge.

| Sodium | Line à la chaleur blanche.

| Su «1 6: 4. TÉTR se eu st 844 | us à Bismuth | idem, mais plus. difficilement: que Antimoine nul 4 JR HCn: vieu te 4 1 Argent Le ia ue ot lé LS

VAPORISATION. 65 Or (l hT. Ha Min Au foyer d’un miroir ardent.

Platine jrs 992. Les autres métaux sont fixes ou n’ont pas été encore Substances convenablement essayés à cause de leur facilité à s’oxider ; "#5 mais on peut citér-comme substances absolument fixés, à la

plus haute températnre qu’on ait pu produire, a pa la silice, le carbone; etc.

993. En revanche il y à des gaz qu’on n’a jamais pu Gaz pérmaamener à l’état liquide ni par le refroidissement ni par la "°° compression; tels sont loxigène; l'hydrogène; VPazote,

Pair, etc. Nous avons donné la listé des gaz qu’on était Gazliquéfis. parvenu à liquéfier (516). La pression joue un grand rôle

dans cette liquéfaction ; cependant, dañs' quelques cas au

moins, le refroidissement seul suffit ; ainsi l'acide sulfureux

reste sg sous la Lu hé si rh à la tPAPEPATUrE

de — 10°. | |

994. La différence de volatilité s’emploié très souvent Applications, pour séparer les diverses sûbstances ; ‘ainsi: pour puri ‘distillation. fier le zinc, on le met dans une cornue de grés où de fonte, qu’on chauffe jusqu’au rouge blanc ; les vapeurs viennent se condenser dans le col, et lé métal'pur coule goutte à goutte. On opère de même pour séparer le mercure de l'étain où dé tout: aûütre métal peu volatil. Mais la distillation s’emploie surtout pour ‘les liqueurs: spiritueuses et pour les ‘huiles essentielles. On se sert alors d’un alambic, appareil formé de trois parties principalés , la cucurbite À , le chapiteau B'et le serpentin C. Supposons .Alambie. qu'on imétté da vin dans la cucurbite; l'alcool qui entre Vis: 308. dans sa composition, étant plus volatil que l’eau, s’élèvera en vapeurs dès qu’on chauffera ; ces vapeurs rempliront successivement le chapiteau et le serpentin, mais là elles seront ramenées à l’état liquide à à cause de l’eau froide qui | baigne le tube, de sorte que l’alcool s’écoulera en d.. I ne faut pas croire cependant qu’on vbtienne ainsi de l'alcool “pur; car de l’eau sé volatilisé avec lui; on aura même, par :

"cette première distillation, plus d’eau que d’alcool, parce que “dans le vin: il y a-bief moins d’alcool que d’eau: et:que la

64 LiVe VI. CHALEUR,

quantité compense la moindre volatilité. Mais en distillant le premier produit on en obtient un second plus riche en alcool; cependant pour avoir de. l'alcool absolu on est obligé de retenir l’eau à laide du chlorure de calciuur.

Pour entretenir fraîche l’eau du serpentin,-on verse de temps en temps de l’eau froide par l’entonnoir f, qui plonge jusqu’au fond du vase; l’eau chaude plus légère gagne la partie supérieure et s’écoule par le robinet g.

995. On appelle bain-marie un vase ordinairement en étain, qui entre exactement dans la cucurbite ; il est baigné par l’eau bouillante dont la vapeur sort en a; on y met les substances qui pourraient être altérées par l’action directe du feu. On fait aussi une espèce bain-marie avec un double fond percé.de trous qu'on établit dans le cucurbite même, au-dessus de l’eau. C’est sur cette espèce de grille qu’on pose les plantes aromatiques dont on veut obtenir les eaux distillées. La vapeurde l’eau bouillante passant, par exemple, à travers une couche de fleur d’oranger volatilise l’huile essentielle, et va se condenser avec elle dans le serpentin ; c’est l'eau chargée ainsi de l’odeur qui prend le nom d’eau de fleur d'orange. | |

Disparition 296 Avec un appareil distillatoire on peut aisément de chaleur pen- constater deux faits capitaux. dans l'étude de Ja chaleur. À dant la vapori- , ; o ’ sation. partir du moment où l’eau est. à 100°, le charbon qu’on

brûle pendant des heures entières n’élève pas sa température d’un seul degré. Toute la chaleur qu’on lui donne est absorbée pour changer son état, car la vapeur ést à 100° Réapparition COMME le liquide. Mais l’énorme quantité d’eau quel fat pendant la li employer et continuellement renouveler pour maintenir le ani serpentin froid montre que la chaleur reparaît quand la vapeur se liquéfie; nous verrons dans la mesure de la chaleur que 10 livres de vapeur d’eau à 100° peuvent, en se condensant, portér à cette mème température plus de 50 li-

vres d’eau froide. FM sr b..dih 91 Vaporisarioh” 2297 Il est évident que quand l'ébullitionodure depuis dans le vide. ; quelque temps l'air se trouve chassé de l’alambic, d’où l’on peut conclure que l'air n'est pas nécessaire à la formation de Ja vapeur. Autrefois on le croyait l'agent essentiel de la

Bain-marie,

CIRCONSTANCES DE LA YAŸORISATION, 65 Vaporisation , du moins dans les circonstances ordinaires, c’est-à-dire quand on n’employait pas la chaleur artificielles mais il est facile de prouver que l’eau et à plus forte raison l'alcool, l’éther, etc: se vaporisent dans le vide le plus parfait et par la température la plus basse. Si on souffle avec un tube recourbé üne goutte d'éther dans un baromètre à cuvette, on verra le liquide monter et disparaître en se Vaporisant dès qu’ilarrivera dans fe vide. La vapeur, comme un. véritable gaz, déprimera le mercure de quelques millimètres, en vertu de sa force électrique: C’est à cela surtout qu’on reconnaîtra sa présence, car elle est invisible et transparente comme l'air.

998. Dans cette expérience on est frappé de la rapidité dela vaporisation:; mais on conçoit le fait en observant que

les premières molécules de väpeur doivent s’élancer dans

le vide avec la même vitesse à peu près que l’air quand il y pénètre. Or, nous avons va que cette vitesse était comparable à celle d’un boulet de canon (580); mais ce phénomène est encore plus remarquable quand on opère dans un espace Un peu grand, par exemple, dans un. ballon où

on à fait le vide. On remplit d’éther l'intervalle compris.

entre deux robinets, et quand on ouvre celui qui donne dans le ballon on voit le liquide, ‘entraîné par la vapeur, se projeter avec violence dans le vide, en produisant un soufile très fort, puis disparaître au même instant.

999. Si la chambre barométrique est un peu grande, une seconde et une troisième goutte pourront encore aussi disparaître ; la vapeur alors deviendra plus dense et aura une force plus grande, car le mercure sera plus déprimé. Mais il arrivera un moment où le liquide injecté ne se vaporisera plus; il s’amassera au-dessus du mercure, qui ne baïssera dès lors que d’une quantité insensible , et seulement à cause du poids de la petite colonne superposée. Il est évident, d'après cela; que dans un espace donné il ne peut exister qu’une quantité déterminée de vapeur qui, dans ce cas, atteint sa plus grande force élastique; on dit alors que l’espace est saturé, de sorte que la saturalion de l’espace et la force maximum de la vapeur sont deux

Rapidite de

la vaporisation,

Saturalion de l’espace.

Force maximum de la vapeur,

66 # ... LEV. Vie CHALEUR.

choses qui.ont toujours lieu ensemble, et qui peuvent se reconnaître l’une par l’autre. 1 Féree maxi- : 1000. En répétant l'expérience sur différents liquides à mn EE la même température , on reconnaît qu’il enfaut des quantités différentes pour saturer le même espace, et que a force maximum n’est pas la même. Ainsi, il se vaporise moins d'alcool que d’éther , et:moins d’eau que d'alcool ; l'éther produit une dépression de 15 à 20 centimètres quand celle de l’eau n’est que de quelques millimètres, et que celle de l’acide sulfurique est à peine visible, Qi FES à nai .1001. Jusqu'à présent nous avons supposé la tempérarentes tempé. ture inv ariable , mais sion opère par unemps très chaud, He * on trouvera que chaque liquide se vaporise en bien plus | grande quantité, et atteint une force maximum beaucoup plus grande, 1l suffit, pour reconnaître l'influence de la chaleur, de brûler un:peu de papier autour du tube barométrique ; on voit alors le mercure; qui était stationnaire, descendre rapidement en même temps que le liquide placé au-dessus diminue. MRC E. Ho oaté Cas où la va- 1002. T'ant-que l’espace n’est pas saturé, a:vaäpeur ‘d’un AA * co liquide, quelconque se comporte exactement -Comme ‘un un gas. gaz dans les changements de volume dus aux changements de pression. ou de température; l’analogie , en effet ; est devenue complète après la liquéfaction du : gaz: Mais on peut établir le fait directement en opérant dans l'appareil de Dalton ( 509) sur de la vapeur d'éther, par exemple. Soit qu’on la comprime, soit qu’on la dilate, elle suit la loi de Mariotte, du moins quandonne se rapproche pas'trop du point de saturation. Si l’on met dans l'appareil de Pair soumis àla ménie pression, on reconnaît que les changemens de volume sont les mêmes quand on fait varier la température, de sorte que le coefficient de la dilatation des gaz peut.s’appliquer aux vapeurs. SUITE ILES Effets de la 1003. Pour étudier l'effet de la pression sur la vapeur, pression quand Pr € k sie l'espace est sa- Quand elle sature l’espace, on fait passer un excès de liquide turé. dans l'appareil de Dalton; alors on voit, en plongeant ou en relevant le.tube,.que la colonne de mercure soulevéeest | toujours la même, d’où l’on conclut (510) quela force de