DE LA VAPORISATION DES LIQUIDES ET DE LA LIQUEFACTION DES VAPEURS

Ce travail est le plus important dans la pratique, et celui qui Analyse »iu éclaire le plus la théorie. On peut lui appliquer à plus forte raison ce que nous avons dit dans le chapitre précédent. Toute vaporisation comprend trois opérations :

(a) Il faut chauffer la masse à un degré voulu; (b) vaincre la résistance moléculaire intérieure; (c) dilater le liquide et en écarter les molécules à un degré nécessaire pour le transformer en vapeur.

^ Voyez Canloiii, op. cit.y p. 58.

SeCCHI. FOilCES PHY8IQUB5. — %** ÉDlflOS.

D'après notre théorie, le mouvement des molécules du corps présentera trois phases bien distinctes :

(a) La vibration moléculaire acquiert une intensité déterminée ; (b) les pressions intérieures (dites forces moléculaires) sont vaincues ; (c) les molécules sont lancées avec une vitesse telle, qu'elles deviennent plus ou moins indépendantes.

Évidemment ce dernier travail absorbera à lui seul une force

vive énorme; aussi pour gazéiGer une masse liquide, il faut une

quantité de chaleur supérieure de beaucoup à celle qui en produit

Calorique de la simple dilatation ; celte quantité est nommée calorique de vapo-

vaporisation. • *• ï • j ' *• » • j i i -i ' 'j *

risation. Les considérations émises dans les chapitres précédents relativement aux phénomènes qui accompagncnl la fusion des solides considérés sous le rapport de Pexcursion moléculaire, et la nécessité de calculer leurs éléments numériques en les rapportant aux volumes, peuvent s'appliquer également à la vaporisation. Si, comme cela se pratique habituellement, on évalue par rapport aux poids les calories de vaporisation (le calorique dit latent), on ne trouve aucune relation entre ces quantités et les propriétés physiques des corps, tandis que faisant les calculs sur des volumes égaux, la relation est évidente. Voici des exemples :

Calorique de Calorique de

vaporisa lion à vapeur i

volume égal. Total. poids ûgni

Mercure 988,7 H45,0 77

Eau 514,1 610.0 556

Alcool niclhyl.quc 200,5 'iSi,! 261

Acide sulfureux 138,0 138,0 94

Essence de térebtfiUhine. . . 58,8 l'ii.O 58

Éllicr acclique 86,6 119,9 105

Soufre 111,8 279,7 72

Iode 88,4 181.7 23

Ce tableau montre clairement comment les liquides les plus denses nécessitent un nombre de calories plus grand.

Le calorique de vaporisation varie suivant le degré de cohésion des liquides et non pas suivant leur viscosité. Nous avons déjà vu que les vapeurs ont généralement une capacité calorifique moindre (environ de moitié) que celle des liquides générateurs*. Si les capacités sont rap[)ortces aux volumes, la loi est encore plus évi-

' llillltnill, ,,p. Cit.. I» T.".

VAPORISATION DES LIQUmES ET LIQUÉFACTION DES VAPEURS. 99

dente. Dans ces corps, on doit tenir compte de deux quantités de chaleur : une d'élasticité et l'autre de vaporisation, et cette dernière étant tout entière employée à désagréger les molécules, les liquides, dont les molécules sont fortement unies entre elles, doivent présenter les chaleurs de vaporisation les plus élevées.

En effet, la quantité de travail nécessaire pour séparer les molécules ayant été évaluée en kilogrammètres, on a trouvé pour le mercure 585 kilogrammctres, tandis que pour l'eau, elle est de 318 kilogranimètres, et, pour l'alcool méthylique 78 kilogrammètres. Au contraire, la chaleur sensible produisant simplement la dilatation est exprimée, pour ces mêmes corps, par les nombres 79, 59, d6, et leurs cohésions respectives par 1,92, i,00, 0,39. One remarque bonne à signaler, c'est que, dans les divers liquides, le rapport entre les deux genres de travail dont nous avons parlé est sensiblement constant et égal à 11 ; il croît un peu avec la température-. Nous avons cité seulement quelques exemples; on pourra en trouver un plus grand nombre dans le remarquable ouvrage de Cantoni.

D'une manière générale, on peut dire que, pour séparer les molécules d'un corps liquide, il faut une plus grande quantité de chaleur que pour fondre la même substance prise à l'état solide. Donc, eu égard à l'intensité de l'attraction moléculaire, la différence entre un liquide et une vapeur est plus grande que celle qui sépare un liquide d'un solide, fait déjà révélé par d'autres phénomènes. JJais, jusqu'à présent, on n'a pas encore découvert la loi suivant laquelle varient ces quantités de chaleur pour un même corps, el encore moins pour des corps de nature différente. Ainsi, pour désagréger 1 litre d'eau et le convertir en vapeur, il faut presque une quantité de chaleur égale à celle qui pourrait fondre un égal volume de fer.

La niasse liquide étant réduite à l'état de vapeur, si on lui fournit une nouvelle quantité de chaleur, elU; sera tout entière employée à dilater la vapeur pro.luite et à en élever la température, nous supposons, bien entendu, les molécules libres de toule influence moléculaire, comme cela se présente dans les gaz parfaiU. Mais évidemment, pour échauffer le corps pris à l'état aéri-

Caloriquft (l'élasticité.

Giandeiir de cette quantité.

Changrmenl (le t'haieur spiVifiniuv

Cantuiii, op. cil. y p 78.

Opérai ion inverse.

Conilcnsalion des vnpcui>.

riforme, il ne faudra pas la même quantité de travail que s*il était liquide; les molécules n'étant plus gênées par leurs voisines, le calorique nécessaire à la dilatation diminuera. Donc, pour élever une masse égale d'une substance donnée, il ne faudra pas le même nombre de calories à l'état liquide et à l'état gazeux. L'expérience prouve que dans le dernier cas il faut environ la moitié du nombre nécessaire dans le premier.

Lorsqu'un corps passe de l'état de fluide élastique à celui de liquide, le même cycle d'opérations s'accomplit en sens inverse.

Considérons un gaz très-rapproché de son point de liquéfaction, une vapeur, je suppose ; ce corps, abandonnant Fétat gazeux, ses molécules doivent perdre leur vitesse de libre translation, afin d'accomplir leur mouvement dans les orbites étroites qui, nous Tavons dit, senties trajectoires des atomes liquides. Pour se réaliser, un semblable effet exige la soustraction d'une certaine quantité de la force vive de projection renfermée dans la masse, alin que les molécules restent exclusivement animées du mouvement vibratoire. Dans la réalité, celte déperdition se produit peu à peu, et seulement un certain nombre de molécules à la fois abandonnent leur vitesse de projection. De la force devenue ainsi disponible, une partie échauffe les corps environnants, une autre est employée par la portion du gaz encore libre pour résistera la liquéfaction; de sorte que ces deux quantités dynamiques raniment le mouvement vibratoire de la masse ambiante, affaibli par les influences extérieures. Nous avons de cela un exemple frappant dans la liquéfaction de la vapeur aqueuse qui se condense au sein d'un liquide froid, le mouvement perdu par le corps gazeux se communique à un certain poids de liquide et l'échauffé; on a même fondé là-dessus un mode de chauffage utilisé par l'industrie; au contraire, le mouvement peut se répandre lentement dans les corps voisins, dont il élève la température ou tout au moins il en empêche le refroidissement.

De même une certaine quantité de vapeur d'eau répandue dans l'atmosphère vient-elle à se condenser en gouttelettes, elle forme un nuage et dégage de la chaleur; une partie de sa force vive est employée à échauffer Tair sous-jacent, et une autre à maintenir sous forme de gaz la niasse de vapeur restante. En un mot, nous avons dans ces circonstances transformation d'un libre rnouve-

VAPORISATION DES LIQUIDES ET LIQUÉFACTION DES VAPEURS. iOl

ment de translation d'une partie du corps en mouvement vibratoire de l'autre.

Les groupes moléculaires de la substance ayant perdu leur vi- Changetnenu tesse de translation et se trouvant réduits à vibrer suivant des **^**^'^ courbes très-resserrées, évidemment, pour obtenir de leur part le même choc sur les molécules voisines, il faudra leur communiquer une force vive supérieure à celle qui auparavant était suffisante, car la même force vive ne produira plus une vibration d'une aussi grande intensité, et, de plus, la dépense de force variera dans des limites assez étendues, car la distance parcourue par les molécules et le nombre des chocs qu'elles exercent contre leurs voisines changent avec la nature et l'état des corps. Il y aura donc nécessairement des différences dans les effets produits par une même quantité de mouvement extérieur communiquée à une masse de matière selon Tétat physique sous lequel elle se présentera, et de là changement de chaleur spécifique du même corps à Tétat liquide et gazeux.

La quantité de mouvement qui, dans un gaz, produit un certain déplacement linéaire des molécules, et, par suite* un redoublement d'intensité dans leurs chocs réciproques, ne produirait pas le même effet si le corps était liquide, car les molécules, dans ce dernier, étant cernées par leurs voisines, les collisions sont plus fréquentes; par suite, il faudra des quantités différentes de force vive dans les deux cas pour obtenir dans une substance donnée un même accroissement des vibrations thermiques, c'est-à-dire de la température ; autrement dit, la capacité calorifique (Tun corps change avec Vétat du corps. Cette déduction est justifiée par l'expérience, car on a reconnu que dans tous les corps liquides les chaleurs de température sont plus grandes qu'elles ne le sont pour les mêmes corps à l'état gazeux. La capacité calorifique de l'eau à l'état liquide est 1 ; à l'état de vapeur, elle est égale à 0,475, et il en est de même des autres cor|)s* ; de sorte que, à très-peu près, la capacité des fluides réduits à l'état gazeux serait généralement la moitié de celle qu'ils présentent à l'état liquide. Ce résultat doit être accepté sans tenir compte des actions secondaires possibles, telles que les variations des mouvements de vibration, l'influence

* Voyei Canlorâi, p. 7S.

Développement iittp rieur.

Deui cas différents.

1' Le corps

reçoit de

la cliuleur.

102 tDU CALORIQUE.

des milieux environnants, les forces moléculaires, toutes conditions qui influent sur la capacité calorifique comme nous avons vu, mais dont nous pouvons pour le moment faire abstraction.

On comprendra encore mieux les considérations précédentes en examinant le cas inverse, c'est-à-dire le passage d*un liquide à l'état de gaz; alors il faut développer dans les molécules une vitesse de projection assez énergique pour leur permettre d'abandonner la sphère d'activité des molécules voisines, et la quantité de mouvement à fournir dans ce cas doit être suffisante pour : (a) séparer les molécules de celles qui les environnent et leur frayer une route au travers de celles-ci, (b) pour maintenir ces mêmes molécules en mouvement.

Ce changement d'état peut se faire dans deux conditions difTérentes : dans le premier cas le corps ne reçoit de Textéricur aucune nouvelle quantité de calorique ; dans le second il en reçoit.

1** Premier cas : pendant l'évaporation d*une partie du liquide, celle-ci devra recevoir de la portion restante, ou des corps environnants la quantité de mouvement afférente à son nouvel état ; par conséquent, elle absorbera de la chaleur à tous les corps voisins, la masse liquide non vaporisée y comprise. Tel est le cas ordinaire de l'évaporation des liquides à la température ordinaire, aussi elle s'accompagne toujours d'un abaissement de température, et même sur ce principe on a fondé la construction du ps} chromètre des météorologistes. Les phénomènes sont beaucoup plus marqués avec les liquides très-volatils, tels que ceux résultant de la condensation de corps ordinairement gazeux, mais susceptibles de se liquéfier sous TinQuence combinée d'une forte pression et d'un abaissement considérable de température (ex. : acide sulfureux, acide carbonique, protoxyde d'azote, etc.) ; alors si la pression diminue, ils reprennent l'état aériforme et absorbent une quantité de chaleur telle, que les physiciens emploient ces liquides pour obtenir de très -grands froids; avec l'acide carbonique liquéfié, la température descend à — 70** et même à — 100®. La soustraction du calorique se fait avec une telle rapidité que Ton peut congeler l'eau dans un creuset de platine incandescent, au moyen de Tacide sulfureux li.|uide, et elle est assez intense pour que, lors de l'évaporation de l'acide carbonique liquéfié, une partie