RECHERCHES DIVERSES SUR LA LIQUÉFACTION DE QUELQUES GAZ

Liquéfaction de l’acétylène. — On voit que la liquéfaction des gaz permanents a exigé une assez longue période, environ 20 ans, depuis le mois de décembre 1877 jusqu’à l’année dernière; pendant ce temps, on a pu aussi transformer en liquides quelques autres gaz.

Signalons d’abord l’acétylène, le premier gaz que M. Cailletet liquéfia, en décembre 1877, dans l’appareil décrit plus haut (fig. 4); en le comprimant à 83 atmosphères à la température de 18° ,ille vit se changer en un liquide incolore et très mobile. C’est en observant l'effet de la détente sur l’acétylène qu’il futamené à s’occüper des gaz permanents,

Liquéfaction de l’ozone. —- Quelques années après (1882), MM. Hautefeuille et Chappuis liquéfièrent l’ozone en se servant des appareils installés à l'Ecole Normale par M. Cailletet. L’éprouvette de l'appareil, terminée par un tube capillaire recourbé comme sur la figure ”, était remplie d’un mélange d'oxygène et d'ozone, qu’on soumettait à une pression de 125 atmosphères ; la branche recourbée était refroidie au-dessous de— 100° par un jet d’acétylène liquide. Si le mélange gazeux ne contient pas plus de 10 0/0 d'ozone en poids, ilne présente pas de colo: ration sensible dans la branche ascendante, tandis qu’on observe une teinte bleue très caractérisée dans toute la

portion refroidie. En l’absence d’un ménisque bien net, les auteurs ont attribué cette coloration à un liquide mixte formé d'ozone et d'oxygène. Par la détente, le tube se décolore instantanément, mais il reste, dans la partie effilée quile termine, une goutte liquide d’un bleu indigo foncé; l'ozone contenu dans le mélange est presque totalement condensé, car une nouvelle compression ne fait plus apparaître de coloration appréciable. Une fois liquéfié, l'ozone peut être conservé dans cet état près de 30 minutes sous une pression de 75 atmosphères; sa vaporisation n’est pas très rapide, même sous la pression atmosphérique.

Quelques années après (1889), M. Olszewskia constaté qu’on n'obtient pas de liquide en refroidissant l'oxygène ozonisé à — 150° sous la pression atmosphérique; il faut abaisser la température jusqu’à — 18r°, 4,dans l'oxygène bouillant: dans ces conditions, l'oxygène s'échappe et l'ozone se transforme en un liquide bleu, transparent sous une faible épaisseur, opaque sous une épaisseur plus considérable. On peut ensuite réchauffer ce liquide jusqu’à — 106°, température à laquelle il paraît bouillir sous la pression atmosphérique. M. Olszewski a constaté que l’ozone liquide détone, même à basse température, un contact d’une trace d’éthylène.

Tout récemment, M. Troost a entrepris de mesurer plus exactement la température d’ébullition de l’ozone. La température était donnée parun système de deux couples thermo-électriques fer-constantan, placés en opposition et reliés avec un galvanomètre Deprez-d’Arsonval. Une des soudures était maintenue dans la glace. L'appareil avait été comparé avec le thermomètre àhydrogène pour diverses températures comprises entre o° et — 200° et indiquait les températures à moins d’un demi-degré près.

L’ozone prenait naissance dans un ozoniseur de M. Berthelot, maintenu à — 79° environ par un mélange d’acide carbonique solide et de chlorure de méthyle, cet appareil communiquait avec un tube vertical, dont la partie inférieure étaitimmergée dansun bain d'oxygène liquide,

placé lui-même dans un récipient à enveloppe vide d'air.

L’ozone se liquéfiait dans ce tube, avant d'arriver à la partie entourée d'oxygène liquide, et à peu près à 2 cm au-dessus du niveau de ce bain, parle refroidissement dû à l'oxygène gaseux: il se rassemblait en goutelettes d'apparence huileuse, ne mouillant pas le verre, et tombait au fond du tube, où l’on avait placé d'avance une des soudures thermo-électriques. Pour mesurer la température d’ébullition, on abaissait le bain d'oxygène liquide de manière à amener sa surface libre à plus de 3 cm audessous de l’extrémité inférieure du tube renfermant l'ozone. La température d’ébullition, indiquée par une déviation stationnaire du galvanomètre, est de — 119°. On a trouvé le même nombre en opérant avec des quantités différentes de liquide.

L'oxygène liquide était fourni par un appareil construit d’après les indications de M. Dewar et utilisant l'oxygène comprimé du commerce (voy. page 25).

Liquéfaction du fluor. — Les propriétés physiques d’un grand nombre de composés fluorés, minéraux et organiques, indiquent que le fluor ne doit se liquéfier qu’à une température très basse. M. Moissan avait déja montré, en 1891, qu’il ne change pas d'état à — 95°, sous la pression ordinaire; cependant, MM. Moissan et Dewar sont parvenus à le liquéfier en 1897.

Le gaz était préparé par l’électrolyse du fluorure de potassium, en solution dans l’acide fluorhydrique anhydre ; il était débarrassé des vapeurs de cet acide par son passage dans un petit serpentin de platine, refroidi par un mélange d’acide carbonique solide et d’éther, puis dans deux tubes de même métal remplis de fluorure de sodium bien sec. L'appareil à liquéfaction se composait d’un petit cylindre de verre mince, à la partie supérieure duquel était soudé un tube de platine contenant, suivant son axe, un autre tube plus petit, de même métal. Le gaz à liquéfier arrivait par l’espace annulaire, passait dans l'ampoule de verre et s’échappait par le tube intérieur.

L'appareil étant refroidi à — 183° par l’ébullition tran-

De LE

quille de l'oxygène, le fluor passe dans l'ampoule sans se liquéfier, mais il a perdu la propriété d'attaquer le verre. Si l'on fait le vide au-dessus de l'oxygène, la liquéfaction se produit pour une diminution de pression de 32,5 cm de mercure. Le même résultat s'obtient dans l’air liquide récemment préparé, bouillant sous la pression atmosphérique. On conclut de ces deux expériences que la température d’ébullition du fluor est de — 187°.

Le fluor liquide a été refroidi à — 210° sans présenter trace de solidification. C’est un corps jaune clair, possédant une grande mobilité. Sa couleur rappelle bien la teinte du fluor vu sous une épaisseur de 1 m. La densité de ce liquide a été mesurée en le mettant en contact avec des corps de densité bien connue : elle est très voisine de celle de l’ambre; on a adopté 1,14.

Liquéfié, le fluor perd une grande partie de son activité chimique. Nous avons vu qu’il n’attaque plus le verre. À — 210° ,il estsans action sur l'oxygène sec, l’eau et le mercure, mais il se combine encore à l'hydrogène avec un grand dégagement de chaleur et de lumière ; il décompose aussi la benzine et l'essence de térébenthine avec incandescence. 4

Liquéfaction de l’argon. — L’argon, le nouveau gaz composant de l'air, découvert par lord Rayleigh et M. Ramsay, au commencement de l’année 1897, a été liquéfié aussitôt par M. Olszewski, à l’aide de l’appareil Cailletet. Les indications du manomètre ont été comparées avec celles du manomètre à mercure; les températures étaient mesurées avec un thermomètre à hydrogène. L’argon se condense aisément dans l’éthylène liquide, à — 128° ,6, sous la pression de 38 atmosphères. Si l’on élève légèrement la température, le ménisque devient de moins en moins distinct et disparaît à la température critique, qui a été fixée à — 121°, d’après la moyenne de sept expériences. La pression critique est de 50,6 atmosphères.

L'auteur a mesuré également les tensions maxima de la vapeur d’argon à des températures plus basses: il a

eu

trouvé :

Température Pression = 129°,6 35,8 atm.

Placé dans l’oxygène bouillant sous la pression atmosphérique, à — 182°,7, l'argon ne se liquéfie pas, même quand on augmente sa pression de 1/4 d’atmosphère, ce qui prouve que son point d’ébullition est inférieur à celui de ce gaz. Le changement d’état s’est produit seulement — à 187°: en ramenant le liquide à la pression atmosphérique, on a pu déterminer sa température d’ébullition, qui est de — 186,9, sous la pression de 740,5 mm. La densité du liquide est alors 1,5 environ; elle est donc beaucoup plus forte que celle de l'oxygène. A — 1910, l’argon Se solidifie en une masse cristalline ressemblant à la glace ; à une température plus basse, il devient blanc et opaque; il fond à — 189,6.

Liquéfaction d2 l’hélium. — On sait qu'un autre corps nouveau, déjà entrevu dans l’atmosphère solaire, l’hélium, a été retrouvé avec l’argon dans la clévéite, minéral rare contenant un uranate complexe de thorium, d’uranium et de plomb, ainsi que dans quelques autres minerais renfermant tous de l’uranium, de l’yttrium et du thorium.

M. Olszewski a essayé de liquéfier ce nouveau gaz en 1896, et, bien qu’il n’y ait pas réussi, il est arrivé cependant à des résultats très intéressants. Le tube capillaire, recourbé, de l'appareil Caiïilletet plongeait dans l'air liquide à — 220° (pression 1 cm de mercure). L’hélium ainsi refroidi fut comprimé à 140 atmosphères, puis détendu jusqu’à 20,sans qu’on pût y observer la moindre trace de brouillard. D'après la form ale donnée plus haut (page 14), la température était ainsi abaissée à — 264 environ. L'hélium est donc beaucoup plus difficile à liquéfier que l'hydrogène,dontle point critiqueest à peu près à — 234,5. M. Olszewski a utilisé cette propriété pour construire un thermomètre à hélium qu’il a comparé avec le thermo-

en 2

mètre à hydrogène, en déterminant les températures d’ébullition de l’oxygène sous des pressions de plus en plus faibles. Les deux appareils marchant d’accord à o°,1 près, l’auteuren conclut que le thermomètre à hydrogène peut être employé jusqu’au voisinage du point critique de ce corps.

M. Devyar a été plus heureux : il est parvenu à liquéfier l’hélium. Comme il ne pouvait pas, vu la rareté de ce gaz, lui appliquer la méthode de détente continue qu’il avait employée pour l'hydrogène, il s’est contenté dele refroidirau moyen de ce dernier gaz liquéfié. « Ayant un échantillon d’hélium purifié extrait du gaz de Bath et scellé dans un petit balion terminé par un tube étroit, ce dernier fut placé dans l’hydrogène liquide : on vit alors un liquide distinct se condenser. D’après ce résultat, ilsemble qu’il n’y a pas'une grande différence entre les points d’ébullition de l’hélium et de l'hydrogène. »