COMPRESSION DE L’ACIDE CARBONIQUE

L’étude de la compressibilité de l’acide carbonique à diverses températures a donné lieu à de très-importants travaux, parmi lesquels nous résumerons principalement les belles expériences d’Andrews {Philos. Transact., 1869, p. 5"5; Chem. Soc. (2), VIII, 74; Proc. Roy. Soc., XVIII, 42; Ann. de Chim. et de Phys. (4), XXI, p. 200), expériences qui ont jeté un jour tout nouveau sur les phénomènes accompagnant la liquéfaction des gaz.

L’appareil dont s’est servi le savant anglais consiste en un tube de verre étroit, presque capillaire et à parois très-épaisses (fig. 34). Ce tube est fermé à celle de ses extrémités qui est en dehors de l’appareil ; l’autre partie, d’un diamètre à peu

près double, est ouverte. La partie étroite est jaugée. Le tube renferme le gaz à étudier, isolé au moyen d’un peu de mercure. Le système est mastiqué dans une armature métallique que l’on fixe à l’aide d’écrous à la partie supérieure d’un cylindre métallique très résistant et entièrement plein d’eau. Ou conçoit qu’en enfonçant le piston à vis placé à la base de l’appareil, on comprime autant qu’on le veut l’eau du cylindre et par suite le gaz lui-même. La portion extérieure peut être maintenue à température fixe. Cette disposition rappelle celle que M. Caillefet a utilisée plus récemment dans son appareil, avec de très notables différences cependant, puisque dans ce dernier instrument la pression est obtenue à l’aide d’une presse hydraulique, et surtout peut être subitement réduite, ce qui a permis d’observer les phénomènes de refroidissement produits par la détente brusque.

Andrews a observé qu’à des températures inférieures à H- 50®, on détermine la liquéfaction partielle de l’acide carbonique à des pressions d’autant plus faibles que la température est plus basse : il y a donc analogie, sous ce rapport, entre le gaz carbonique et les vapeurs saturées. Voici le tableau des points de liquéfaction de l’acide carbonique entre 0“ et -L- 28“. (Voir plus loin, tensions d’après Régnault, Faraday, Donny et Mareska.)

Températures

Pressions en atmosphères.

Si la température est plus élevée que 30®, 92, l’acide gazeux cesse de prendre l’état liquide, quelle que soit la pression à laquelle on le soumet. Ainsi, on a pu l’amener à occuper le 1/447 de son volume primitif sans le faire changer d’état. C’est cette température à laquelle la liquéfaction ne se produit plus que l’on a désignée sous le nom de point critique.

Le point critique est donc pour l’acide carbonique très voisin de -|- 51®. Il est facile de voir le passage subit de l’état liquide à l’état gazeux, en chauffant vers 51® ou en tenant simplement dans la main un petit tube scellé à moitié plein d’acide liquide : c’est un phénomène étrange et saisissant à observer que la transformation inverse du gaz en liquide pen¬

dant le refroidissement, transformation qui s’accompagne d’une fluctuation singulière dans la masse gazeuze, jusqu’au moment oii l’on voit paraître d’abord un ménisque à contours indécis, et enfin la surface nette qui sépare le liquide du gaz.

ACIDE CARBONIQUE. n

Andrews a étudié, à diverses températures inférieures ou supérieures au point critique, la compressibilité de l’acide gazeux.

Soit f la température, p la pression en atmosphères, et le rapport entre le volume de l’acide comprimé à et son volume à 0° sous la piession 760““. On a trouvé :

A la température moyenne de+6“,7 :

A la température moyenne de -f- 63",7 :

A la température moyenne de+100" :

Ces expériences ont été représentées par des courbes dont les abscisses figurent les pressions, et dont les ordonnées correspondent aux volumes qu’occupe un même volume initial de gaz à la pression indiquée par les abscisses (fig. 35). Ces courbes sont différentes à chaque température; au-dessous du point critique, jusqu’au moment où la liquéfaction commence, elles se réduisent à des lignes droites, s’approchant de l’axe des x plus rapidement qu’il n’arriverait avec un gaz permanent. Lorsque la liquéfaction est commencée, les ordonnées diminuent brusquement. Cette diminution brusque s’observe encore pour des pressions plus élevées lorsqu’on opère au voisinage de 30",92, point critique. Enfin, quelques degrés au delà de ce point, la courbe rappelle celle des variations de volume d’un gaz parfait, la contraction étant cependant plus grande que ne l’indique la loi de Mariette. Ainsi, si l’on examine la courbe correspondant à 13",1, on y voit à partir de 49 atmosphères un changement brusque tel que l’acide carbonique est réduit à un volume représentant environ les 3/5"® du volume d’un gaz parfait soumis aux mêmes condi-

lions (voir lescourbes relatives à l’air). Au delà de30“,92, température à laquelle, sous aucune pression, la liquéfaction n’a plus lieu, à 51°,1 par exemple, la courbe

indi(jue une diminution régulière du volume jusque vers 73 atmosphères, puis, pour une augmentation de pression très faible, de 75 à 75 atmosphères, un changement rapide se produit, le volume se réduit de moitié; à 52°,5, à 35“,5, ces changements sont de moins en moins visibles, enfin, à 48“,5, la courbe est analogue à celle de l’air et ne présente plus de points singuliers.

L’examen de ces courbes successives permet de comprendre comment l’acide carbonique peut passer par des transitions insensibles de l’état gazeux à l’état liquide, sans que l’œil le plus attentif puisse saisir un changement dans les apparences extérieures : c’est en effet ce qui arrive lorsque après avoir comprimé le gaz à 130 atmosphères par exemple et à une température au-dessus du point critique, on laisse cette température s’abaisser lentement ; par une série de changements successifs, l’état physique du corps se modifie, sans qu’on puisse apercevoir le liquide. On constate cependant que le gaz s’est bien liquéfié en voyant se produire une ébullition lorsqu’on diminue la pression.

Ces faits ne sont pas spéciaux à l’acide carbonique ; il y a, pour chaque liquide volatil et pour chaque gaz, un point critique, une température à laquelle la transformation en gaz devient totale dans un espace limité. Les études d’Andrews sur le gaz carbonique ont eu cet important résultat d’expliquer la cause des insuccès de toutes les expériences où l’on avait tenté de liquéfier les cinq gaz permanents ; en effet, dans les conditions de température où l’on opérait jusque-là, ces gaz se trouvaient au delà de leur point critique ; ils ne pouvaient être amenés à l’état liquide que sous l’influence d’un froid très intense combiné à une forte pression : ce sont ces conditions que MM. Caillet et et Pictet ont réalisées depuis.

(Voyez aussi : Amagat, Sur la compressibilité de l’acide carbonique et de l’air sous faible pression et à température élevée. Comptes rendus, t. XCllI, p. 506.)