POINT CRITIQUE

2^ La pression de liquéfaction augmente rapidement avec la température sans limites connues, mais sans cesser d^exister et sans changer de caractère à un point critique quelconque;

3^ Aux températures basses, la densité de la vapeur saturée est moindre que celle du liquide générateur; à partir d'une limite déterminée, elle lui devient et lui reste égale : c'est le point critique ;

4° A partir du point critique et au delà, le liquide est mêlé et confondu avec sa vapeur saturée;

5^ A partir du point critique et au delà, il n'y a plus de chaleur latente ;

6*^ A partir du point critique et au delà, l'état liquide est confondu avec l'état gazeux.

On voit que, au point de vue où je me place, toutes les lois de la formation des vapeurs et de leur condensation sont maintenues, et que l'exception du point critique est expliquée par l'égalisation des densités. On va voir que la même théorie explique des faits jusqu'à présent incompréhensibles et qu'elle en prévoit d'autres qui ont leur intérêt. M. Cailletet fit en 1880 (*) l'expérience suivante, à laquelle on n'a pas prêté l'attention qu'elle mérite et qu'on a oubliée parce qu'on ne la comprenait pas. Ayant comprimé dans son appareil un mélange formé de i partie d'air et de :) parties d'acide carbonique, M. Cailletet vit d'abord ce dernier j^az prendre l'état liquide sous une pression moyenne ; puis, sans changer la température, mais en élevant la pression jusqu'à i5o ou 200*'", il vit le liquide formé disparaître en totalité : on dirait ([ue l'augmentation de pression fait naître un point critique comme l'élévation des températures, ce qui n'est guère admissible. La théorie que je viens d'établir explique comme il suit et très aisément ce curieux phénomène.

Par une pression moyenne, l'acide carbonique atteint son point de condensation et se liquéfie partiellement d'abord. Si l'on continue de réduire le volume, la pression de Tacide carbonique n'augmente plus, puisqu'elle avait déjà atteint son maximum,

Cj Comptes rendus des séances de r Académie des Sciences, séance du a fc vrier 1880.

39a J. JAMIN. — POINT CRITIQUE.

mais celle de Tair continue de croître indéfiniment, et avec elle la densité totale de l'atmosphère gazeuse. Cette densité devient égale à celle du liquide déjà formé, qui alors ne reste plus au fond du vase, mais se répand dans Fatmosphère tout entière, ayant perdu tout son poids suivant le principe d'Archimède.

C'est par l'exactitude de ses prévisions qu'on juge de la vérité d'une théorie. Or, s'il est vrai que la disparition de l'acide liquéfié soit due à l'égalisation des densités, on la retardera en remplaçant l'air du mélange par un gaz moins dense, par l'hydrogène.

J'ai transmis cette conséquence à M. CalUetet qui s'est empressé de la soumettre à l'expérience. Il a fait deux mélanges contenant tous deux S*"*** d'acide carbonique contre i^®^ d*air pour le premier et d'hydrogène pour le second. Dans les deux cas, il a obtenu la liquéfaction de l'acide carbonique sous des pressions moyennes et sa disparition totale avec des compressions plus puissantes; dans les deux cas, le ménisque s'effaçait d'abord : c'était le moment où les densités du liquide et de l'atmosphère devenaient égales; ensuite le liquide disparaissait et, conformément à la théorie, il disparaissait à des pressions très difTérentes et bien plus considérables pour le mélange d'hydrogène que pour le mélange d'air.

Voici les résultats de M. Cailletet, ramenés, par une construction graphique, aux mêmes températures. On verra qu'à 20^ il faut plus de 200^^" pour l'hydrogène; il n'en faut que 100 pour l'air.

Pression de disparition

pour les miilanges

d'acide carbonique et

Température. d'air. d'hydrogène.

19 114 io8

2Ql 96 181

J. JAMIN. - COMPRBSSIBILITË DES GAZ. SgJ

De ces expériences, qui seront certainement continuées, il serait facile d^établir une comparaison entre les densités de Fair et de Thydrogène à diverses températures et sous une même pression.

Lorsque le mélange est moins riche en acide carbonique, M. Cailletet a remarqué que la liquéfaction de ce gaz est toujours retardée et quelquefois impossible. En eilet, quand par la pression on ramène le volume total au dixième ou au centième, les deux gaz éprouvent la même réduction, mais non pas la même augmentation de pression : celle de Tair se multiplie par lo ou loo, celle de Pacide carbonique augmente moins rapidement, puisque la loi de Mariotte ne s'applique plus. De là un retard de liquéfaction; et quand enfin Tacide carbonique[a atteint son maximum de tension et qu'il passe à Tétat liquide, sa densité peut élre devenue égale et quelquefois inférieure à celle de l'atmosphère superposée. Dans ce cas il s'y mêle, il y nage, on est porté à croire qu'il a perdu la propriété de se liquéfier sous pression ; il n'a perdu que la propriété de se rassembler au fond du vase par excès de densité.

N'est-il pas permis d'espérer une autre terminaison de cette expérience? Si l'on augmentait indéfiniment la pression totale, l'acide carbonique continuerait de se liquéRer et sa densité varierait peu ; mais celle de l'atmosphère gazeuse augmenterait indéfiniment et deviendrait supérieure à celle du liquide qui peut-être se séparerait; mais alors il se rassemblerait au sommet du tube au lieu de tomber au fond. C'est un second essai que j'ai proposé à M. Cailletet, qui s'est empressé de le tenter; il n'y a pas réussi, mais je ne désespère pas.

SUR LA GOMPBESSIBIUTÉ ET LA UaUÉFAGTIOR DES «AI

Par m. J. JAMIN.

Au lieu d'énoncer la loi de Mariotte en disant que les volumes sont en raison inverse des pressions, il est plus simple d'exprimer que la densité d'un gaz est proportionnelle à sa pression, ce qui se construit par une droite, la plus simple de toutes les lignes, et

3g( I. JAUIN.

met graphiquement en évidence les moindres irrégutarités de la loi. Je vais tout d'abord appliquer ce mode de notation aux expériences d'Attdrews relatives à la liquéfaction de l'acide cart>onique et montrer qu'elles justifient numériquement les idées que j'ai développées dans l'arlicle précédent.

Ces expériences ont été faites aux températures de iS", i, ai^gS, Si",!, 3a°,5,35%5. A i3", i, la courbe des densités se compose de trois parties distinctes AB, BC, CD : AB représente la densité i l'eut gazeux; elle s'étend de zéro à 49*'°! elle est convexe par rapport à l'axe des x; la densité croit plus vite que la pression, la corn-

pressibilîté est excessive et s'exagère jusqu'en B. En ce point B, on voit un brusque changement de direction : c'est le moment où le gaz, ayant atteint la pression maxîma, commence sa liquéfaclioD qui se poursuit et se complète jusqu'en C, moment où tout le gaz a disparu. La densité CH du liquide formé est beaucoup plus grande que celle du gaz BH. A partir de C, un nouveau changement brusque se montre dans l'allure de la courbe quidevientconcave. La compressibilité a diminué tout à coup en C et continue ensuite de décroître lentement : c'est celle du liquide au moment de sa formation. Rien n'est plus net que ces phénomènes ; l'acide

COMPRESSIBILITÉ DES 6ÂZ. SgS

carbonique se comporte comme la vapeur d'eau, le liquide formé se sépare nettement de l'atmosphère gazeuse, parce qu'il est beaucoup plus lourd, et le premier changement brusque C accuse le moment précis où la liquéfaction commence.

Les mêmes changements d'allure se retrouvent aux températures suivantes : en B' à ai°, en B"à 3i°, i, en B'" à 35*^,5. En chacun de ces points, la tension du gaz est maxima et la liquéfaction commence. Il faut tout d'abord justifier cette conclusion.

Regnault et Andrews, séparément et par des méthodes différentes, ont mesuré les pressions maxima de l'acide carbonique liquide à des températures croissantes jusqu'à 3i®. Elles sont concordantes, sensiblement proportionnelles aux températures et se construisent par une droite que l'on peut sans erreur probable prolonger jusqu'à 36°. Or ces tensions maxima sont sensiblement égales aux abscisses des points B, B', B" : ces points figurent donc en réalité le moment ou la liquéfaction commence.

Température i3,i 21, 5 3i,'ji 32,5 35,5

Tensions maxima H 44"**"* 60,1 77,0 80,0 83,9

Abscisses des points B..:.. 49 60,7 75,6 78,5 83,2

La liquéfaction se réalise en efiet aux pressions indiquées quand les températures sont de i3° ou ai°; mais à 3i°,a elle ne se voit plus : on atteint le point critique. Elle ne se voit pas davantage à Sa^'jS ni à 35**, 5 ni à aucune température supérieure. Cependant elle doit se faire et il faut chercher pourquoi elle ne se montre pas. Les points B, B\ B'' s'alignent sur une courbe presque droite qui s'élève progressivement; de même, les points C, C, C" se trouvent sur une ligne qui est descendante et qui rencontre la première approximativement en B''^, Çl'^\ cela veut dire que la densité minima du liquide au moment de sa formation est d'abord très supérieure à la densité maxima du gaz au moment où il se liquéfie, mais que la différence entre ces deux densités diminue quand la température s'élève et que vers 35° cette différence est nulle; d'où il suit qu'à des températures inférieures à 35° le liquide doit se former et se rassembler au fond du vase par excès de poids et que, au delà de 35°, il peut encore se former, mais ne peut plus se séparer du gaz, parce que cet excès lui manque.

Il n'est même pas nécessaire que les densités soient rigoureu-

Si, 5