MESURE DE LA TENSION MAXIHU11I DES VAPEURS
Fig. 627. vir d'un tube recourbé ab plein de mercure (Gg. 627) : dans la branche a on introduit un peu de liquide et, après ravoir fermée à la lampe, on la plonge dans un bain de plus en plus chaud; on voit alors le niveau s'élever graduellement dans la branche ouverte 6. La tension de la vapeur est égale à chaque instant à la pression atmosphérique augmentée du poids de la colonne verticale de mercure ab. Mais, pour mesurer exactement les tensions qui s'élèvent à plusieurs atmosphères et les températures correspondantes, on rencontre de grandes difficultés. La science ne possédait sur ce point que des données vagues et incertaines, lorsque Arago et Dulong furent chargés par l'Académie des sciences de Paris de déterminer les forces élastiques de la vapeur d'eau jusqu'aux plus hautes pressions dont on fasse usage dans les applications industrielles. Dans ce grand travail, qui a été terminé en 1850, ils mesurèrent la force élastique de la vapeur d'eau jusqu'à 24 atmosphères, au moyen d'un manomètre à air comprimé.
Les dernières recherches et en même temps les plus étendues et les plus remarquables par leur exactitude , sont celles de M. Regnault. L'illustre académicien français a généralement employé la méthode par Vébulliliony qui consiste à faire bouillir le liquide dans un vase, sous une pression connue, et à mesurer la température à laquelle se produit l'ébulUtion. En s'appuyant alors sur ce principe, qu'au moment de rébullition la force élastique de la vapeur qui se dégage est précisément égale à la pression que supporte le liquide (p. 510), on connaît la tension de la vapeur et la température correspondante, ce qui résout la question. M. Regnault a pu, par ce procédé, observer les pressions de la vapeur d eau jusqu'à 28 atmosphères.
Nous avons consigné dans les tables suivantes quelques-uns des résultats relatifs à la vapeur d'eau.
Tensions de la vapeur d'eau, de — 30 d 100
degrés, d'après M.
Regnault.
TENSIONS
TENSIONS
TENSIONS
TENSIONS
TEMPÉRA-
on miiiimàtre»
TEMPÉRA-
on niillimèlres
TEMPÉRA-
en milliniélrei
TEMPÉRA-
TURES.
de roerouro
TURES.
de mercure
TURES.
de merouro
TURES.
de raeroore
àftéro.
h tvro.
&tëro.
Atéro.
- lîJ
MESUEE DE L/l TENSION HAXIHUK DES VAPEURS. 913
Tensions, en atmostphères, de I00<> à 230<*,9, d'après M. Regnault.
TEHPéRA-
ITOHBRS d'atmo-
TEMPERA-
HOIBRK d^atmo-
TBHPiRÂ-
HOMBRB d^atmo-
TEMPERA-
NOMBRE d^atmo-
TDRES.
•ph6res.
Tuaes.
.phère..
TVRKS.
•phèrea.
TURES.
•phèrea.
iS9,2
Ces tables font voir que la force élastique de la vapeur d'eau croît suivant une loi beaucoup plus rapide que la température (p. 510); mais cette loi n'est pas connue.
Voici les résultats que l'on a déduits des observations qui ont été faites sur les dissolutions salines : 1° la vapeur produite à leur surface est de la vapeur d'eau pure; S"" la tension de cette vapeur dans un espace limité et à une température donnée est moindre que la tension de la vapeur produite par de l'eau pure; elle varie avec la nature du sel dissous.
Les acides étendus d'eau se comportent d*une manière analogue quand l'acide n'est pas volatil à la température ordinaire ou qu'il l'est peu. Dans le cas contraire, les vapeurs qu'ils émettent contiennent des vapeurs de l'acide.
Des mélanges de deux liquides sans action chimique l'un sur l'autre se comportent comme si chaque liquide était seul.
On trouvera dans le tableau ci -dessous les forces élastiques des vapeurs de cinq liquides différents; ces tensions, exprimées en millimètres de mercure à zéro^ ont été déterminées par M. Regnault.
TEIPÉIITDRIS.
BSSKHCB de térébesthue.
iLCOOL.
CHLO&OIO&n.
SDLFD&B de urbeie.
ÉTIU.
Ce tableau confirme pleinement la première des deux lois de Dallon que nous avons énoncées p. 5iO. (H. V.)
On nomme densité ou poids spécifique d'une vapeur le rapport entre le poids d un certain volume de cette vapeur et celui d un même volume d'air^ à température et à tension égales.
Deux méthodes ont été suivies pour déterminer la densité des vapeurs : la première, due à Gay-Lussac, est applicable aux liquides qui entrent en ébullition au-dessous de iOO degrés ou peu au-dessus; la seconde, due à M. Dumas, permet d'opérer à des températures qui peuvent aller jusqu'à 360 degrés environ.
La méthode de Gay-Lussac est inverse de celle qu on applique aux gaz : au lieu de chercher le poids de la vapeur contenue dans un espace donné, on détermine le volume qu'occupe un poids connu de vapeur. A cet effet, on renferme le liquide qui doit fournir la vapeur dans une ampoule de verre , qui puisse se briser par l'élévation de température. Cette ampoule se compose d'un petit réservoir sphérique terminé par un tube effilé en pointe; on la remplit de liquide, par une opération semblable à celle employée pour la construction du thermo- Fig. 628. mètre à alcool; on ferme ensuite la pointe à la lampe. La différence des poids de l'ampoule pleine et vide donne le poids P du liquide qu'elle contient; des tâtonnements préliminaires ont dû indiquer les limites entre lesquelles doit être compris ce dernier poids, pour que l'expérience puisse réussir.
L'appareil qui sert à l'expérience est représenté dans la figure 628 : c'est un fourneau f sur lequel repose une chaudière c, en fonte, dont le bord 6 a été travaillé de manière à former un plan qu'on ajuste avec un niveau dans la direction horizontale; g est une cloche graduée, de trois ou quatre décimètres de longueur, plongeant dans le bain de mercure de la chaudière; m est un manchon de verre dans lequel on verse un liquide qui enveloppe la cloche dans toute sa longueur, depuis le niveau extérieur du mercure, et qui la recouvre à son sommet; r est une règle divisée qui se met verticalement au moyen de la traverse t, dont la face plane se pose exactement sur le bord
horizontal de la chaudière. La cloche est pleine de mercure bouilli et c'est dans sa partie supérieure qu'on fait passer l'ampoule a pleine et fermée. On met des charbons sous la chaudière; le mercure, l'ampoule et le liquide du manchon s'échauffent graduellement , et divers thermomètres donnent à chaque instant leur température commune. A un certain instant , la vapeur qui se forme , ou plutôt qui tend à se former dans l'ampoule la brise : il y a alors dépression du mercure dans réprouvette, et tout le liquide de l'ampoule se gazéifie. On chauffe jusqu'à ce que la vapeur formée ait évidemment une densité moindre que celle maxima^ correspondante à la température du bain ; ce qui a lieu lorsque la pression exercée par la vapeur est moindre que la tension correspondante à la température observée , et qui est donnée par les tables des forces élastiques.
Lorsque cette condition est remplie, on mesure la température i de l'eau du manchon. On observe ensuite le nombre de divisions de l'éprouvette dont la capacité est connue, et qui sont occupées par la vapeur; on en déduit facilement son volume V, exprimé en litres. Il ne reste plus qu'à déterminer sa tension, ce qui se fait au moyen de la règle r. D'abord, on la fait monter ou descendre de manière que sa pointe inférieure vienne affleurer la surface du mercure de la chaudière, et ensuite on fait marcher le voyant v jusqu'à ce que le rayon visuel rase le sommet de la colonne de mercure de la cloche. La longueur qui se trouve entre la pointe et le voyant est la hauteur de la colonne soulevée : on la réduit à 0, on la retranche de la hauteur actuelle du baromètre, pareillement réduite à 0, et la différence est la dépression de la colonne barométrique ou la force élastique H de la vapeur. Pour déduire son poids spécifique des nombres f, V, H, il faut remarquer d'abord que le volume V est évalué d'après la capacité de chaque division de l'éprouvette correspondante à 0"*, en sorte que le volume réel de la vapeur à la température t esiV {l -{-kt), k étant
le coefficient de dilatation du verre. D'après cela, y /i i hi\ sera
le poids d'un litre de la vapeur proposée, à la température t et sous la pression H. Il faut maintenant trouver quel serait le poids
d'un litre d'air dans les mêmes circonstances. Or, ce poids est
Il Ë
^r-=^ • , . • 1»',293 (p. 501), a étant le coefficient de dilatation de
l'air; ainsi le poids spécifique cherché, celui de l'air étant pris pour
0,76 (t+gp P
unité, sera ^ ' ^ * l«^,293. V(t + A'O
On a trouvé de cette manière, pour le poids spécifique de la vapeur d'eau 0,6235, pour celui de la vapeur d'alcool 1,6138, pour celui de la vapeur d'éther sulfurique 2,5860.
Il est facile de déduire du poids spécifique de la vapeur d'un liquide, rapporté à celui de l'air, le volume que doit occuper un poids donne de cette vapeur à une certaine température. Soit proposé, par exemple, de déterminer le volume d'un gramme de vapeur d'eau au maximum de tension à 100°. Puisqu'un litre d'air sec, sous la pression de
lK',293 0™,76, pèse 1«%29 à 0% el, par suite, i ^o,00567 . 100 ^ *^^^'
un litre ou mille centimètres cubes de vapeur d'eau à 100°, et au
0 6235 l^*" 293 maximum de tension, pèseront 0,6235 fois autant, ou —^ — . ' , '
On conclut de là qu un gramme de cette vapeur occupe^ acitk m r afirt^
U,Oi2oo . i^',x93
ou à très-peu près 1700 centimètres cubes, ou un volume 1700 fois plus grand que celui de l'eau qui a servi à la former.
Fig. 629. L'appareil de M. Dumas se compose d'un
ballon de verre B (fig. 629), dans lequel on met une certaine quantité de la substance solide ou liquide qui doit former la vapeur; après en avoir effilé le col à la lampe, on le dispose dans un bain d'eau saturée de sel, ou dans un bain d'huile de pied de bœuf, ou d'alliage de d'Arcet, si l'on a besoin d'une température très-élevée, afin qu'elle soit supérieure à celle de Tébullition de la matière introduite. Cette matière entre alors en ébullilion; la vapeur chasse l'air et quand il n'y a plus de liquide en excès ou que le jet de vapeur cesse d'être aperçu, on ferme l'ouverture à la lampe et on laisse refroidir le ballon.
La température t du bain est connue. Le baromètre donne la pression atmosphérique H ; V étant le nombre qui représente la capacité du ballon è 0«, et qu'un jaugeage préliminaire a fait connaître, cette capacité doit être V ( 1 + kt) 5 t% k étant le coefficient moyen de dilatation du verre entre 0 et T. Enfin, en retranchant du poids du ballon refroidi, celui du même vase vide de toute matière pondérable, déterminé par des pesées antérieures , on obtient le poids P de la vapeur qui occupait le volume V (1 + A^), à la température t et sous la pres-
sion H. Od a ainsi toutes les données nécessaires pour évaluer le poids spécifique cherché.
Dans ce qui précède , nous avons supposé tacitement que l'air était expulsé et le ballon rempli seulement de vapeur. Mais, en général, il reste dans le ballon une certaine quantité d'air qui n'est pas chassée par Fébullition. Pour défalquer le poids de cet air, on prend le ballon après la dernière pesée, on en plonge la pointe dans un bain de mercure et on la brise ; aussitôt le mercure remplit le ballon, sauf l'espace occupé par l'air qui était mélangé avec la vapeur; alors on enlève encore une portion du tube effilé, jusqu'à ce que l'ouverture soit assez large pour que l'on puisse faire passer l'air dans un tube gradué, afin d'en avoir le volume à une température connue et sous une pression connue. Cela fait, on en calcule le poids, et l'on trouve alors facilement le poids réel de la vapeur qui était contenue dans le ballon au moment où il a été fermé.
Lorsqu'il est resté de l'air avec la vapeur, son poids étant déterminé comme nous venons de le dire, il faut en calculer la pression pour la température à laquelle on a fermé le ballon, en supposant que, mélangé avec la vapeur, il le remplissait comme elle; cette pression trouvée, il faut la retrancher de la pression barométrique, pour avoir en définitive la pression de la vapeur elle-même.
Le tableau ci -dessous contient les poids spécifiques de quelques vapeurs.
NOMS de* subalanom.
POIDS SPÉCIFIQUE obtorTét
