TT TS LS

Définition. — On appelle Zliquéfaction le passage de l’état gazeux à l’état liquide. On réserve généralement ce tefme pour les gaz et l’on désigne plutôt par condensation le retour à la forme liquide-des vapeurs provenant de corps dont le point d’ébullition est supérieur à la température ambiante.

Historique. — Au commencement du XVII: siécle, Van Helmont admettait encore que les gaz sont des fluides aériformes, incapables d’être réduits à l’état liquide par le refroidissement, tandis que les vapeurs ont besoin du secours de la chaleur pour se maintenir à l’état gazeux.

C’est dans les œuvres de Lavoisier qu’on trouve les premières idées nettes sur la nature des gaz et sur la possibilité de les liquéfier. « Supposons, dit-il, que la terre sé trouvât transportée tout-à-coup dans une région beaucoup plus chaude du système solaire, dans une région, par exemple, où la chaleur habituelle serait fort supérieure à celle de l’eau bouillante : bientôt l’eau, tous les liquides susceptibles de se vaporiser à des degrés voisins de l’eau bouillante, et plusieurs substances métalliques même, entreraient en expansion et se transformeraient en fluides aériformes, qui deviendraient partie de

CN ie

l'atmosphère. Par un effet contraire, silaterre se trouvait tout-à-coup placée dans des régions très froides, par exemple de Jupiter et de Saturne, l’eau qui forme aujourd’'hui nos fleuves et nos mers, et probablement le plus grand nombre des liquides que nous connaissons, se ransformeraient en montagnes solides et en rochers très durs. L'air, dans cette supposition, ou au moins une partie des substances aériformes qui le composent, cesserait sans doute d'exister dans l’état de fluide invisible, faute d’un degré de chaleur suffisant : il reviendrait donc à l’état de liquidité, et ce changement produirait de nouveaux liquides, dont nous n'avons aucune idée.

« Ces deux suppositions extrêmes et les conséquences immédiates qui en découlent font voir clairement que solidité, liquidité, fluidité aériforme, sont trois états différents de la même matière, trois modifications particulières par lesquelles presque toutes les substances peuvent successivement passer, et qui dépendent uniquement du degré de chaleur auquel elles sont exposées (Vues générales sur la formation et la constitution de l'atmosphère de la terre. ŒUVRES, II, 805). »

C’est d’ailleurs au hasard que fut due la première liquéfaction de gaz. Van Marum, cherchant à vérifier la loi de Mariotte avec le gaz ammoniac, enferma ce corps dans une éprouvette, sur le mercure, et, l'ayant soumis à une pression de 6 atmosphères, le vit se changer en un liquide transparent. D'un autre côté, Monge et Clouet liquéfièrent l’anhydride sulfureux sec en le faisant arriver dans un vase maintenu à — 10°, et Guyton de Morveau, en 1799, obtint le même résultat avec le gaz ammoniac, en le refroidissant à — 50° dans un mélange de chlorure de calcium et de neige.

Ces expériences restèrent d’abord isolées, et la remarquable prévision de Lavoisier ne fut pleinement confirmée que par les recherches de Faraday, qui présenta à la Société Royale de Londres, le 13 mars 1823, un premier mémoire Sur le chlore fluide et sur la condensation de divers gaz en liquides.

th 2

Différentes mèthodes de liquéfaction. — Nous savons aujourd’hui que tous les corps, sans exception, peuvent, suivant la température, se présenter sous trois états : solide, liquide et gazeux. La méthode la plus générale et la plus naturelle pour liquéfier un gaz consiste donc à le refroidir au-dessous de son point d’ébullition normal. Malheureusement, cette température est souvent extrémement basse et par conséquent difficile à atteindre.

D'un autre côté, on sait que le point d’ébullition s'élève avec la pression. Il suffit donc parfois de comprimer un gaz pour le rendre susceptible de se liquéfier à la température ordinaire.

Nous avons par conséquent deux procédés pour amener les gaz à l’état liquide : le premier est absolument général; l’autre, comme nous le verrons plus loin, n’est pas applicable dans tous les cas. En réalité, on combine le plus souvent les deux méthodes, car il est plus facile de produire à la fois un froid modéré et une pression moyenne que d'obtenir, soit une très forte pression, qui d’ailleurs ne suffirait pas toujours, soit un refroidissement très énergique.

Liquéfaction par le refroidissemênt seul. — Bien que cette méthode soit absolument générale, elle n’a été que fort peu employée. Cependant, dès 1821, Bussy liquéfiait l'ammoniaque, sous la pression atmosphérique, dans un tube refroidi à — 40°; trois ans plus tard, il liquéfia le gaz sulfureux en grande masse dans un mélange de glace et de sel marin.

On ne connaissait alors d’autres agents de refroidissement que les mélanges dits réfrigérants, qui ne permettent d’abaisser la température que vers — 50°. Ces mélanges auraient néanmoins suffi pour le cyanogène, quise liquéfie à — 20°, et pour le chlore, qui se transforme à —— 35° en un liquide jaune d’or. Depuis cette époque, on a utilisé l’évaporation des gaz liquéfiés, qu'on fait bouillir, soit à la pression normale, soit dans le vide ou sous l'influence d’un courant d'air :on obtient ainsi des tempé-

ratures d'autant plus basses que le corps choisi est plus volatil; par la même méthode, on produit, sans beaucoup de difficulté, un refroidissement énergique en opérant par cascade, c'est-à-dire en utilisant successivement plusieurs gaz dont les points d’ébullition vont en décroissant. On peut aussi obtenir le froid nécessaire par la détente du gaz même qu’on veut liquéfier : cette détente peut s'effectuer de deux manières, soit avec production d’un travail extérieur, soit en utilisant seulement le travail interne.

Telles sont les méthodes employées actuellement pour obtenir de basses températures ;: elles permettent aujourd’'hui de liquéfier tous les gaz par le refroidissement seul. Nous les trouverons appliquées dans un certain nombre des recherches que nous allons passer en revue.

Liquéfaction par la pression seule. -- La compression peut aussi être employée seule : ainsi l'acide sulfureux se liquéfie à 7°,5 sous une pression de 3 atmosphères; à 15°, il suffit d’une pression de 4 atmosphères pour le chlore, de 40 atmosphères pour l’acide chlorhydrique. À 10°, l'acide sulfhydrique n'exige.que 17 atmosphères, le gaz ammoniac 6,4 atmosphères, l’anhydride carbonique 36. Le cyanogène et le protoxyde d'azote deviennent liquides à 7°,2, sous des pressions respectives de 3,7 et de 50 atmosphères.

C’est ainsi que ces huit gaz ont été liquéfiés par Faraday dans sa première série d'expériences à l’aide du tube que nous décrivons ci-dessous. L'appareil de Thilorier et celui de M. Berthelot, décrits plus loin, utilisent aussi la compression seule.

Liquéfaction par pression et refroidissement. — Dans la plupart des expériences on a fait agir, en même temps que la pression, un refroidissement plus ou moins énergique. En outre, la pression peut être produite de deux manières distinctes, soit en accumulant le gaz dans ur réservoir à l’aide d’une pompe, soit en produisant dans un récipient, au moyen d’une réaction chimique, une masse de gaz de plus en plus grande.

Ave. RE

Emploi de la pression du gaz. — Ce dernier procédé a été mis en usage par Faraday dans sa première série d'expériences, publiée en 1823. Dans l’une des branches d'un tube À BC, en forme de V renversé (fig. r),ona renfermé les substances nécessaires pour produire le gaz, gé-

= néralement sous l'influence de la cha- FN leur. Le tube étant scellé à la lampe,

Ÿ . on chauffe la première branche et on

2" refroidit la seconde, si c’est nécessaire.

Fig. 1. — Tube de Dès que le gaz atteint une force élasti-

Faraday que supérieure à sa tension maxima pour

la température de la branche froide, il vient se liquéfier dans cette branche, d’après le principe de Watt.

Le nitrate d’ammoniaque, chauffé dans ce tube, donnait du protoxyde d'azote; l’acide chlorhydrique et le sulfure de fer fournissaient l’acide sulfhydrique ; le mercure et l'acide sulfurique produisaient l’anbydride sulfureux, etc. Faraday vit ces gaz se liquéfier aux températures et sous les pressions indiquées plus haut.

Cette méthode a été modifiée, en 1872, par Melsens,qui a liquéfié divers gaz, chlore, anhydride sulfureux,chlorure d’éthyle, cyanogène, acide sulfhydrique, ammoniaque et acide iodhydrique, en renfermant dans une des branches du tube de Faraday, rendue plus longue, du charbon de bois saturé de ces gaz.

Cependant, jusqu’à l’époque des travaux de Faraday, on n'avait liquéfié les gaz qu’en petite quantité et on n’en avait solidifié aucun.

En 1834, Thilorier imagina de construire en métal une sorte de tube de Faraday de grande capacité. Cet appareil, composé de deux récipients en fonte, réunis par un tube de cuivre de faible diamètre, fut employé à liquéfier l’anhydride carbonique.

Après un accident arrivé, en 1840, à l'École de Pharmacie, et qui coûta la vie au préparateur Hervy, l'appareil de Thilorier fut perfectionné par Deleuil, puis par Donny et Mareska. Il se compose aujourd’hui de deux cylindres en plomb A et A’, recouverts d’une enveloppe en cuivre

Ris

rouge et renforcés par des bandes et des cercles en fer forgé (fig. 2). Chaque cylindre, mobile autour d’un axe horizontal tel que M N, est muni d’un couvercle à vis B ou B’ et d’un robinet à vis C ou C’. L’un des récipients, A? par exemple, détaché du tube D, reçoit une certaine quantité de bicarbonate de sodium et un tube cylindrique plein d’acide sulfurique. L'appareil étant fermé, on lui communique des oscillations d'amplitude crois-

Fig. 2. — Appareil de Thilorier.

sante et l’on finit par le retourner complètement, pour faire tomber l’acide sur le bicarbonate. Le gaz carbonique se liquéfie par sa propre pression, et, si l’on réunit les deux cylindres par le tube D, distille dans le réservoir À, d’après le principe de Watt, A’ ayant été échauffé par la réaction.

En recevant le jet d'acide carbonique liquide dans une boîte sphérique en laiton mince, on obtenait une vaperisation rapide, et le froid produit par ce changement d’état transformait une partie du liquide en flocons solides blancs, analogues à la neige. M. Cailletet a remplacé la boîte sphérique par un cylindre d’ébonite qui donne un meilleur rendement; mais on réussit parfaitement ‘expérience en recevant le jet liquide dans un torchon

rs.

enroulé en cylindre et un peu aplati. L’acide carbonique liquide peut être pris avec la main, car il ne touche pas la peau, maïs, si on le mélange avec l’éther, qui en dissout une certaine quantité et rend en outre le contact plus intime, on obtient une température de — 82°.

Emploi de la pression mécanique. — Dans une deuxième série d’expériences, exécutée en 1845, Faraday a employé la pression mécanique associée avec un refroidissement intense. ee Le gaz, bien sec, traversait successivement deux pompes, qui élevaient sa pression d’abord à 16 ou 20 atmosphères, puis, au besoin, jusqu’à 40 atmosphères, et s’accumulait dans un tube.-en"U,.lel.que B; renfermant un petitmanomètre à air comprimé et entouré d’un mélange réfrigérant À d’acide carbonique solide et d’éther (mélange de Thilorier). Dans certains cas, l'appareil était recouvert d'une cioche où l’on faisait Fig. 3. — Appareil de Faraday. le vide (fig. 3.), afin d’abaisser la température jusque vers — 110°. La plupart des gaz furent liquéfiés ou même solidifiés avec ce dispositif.

Ainsi, dans ces conditions, le chlore se liquéfie aisément, l’acide chlorhydrique fournit un liquide incolore, mais ne peut être solidifié : sa tension de vapeur est voisine de la pression atmosphérique. L’acide hypochloreux se transforme en une substance cristalline rouge orange et très friable.

Les acides bromhydrique et He se liquéfient, puis se solidifient en une masse fissurée semblable à la glace. ET

L'acide sulfhydrique passe à l’état de masse blanche,