ARGON

dans 100 vol. d’air 79,04 d’hzole.

Moyenne de 5 an dyses d’air normal prélevé (fans Paris, à une dizaine de mètres au dessus du

sol.. . 0.9350

Air pris en Normandie, au sommet, d’une colline,

à 305 mètres d’altitude. 0.9343

Air pris à 300 mètres d’altitude sur la Tour Eiffel. 0.9328

Air pris dans une galerie d’une mine de fer. . . 0.9354

Moyenne. . . .. 0.9340

L’auteur admet qu’jl est utile de faire subir à ces nombres une correction de 0,7 pour 100, résultant des pertes subies pendant les manipulations.

L’inspection des chiffres ci-dessus montre l’invariabilité de la proportion d’argon dans l’atmosphère, les différences constatées étant incontestablement de l’ordre des erreurs d’expérience.

Des mesures analogues dues à M. Relias et exécutées dans le laboratoire de M. Ramsay, ont fourni le nombre 1.186 pour la proportion d’argon renfermée dans. 100 vol. d’azote atmosphérique pur. La moyenne des chiffres de M. Schlœsing conduirait au nombre 1.182. On voit qu’il existe une certaine concordance entre ces divers résultats.

De nouvelles déterminations, effectuées sur des gaz recueillis par M. Richard en mer et aux Açores, notamment au sommet de Pico, 2.275 m , sont encore venues confirmer ces résultats. Ces dernières analyses ont en effet fourni à M. Schlœsing (1) le nombre 1,184 ou 1,192 après correction. Si, maintenant que l’on connaît la proportion d’argon contenu dans l’atmosphère et sa densité, ' on en déduit par le calcul la densité de Y azote atmosphérique , on trouvera qu’un litre de ce gaz doit peser 1 gr. 2574.

(1) Comptes-rendus. T. CXXIII, p. 696.

Il est intéressant de faire remarquer que lord Rayleigh avait obtenu expérimentalement 1 gr. 2572.

Jusqu’à présent il n’a pas encore été question de l’atomicité de l’argon ; nous savons seulement que le poids d’une molécule d’argon est égal au double de la densité par rapport à l’hydrogène, soit 19,94 x 2 = 39,88.

L’inertie de ce corps ep présence des réactifs, inertie que nous avons eu l’occasion de mettre en évidence, exclut a priori l’emploi des méthodes chimiques et nous oblige à avoir recours aux méthodes physiques, par exemple aux considérations qui découlent de la connaissance des chaleurs spécifiques.

En ce qui concerne un gaz, la détermination de la chaleur spécifique présente un caractère spécial; en effet, elle pourra conduire à deux valeurs différentes, suivant que l’on opère à pression constante ou à volume constant, et, dans la plupart des cas, c’est le rapport de ces deux quantités que l’on évalue et qui intervient dans les calculs.

Cette estimation peut se faire aisément, en appliquant la formule de ftewton, modifiée par Laplace.

on en déduit ( 2 )'

c’est-à-dire que le rapport des deux chaleurs spécifiques d’un gaz, peut se déterminer en mesurant la vitesse du son dans ce gaz et en notant en même temps sa densité et sa pression.

En employant la méthode de Kundt, basée sur ce principe, que les longueurs des ondes de compression et de dilatation sont proportionnelles à la vitesse du son, on a les équations

r = l>airy/ T ^(l-fat) .

—— V argon \/ —

ci + « t ).

dans lesquelles n est le nombre de vibrations par seconde, X la longueur d’onde du son et a le coefficient de dilatation des gaz pour une variation de température de 1°, soit 0,00367. Si dono le produit p (1 + at), peut être considéré comme identique pour l’argon et pour l’air, la valeur de y pour l’argon sera fournie par la proportion

Vdaiv 1,408

X 2 d nrgon Y ar g on

Le nombre 1,408 exprimant la valeur du rapport entre les deux chaleurs spécifiques de l’air.

Ces mesures, effectuées avec grand soin dans le laboratoire de M. Ramsay par MM. Randall et Kuenen, conduisirent au nombre 1.66, différant un peu du nombre 1,4 admis pour un grand nombre de gaz.

D’autre part Clausius a montré que si K est l’énergie de translation des molécules d’un gaz et H leur énergie cinétique on a la formule

dans laquelle C et c représentent respectivement les chaleurs spécifiques à pression constante, et à volume constant. Or, nous venons de voir que le rapport entre ces deux quantités est égal à 1.66 soit 1 +-L

Si nous mettons la formule (1) sous la forme

et qu’on remplace— par sa valeur 1 + j, on aura

Donc K = H ; c’est-à-dire que l’énergie cinétique totale du gaz est employée au mouvement de translation de ses molécules.

Cette absence d’énergie interatomique, qui se retrouve dans la vapeur de mercure, est considérée comme une preuve du caractère monoatomique d’un corps. En ce qui concerne l’argon, elle exclut en môme temps l’idée de complexité moléculaire de ce corps qui est donc bien un élément.

Si nous admettons pour la densité de l’argon par rapport à l’hydrogène le nombre 20, son poids moléculaire sera 40, mais cette valeur représentera en même temps son poids atomique puisque la molécule de l’argon est monoatomique.

Cette valeur de 40 pour le poids atomique de l’argon, rend difficile son introduction dans le système périodique de Mendeleefî ou exige l’existence d’un corps simple encore inconnu et dont le poids atomique serait 20 (1) Les deux premières lignes du tableau périodique font ressortir l’intérêt de celte hypothèse.

Li = 7 Gl = 9,2 B = 11 C = 12 Az = 14 O = 16 F = 19 ? = 20 Na =23 Mg = 24,3 Al = 27 Si = 28 P=31 S = 32 Cl=35,5 A = 40

M. Ramsay se mit à la recherche de cet élément' hypothétique.

Après un certain nombre d’essais en collaboration avec MM. Collie, Travers, puis M lle Emily Aston et demeurés infructueux, le savant anglais eut l’idée de faire porter ses recherches sur l’air liquide.

(I) Ramsay. Revue générale de chimie pure et appliquée. Tome I, n° 2.

On peut en effet se procurer en abondance de l’air liquéfié à l’état statique. Avant d’aborder l’exposé des travaux de M. Ramsay, il convient d’indiquer les divers modes de liquéfaction des gaz actuellement en usage.

M. Cailletet a le premier employé la détente pour obtenir la liquéfaction de l’air qu’il n’avait pu montrer qu’à l’état de brouillard et pendant un très court espace de temps.

La formule T, = T 0 (-“)~r (1)

donne le moyen de calculer à priori l'abaissement de température produit au moment de la détente. Cette formule fournit la température finale Ti d’un gaz qui passe de la pression P 0 à T 0 à la pression finale Pi.

En parlant d’une température T 0 la plus basse possible et d’une pression élevée, on conçoit qu’il est possible d’arriver à un agissement de température considérable.

Le calcul donne pour T 0 = 75" et pour P„ = 140 atmosphères, une température de — 220°. MM. Cailletet, Wroblewski, Olszewski et d’autres savants ont appliqué ce principe à la liquéfaction des gaz et ils ont vu le succès couronner leurs efforts, sauf en ce qui concerne l’hydrogène.

M. le professeur Dewar a réalisé un appareil pratique de liquéfaction des gaz qui a rendu facile la production en abon dance de l’air liquide.

Cet appareil (2) consiste essentiellement en un serpentin capillaire à triple effet refroidi au moyen d’un mélange d’alcool et d’acide carbonique neigeux, dont on peut encore abaisser la température par l'emploi d’une machine pneumatique.

L'air préalablement comprimé à 180 atmosphères, circule dans le serpentin où il se refroidit, puis se liquéfiant au moment où on produit la détente, vient se rendre dans un

(1) Ti et T,, sont exprimées en températures absolues.

(2) Revue générale des Sciences, 1896, p. 274.

récipient à deux parois, entre lesquelles on a réalisé par divers artifices une pression de 3 milliardièmes de millimètre. Ce vide constitue un écran qui empêche le réchauffement trop rapide de l’air liquide. L’appareil de M. Dewar peut fournir un demi-litre d’air liquide à l’heure. L’évaporation de l’air liquide à basse température permet d’obtenir de l’air solide ou plutôt une pâte d’azote contenant de l’oxygène liquide.

L’air liquide de couleur bleutée a pour densité 0,910. Il commence à bouillir à — 190 ü en dégageant d’abord de l’azote qui finit par disparaître totalement en laissant de l’oxygène.

Le D r Linde, de Munich, a d’autre part construit un appareil (1) dans lequel les serpentins s’emboîtent les uns dans les autres. La détente seule de l’air fait tous les frais de la réfrigération.

Le D r William Hampson,' précédant de quelques mois M. Linde, a également imaginé un appareil (2) basé exclusivement sur l’emploi de la détente et sans le concours d’une réfrigération artificielle étrangère.

Nous n’insisterons pas davantage sur ces appareils, renvoyant le lecteur aux publications, dans lesquelles il en pourra trouver le détail et nous terminerons cet aperçu en empruntant à M. Dommer (3), sa classification des machines pour liquéfier les gaz en trois groupes.

t" Les machines à cascades et à cycles multiples. Exemple : la machine de Leyde (4) a trois cycles : chlorure de méthyle, éthylène, oxygène. Leur fonctionnement est parfait, mais les frais d’établissement sont considérables ;

2° Les machines à détente avec production de travail extérieur (Siemens), basées sur le principe thermodynamique de

11) Génie civil, 1896, p. 97.

(2) Revue générale des Sciences, 1896, p.’ 329.

(3) Conférence du 16 février 1899 é l’Association française pour l’avancement des Sciences.

(4) Revue générale des Sciences, 1896, p. 381.

l’abaissement de température d’un gaz qui se détend. L’abaissement de température, théoriquement illimité, se limite bientôt dans la pratique, par l’impossibilité de réaliser des près sions suffisamment élevées dans les compresseurs ;

3° Les machines utilisant le phénomène Joule-Thomson, c’est-à-dire l’abaissement, de température d’un gaz qui se détend Sans produire de travail extérieur (Linde et Hampson). Ce sont actuellement les seules vraiment pratiques.

C’est la machine Hampson qui a fourni à M. Ramsay l’air liquide, sur lequel il a fait porter ses investigations en collaboration avec M. Travers (1).

Les auteurs ont fait évaporer lentement 750 cc d’air liquide, à l’exception des dix derniers centimètres cubes.

Le gaz provenant de ce résidu a été recueilli, on Ta privé d’oiygène par le cuivre métallique, et d’azote, d’abord par son passage sur un mélange de chaux et de magnésium, puis en le soumettant à l’action de l’étincelle électrique en présence d’oxygène et de soude.

Le résidu final, occupant un volume de 26 cc 2, examiné au spectroscope, a fourni le spectre de l’argon et de plus un spectre jusqu’alors inconnu et comprenant deux lignes bien caractéristiques, Tune dans le jaune, mais non identique avec la raie D 3 de l’hélium, et l’autre dans le vert.

Le gaz obtenu a pour densité 22, 47 (celle de l’oxygène étant 16) tandis que celle de l’Argon est seulement 20.

De plus le rapport des chaleurs spécifiques mesuré par la méthode de Kündt a fourni le nombre 1.66, ce qui tend à prouver que le nouveau gaz est bien un élément et un élément monoatomique.

Les auteurs se réservent le droit de compléter l’histoire de ce corps qu’ils ont nommé Krypton, c’est-à-dire caché.

L’air renferme donc un nouveau gaz, élémentaire, plus lourd

(1) Comptes-rendus. T. CXXVI, p. 1610.

que l’argon, moins volatil, que l’azote, l’oxygène et l’argon. A la suite de la communication des savants anglais, M. Berthelot (1) a fait remarquer que la forte raie verte du Krypton coïncide sensiblement avec la raie brillante n° 4 de l’aurore boréale et il propose de donner au nouveau gaz le nom d ’éosium.

Enfin, ajoutons que d’une part MM. Kayser et Friedlander ont cru trouver une raie jaune dans l’argon de l’atmosphère qui se retrouve dans les raies du Krypton, tandis que d’autre part MM. Troost et Bouchard (2), examinant le spectre du gaz des sources de Cauterets, ont pensé que, en raison de l’abondance de ses raies dans le rouge et dans l’orangé, ce gaz pouvait renfermer quelque élément inconnu.

MM. Ramsay et Travers s’étant proposés avant tout d'étudier les parties les moins denses de l’argon, la découverte du Krypton ne pouvait les satisfaire complètement, aussi ont-ils continué leurs recherches et avec un plein succès, car elles leur ont permis d’établir l’existence de trois nouvelles substances gazeuses : le néon, le mélargon et le xénon.

Voici comment ont été découverts ces trois gaz : (3)

L’argon ayant été liquéfié puis abandonné à une lente ébullition, les auteurs ont recueilli dans le gazomètre à mercure les portions les plus légères.

La densité du gaz ainsi recueilli était de 14,67, et le rapport des chaleurs spécifiques égal à 1,66. Au spectroscope on observait, outre le spectre de l’argon, une masse de lignes assez importantes, jaunes orangées et rouges. On était donc probablement en présence d’un nouvel élément souillé d’argon.

En essayant de liquéfier ce mélange, les auteurs ont reconnu qu’une portion seulement du gaz, constituée précisément par de l’argon, se liquéfiait, tandis que l’autre portion conservait l’état gazeux.

(1) Comptes-rendus. T. CXXV1, p 1613.

(2) Comptes-rendus, 27 septembre 1893.

(3) Chem. News. T. 78, p. 134-133; Revue générale de Chimie pure et appliquée (1899), p. 33, et Comptes-rendus, T. CXXVI, p. 1762.

Ce résidu gazeux dont la deusité se trouvait être de 9,67, donnait malheureusement encore le spectre de l’argon, et un examen plus rigoureux, dû à M. Baly, permit de mettre également en évidence les raies de l’hélium.

Ce gaz, appelé néon par les auteurs, était donc rendu, d’une part un peu plus lourd par des traces d'argon, d’autre part un peu plus léger par suite de la présence signalée de l’hélium.

Pour séparer le néon des deux autres gaz en présence, les auteurs ont eu recours à la différence de solubilité des gaz dans un solvant approprié, et ils ont choisi comme solvant, dans ce cas spécial, l’oxygène liquéfié.

Le néon brut a donc été mélangé à une quantité d’oxygène suffisante pour obtenir une condensation à peu près totale à la température d’ébullition de l’air liquide sous faible pression.

La portion non condensée (environ 1/5) a été séparée et considérée comme riche en hélium; la portion moyenne a été considérée comme du néon pvri/ié et le résidu regardé comme un mélange d’argon et de néon.

Naturellement, ces diverses portions renfermaient eu outre uue certaine quantité d’oxygène.

Après avoir éliminé l’oxygène contenu dans le néon purifié , on a mesuré la densité et l’indice de réfraction du corps ainsi obtenu. La quantité de matière, s’élevant à 30™ sous 250""” de pression, pesait 0,0093 gr.

Deux essais ont donné pour la densité 10,04 et 10,19.

L’indice par rapport à l’air est de 0,038.

Le rapport de ces deux chaleurs spécifiques a la valeur théorique de 1,655.

C’est dire que ce gaz est monoatomique. Mais ces nombres ne peuvent être adoptés sans restriction, car le néon purifié contient encore de l’argon et de l’hélium. Une seconde purification n’a pas permis d’obtenir l’élimination complète de

l’argon, et dans le gaz obtenu, de densité moindre d’ailleurs, les lignes de l’hélium devenaient plus apparentes.

MM. Ramsay et Travers préparent une grande quantité de néon dans le but d’obtenir ce singulier corps à l’état pur. Avant de quitter le néon, signalons que M. Baly a fait l’étude spectroscopique de ce corps, en éliminant les lignes de l’argon et de l’hélium au moyen d’écrans photographiques superposés. Le tube illuminé par le courant possède une lumière rouge orangé. Le spectre est formé d’un grand nombre de raies très fortes dans le rouge orangé, dans le jaune et de quelques lignes dans le violet foncé.

En étudiant les portions les moins volatiles provenant de la distillation de l’argon liquéfié, MM. Ramsay et Travers ont découvert, à côté du krypton déjà signalé, deux nouveaux gaz.

Le premier de ces gaz, appelé métargon, reste comme résidu mêlé à de l’argon quand on évapore de l’air liquide et que l’argon a été aussi éliminé.

Ce gaz, que les auteurs n’ont pu obtenir exempt d’argon, possède la curieuse propriété de donner, en présence de la potasse et sous l’action de l’étincelle électrique, le spectre de Swan, c’est-à-dire celui de l’oxyde de carbone.

La densité du métargon — 19.87 ; celle de l’argon étant de 19.94. Son spectre diffère absolument de celui de l’argon; comme lui le métargon est monoatomique.

Enfin le plus dense des gaz découverts dans l’air liquide a reçu le nom de Xénon (étranger). Sa densité atteint 32,5.

Le spectre de ce gaz, qui se rapproche de celui de l’argon, renferme un grand nombre de lignes, dont aucune ne possède une intensité bien remarquable.

Comme le spectre de l’argon il est susceptible de se modifier quand on intercale dans le circuit une bouteille de Leyde et un oscillateur.

En résumé, l’étude, de l'azote atmosphérique d’une part, l’examen de l’air liquide d’autre part, ont fourni à M. Ramsay

Tassilly. -7.

et à : ses collaborateurs, outre l’argon, quatre nouveaux gaz : le krypton, le néon, le métargon et le xénon.

La détermination des densités de l’argon brut (19,94), et de l’argon purifié (19,96) met en évidence une très légère diffé« rence due sans doute à la présence du néon dont la proportion dans l’air atteint 1/40.000. Quant aux autres gaz, ils existent en quantité trop minime pour pouvoir intervenir d’une manière sensible dans l’évaluation de cette constante, M. Ramsay n’a pu en effet déceler la moindre trace de xénon en opérant sur quinze litres d’argon.

C’est donc par des travaux ultérieurs effectués sur de grandes masses d’air liquide que pourra se compléter l’histoire de ces nouveaux constituants de l’air atmosphérique.