INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE SUR LA SURSATURATION DU SULFATE DE SOUDE

Cette étude a été faite par Lœwel dans ses consciencieuses recherches sur la sursaturation , et tout ce qu'il dit du sulfate de soude est parfaitement exact. Les solutions abandonnées au refroidissement dans l'air ou dans la glace , ou encore dans des mélanges réfrigérants , perdent progressivement de leur chaleur; leur température s'abaisse d'une manière continue , et, lorsqu'elle est arrivée de 8 à 10 degrés au-dessous de zéro , elles se prennent en masse ; tel est le résumé des travaux de Lœwel sur ce sujet. Je me serais contenté de décrire une expérience que l'on trouvera plus bas pour fixer d'une manière précise le point de congélation du sulfate de soude en solution sursaturée , si je n'avais eu connaissance d'une communication faite à l'Académie par M. Terreil dans sa séance' du 24 septembre 1860. Les résultats indiqués par M. Terreil sont tellement extraordinaires, tellement en désaccord avec les lois générales relatives à la propagation de la chaleur, avec les observations de Lœwel et avec les miennes, que j'ai cru devoir répéter les expériences relatives à l'action du refroidissement sur les solutions de sulfate de soude avec toute la précision désirable.

M. Terreil a annoncé à l'Académie ' que :

« Lorsqu'on introduit dans la glace pilée une fiole de sulfate de soude sursaturé , dans laquelle plonge un thermomètre , on observeque la température de la dissolution, après être descendue, reste pendant plusieurs heures stationnaire entre 5 et 6 degrés

i Comptes rendus , t. LI, p. 506 ; 1860.

au-dessus de zéro S mais toujours en s'abaissant à i'^yS ; à celte température , la cristallisation se fait avec une rapidité remarquable, et le thermomètre remonte vers 25 degrés.

» Si Ton remplace la glace pilée par un mélange frigorique , dont la température est à — 15 ou à — 18 degrés , le même phénomène se reproduit un peu plus vite , et à 4^,2 au-dessus de zéro la liqueur cristallise.

B J'ai répété ces expériences, dit M. Terreil, un grand nombre de fois, et j'ai obtenu toujours les mêmes résultats; il parait donc impossible de congeler les dissolutions saturées de sulfate de soude à la pression ordinaire^ comme Lœwelapu le faire , en exposant à de basses températures les mêmes dissolutions renfermées dans des tubes scellés à la lampe et oH^ la pression est presque nulle.

La cristallisation des ]i(|ueurs sursaturées à la température où l'eau possède son maximum de densité est un assez fait remarquable.

Lorsqu'on plonge un thermomètre [mouillé préalablement pour empêcher qu'il ne fasse cristalliser) dans une solution sursaturée de sulfate de soude , préparée depuis plus de trente-six heures , on observe que la température de la liqueur est toujours de 4- degré et même un degré au-dessus de la température de l'air et de l'eau placée dans les mêmes conditions. Il faut attendre souvent plus de cinquante heures pour que la liqueur se mette à la température ambiante.

» Si l'on place dans de la glace pilée deux fioles de même grandeur, dtfnt l'une contient de l'eau distillée , et l'autre le même volume d'une dissolution sursaturée de sulfate de soude, et dans lesquelles plongent deux thermomètres, on observe que la température de Teau s'abaisse très-rapidement ^ tandis que

1 C'est par erreur qu'il y a au-dessous dans le Compte rendu , la suite le démontre. , . .

celle de la dissolution sursaturée ne descend que leoteflneni. Enfin, lorsque Teau marque 1 degré environ aunlessusde zéro, la température du sulfate de soude est encore à plus de 6 degrés, o A 4-^,2, le phénomène que j'ai indiqué se reproduit, la liqueur cristallise tout à coup, d

Je n'entreprendrai point de discuter ces résultat , ni 4e les expliquer ; je me bornerai à citer les expériences suivantes.

Première expérience.

Elle a été entreprise aussitôt que j'eus connaissance de la communication de M. Terreil.

Dans UB ballon de la capacité de 150 centimètres cubes environ , au col duquel avait été soudé un tube de 15 millimètres de diamètre et de 50 centimètres de longueur, je plaçai un thermomètre à mercure dont le zéro déterminé d'avance était à H- 0^5. Après avoir étiré le tube à la lampe à hauteur convenable , j'introduisis une solution chaude de sulfate de soude dans l'appareil. L'extrémité ouverte du tube fut adaptée à un tube en métal chauffé au rouge dans une partie de sa longueur, de manière à pouvoir laisser rentrer de l'air calciné à Tintérieur. Je fis bouillir pendant quelque temps la solution de sulfate de soude pour chasser tout l'air du ballon et du tube, puis je laissai refroidir lentement l'appareil, de manière à y laisser rentrer de l'air calciné. Lorsque le ballon rempli d'air calciné, sous la pression atmosphérique , fut revenu à la température ambiante , je scellai le tube à la lampe. On sait que , dans de pareilles conditions , la solution de sulfate de soude se conserve indéfiment à Tétat de sursaturation.

Le lendemain, la liqueur étant parfaitement limpide, même après agitation , je plaçai l'appareil dans la glace fondante et je constatai les faits suivants :

Environ après un quart d'heure, le thermomètre marquait 40®, température réeHe 9°,5

•> trois quarts d'heure, • 4°, • 0®,5

» une heure et demie, » 0®,5 • 0°,

i> vingt-quatre heures, » 0°,B « 0®,

La liqueur était toujours restée limpide; il n'y avait pas le moindre dépôt cristallin , même après agitation.

Le lendemain du jour ou l'expérience avait été commencée , je portai le ballon, qui était à zéro , dans une salle oii la température était de 13 degrés , et je le plaçai à càté dun appareil tout semblable contenant de Teau distillée qui avait été portée à la température de zéro ; il y avait un peu plus d'eau que de sulfate de soude. J'observai alors le réchauffement des deux ballons.

Températares réelles dans les deux

ballons contenant :

i snlfate de soude

l'eau diiUllée.

Tfi

A l'origine

Âpres dix minutes

Après quarante minutes . . .

Après quatre vingt-dix minutes.

Après trois heures et demie, .

Les deux ballons étant revenus à la température ordinaire , je brisai la pointe du ballon à sulfate de soude , et j'amenai le liquide au contact de l'air; il ne tarda pas à se prendre en masse, et le thermomètre qui ne plongeait qu'en partie dans le liquide solidifié marqua 23 degrés. Le thermomètre , après l'expérience , étant plongé dans la glace fondante pendant trois heures, indiqua -+- 0®,5 ; le zéro n'avait donc pas changé. Un appareil tout à fait semblable fut placé dans un mélange réfrigérant ; la température s'abaissa progressivement et lorsque le thermomètre fut descendu d'une manière continue

jusqu'à 8 degrés au-dessous de zéro , la masse se solidifia , en même temps que la température remonta au delà de 20 degrés. Les expériences que je vais rapporter ont été faites un peu plus tard, de manière à mettre à profit les températures basses de l'hiver.

Deuxième expérience (24 décembre 1860).

Je fis choix de deux ballons de verre aussi semblables que possible, delà capacitéde lOOcentimètres cubes environ, et de même diamètre. A leurs cols avaient été soudés des tubes d'à peu près 15 millimètres de diamètre et de 60 centimètres de longueur, et Ton avait introduit dans chacun d'eux un thermomètre avant d'étirer les tubes vers Textrémité. Dans l'un se trouvait une solution chaude de sulfate de soude qui fut portée à l'ébullition , puis mise à refroidir lentement en présence de l'air calciné, comme il a été dit plus haut, puis le tube fut scellé à la lampe. La même opération fut exécutée sur le deuxième ballon , avec cette différence que l'on y avait introduit un poids d'eau à peu près égal au poids de sulfate de soude contenu dans le premier ballon. En maintenant l'ébullition pendant le même temps, je pouvais espérer que j'expérimenterais sur des masses ayant à peu près le même poids. En effet , l'expérience terminée , les ballons furent ouverts , et je reconnus que j'avais opéré sur une solution de sulfate de soude qui pesait 40«^ , 95 et sur un poids d'eau égal à 42 grammes , c'est-à-dire supérieur de l»*" , 05 au poids de la solution de sulfate de soude employée. D'autre part, le thermomètre plongé dans le sulfate de soude avait son zéro à zéro, et le thermomètre plongé dans l'eau avait son zéro à-+-0°,4 avant et après l'expérience.

Le lendemain (25 décembre 1860), il s'était formé , dans le ballon à sulfate de soude, des cristaux volumineux , transparents, de sulfate à 7 équivalents d'eau qui furent redissous par l'élévation de la température , et lorsque je me fus assuré que le liquide était parfaitement limpide , que toute strie avait disparu , les deux ballons furent placés à côté l'un de l'autre dans

un même bain de mercure chaud , en ayant soin de les immerger complètement et de les enfoncer jusqu'à la même hauteur audessus de la naissance du col. J'avais adopté cette disposition pour chaufTer également les deux appareils et pour étudier leur rerroidissement dans des conditions aussi semblables que possible. Au bout d'une heure , les deux ballons étaient à la même température, inférieure de 2 degrés à celle du bain, qui était maintenue à peu près constante dans les environs de 35 degrés. Les choses étant ainsi disposées, j'enlevai rapidement les deux ballons du bain chaud dans lequel ils étaient plongés, et après les avoir époussetés pour enlever la petite quantité de mercure adhérente , je les suspendis à environ 2 mètres l'un de l'autre , à la même hauteur au-dessus du sol , au milieu d'une grande salle non chauffée dont la température fut très-sensiblement constante pendant toute la durée de l'expérience. En effet, cette température était de -+- 3®, 6 au commencement , vers 2 heures de l'après-midi ; à 5 heures , elle était encore de 3°, 5 ; à 6 heures 50 minutes , elle n'était plus que de 3^, 2 comme à 8 heures 30 minutes , ainsi que le lendemain , c'est-à-dire dix-huit heures après la première observation. Les deux ballons étaient donc soumis au refroidissement dans les mêmes conditions et dans une enceinte de température invariable. Le temps fut mesuré au moyen d'une bonne montre ordinaire. J'attendais, autant que possible, pour faire une observation sur chaque ballon, que le niveau du mercure du thermomètre qui y était contenu vînt affleurer exactement avec la division gravée sur la tige. Je notais le temps en appréciant sur la montre les fractions de minute.

Les résultats de l'expérience sont consignés dans le tableau suivant dont la première colonne contient les temps auxquels chaque observation a été faite: j'ai pris pour origine du temps 2 heures de l'après-midi. Les colonnes suivantes contiennent les températures observées el corrigées pour le sulfate de soude et l'eau; en outre, la température ambiante et les excès de température pour chaque dissolution.

TEMPÉRVTVRE

Excès de