OSMOSE DES GAZ

fond est formé de papier parchemin bien tendu, dans lequel on place une couche mince d'un mélange d'un cristalloïde et d'un colloïde ; puis on dispose le vase sur un autre rempli d'eau. Le cristalloïde traverse le papier et va se dissoudre dans l'eau extérieure, tandis que le colloïde reste dans le vase intérieur. On peut ainsi préparer divers colloïdes, séparer la sérine du sang des peptones, des sels, etc., séparer les poisons cristalloïdes ; acide arsénieux, strychnine, etc.), des colloïdes (albumine, mucus, etc.) dont la présence entrave les recherches médico-légales. Cette méthode a l'avantage de ne mélanger aucun réactif au liquide étudié. Dubrunfaut a appliqué aussi la dialyse à l'extraction du sucre.

Mélange et osmose des gaz.

201. Mélange des gax ou diffusion. — Les gaz, à cause de leur expansibilité, se mélangent encore plus rapidement que les liquides : quelle que soit la différence de densité, deux gez ne peuvent rester superposés sans se mélanger. BerthoUet a mis ce fait en évidence en faisant communiquer, à l'aide,^ d'un tube étroit, deux ballons superposés qui contenaient, celui du bas de l'acide carbonique, celui du haut de l'hydrogène, qui est environ vingt fois plus léger. Les deux gaz avaient la même température et la même pression. L appareil était disposé dans les caves de l'Observatoire de Pans, ou la température est parfaitement constante. Au bout de quelque temps, les deux ballons se trouvèrent remplis d un mélange homogène des deux gaz et la pression n avait pas

changé. , i

Lorsqu'on mélange deux ou plusieurs masses de gaz, la force élastique du mélange est donnée par la loi suivante, qui a été énoncée par Dalton, et qui n'est que la généralisation de la loi de Mariotte : , . i „ v,«,« r^^^ La force élastique d'un mélange de gaz est égale a la somme des forces élastiques qu'aurait chaque gaz, s'il remplissait seul le volume du mélange.

lo4

L'expérience de Berthollet, indiquée ci-dessus, vérille cette loi.

202. Osmose des gax. — De même que les liquides, les gaz se mélangent encore lorsqu'ils sont séparés par une cloison poreuse. La vitesse de passage varie avec la nature du gaz et obéit à la loi suivante :

Les vitesses de passage de différents gaz à travers une cloison poreuse sont inversement proportionnelles aux racines carrées des densités de ces gaz.

On montre souvent cette propriété des gaz au moyen d'un vase poreux de pile qu'on ferme avec un bouchon traversé par un long tube droit ; on retourne l'appareil et l'on fait plonger l'extrémité du tube dans un liquide coloré. Si l'on couvre le vase d'une cloche pleine d'hydrogène, ce gaz, étant plus léger que l'air qui remplit l'appareil, y pénètre plus vite que l'air ne sort : il en résulte dans le vase une augmentation de pression qui fait sortir le gaz en bulles à la partie inférieure. Si ensuite on enlève la cloche, le phénomène inverse se produit : l'hydrogène sortant plus vite que l'air ne rentre, il se produit un vide partiel, et le liquide aspiré s'élève dans le tube .

Les gaz traversent aussi certains corps qui ne présentent pas de pores apparents, ou des membranes liquides : on peut dans ce cas considérer le gaz comme se dissolvant dans la membrane et se dégageant ensuite par l'autre face dans l'espace vide de ce gaz. C'est pour cette raison qu'une bulle de savon pleine d'air, placée dans l'acide carbonique, se gonfle peu à peu jusqu'à éclater.

Certains métaux tels que le fer, la fonte, le platine, portés au rouge, laissent passer les gaz. M. Gailletet, ayant aplati au laminoir un canon de fusil et l'ayant soudé aux deux bouts, le plaça dans un fourneau au charbon de bois, dont la température était très élevée. 11 le vit bientôt reprendre sa forme par suite de la pénétration des gaz dégagés par le foyer. Cette propriété rend très dangereux l'emploi des poêles en fonte, lorsqu'ils sont portés au rouge : l'oxyde de carbone peut alors traverser le métal et se répandre dans l'air ambiant.

203. Atmolyse. — L'osmose permet de séparer en partie des gaz d'inégale densité, ou d'augmenter dans un mélange la proportion de l'un des gaz composants. Cette séparation des gaz par diffusion s'appelle atmolyse. On fait passer le mélange gazeux dans un tube en terre poreuse entouré d'un tube de verre dans lequel on maintient constamment le vide.

PHÉNOMÈNES CAPILLAIRES

Le gaz le plus léger traverse plus vite le tube poreux, et le mélange devient plus riche eil gaz le plus lourd. L'air atmosphérique avec une vitesse d'environ 4 litre par heure peut arriver à contenir 24 0/0 d'oxygène. La séparation réussit encore mieux avec un mélange d'oxygène et d'hydrogène.

204. Diffusion îles dissointions g^azeuses. — Les membranes organisées se laissant traverser par les gaz, la diffusion de ces corps joue nécessairement un rôle important en physiologie. L'osmose peut d'ailleurs se produire aussi avec des dissolutions gazeuses. Ainsi dans larespiration de l'homme et des animaux terrestres, l'échange de gaz se fait entre l'air et le sang ; remarquons d'ailleurs que, dans le sang, l'acide carbonique est en partie dissous, en partie combiné, ce qui complique encore le phénomène. Dans la respiration des poissons, l'échange a lieu entre deux dissolutions : le sang et l'oxygène dissous dans l'eau.

Capillarité.

205. Phénomènes capillaires. — On désigne sous le nom de capillarité les phénomènes que présentent les liquides au contact d'un solide : les lois ordinaires de l'hydrostatique et de l'hydrodynamique cessent alors d'être suivies, et les actions moléculaii'es produisent des effets particuliers. Cette exception vient de ce que, en établissant ces lois, nous n'avons tenu aucun compte de ces actions.

Ainsi nous savons que la surface libre d'un liquide est ordinairement plane et .

horizontale, mais il n'en est plus de même clans le voisinage d'une paroi solide. Si le liquide mouille la paroi, il se produit à son contact une surface courbe concave vers le haut, et qu'on nomme un ménisque concave (ng. i iu c'est ce qui a lieu pour le verre avec l'eau, l'alcool, etc. bi e liquide ne mouille pas la paroi, la surface temjnale dans son voisinage est au contraire convexe vers le haut . c est un

ménisque convexe : ainsi pour le mercure et le verre, l'eau et les corps gras. Quelquefois, mais rarement, il ne se forme pas de ménisque et la surface libre reste plane jusqu'au contact du solide; c'est ce qui a lieu pour l'eau et l'acier poli.

Nous savons aussi que, dans deux vases communi- ' quants, la surface libre est dans un même plan hori- ' zontal ; cette loi n'est plus exacte si l'un des tubes est très étroit ou capillaire (c'est-à-dire d'un diamètre comparable à celui d'un cheveu). On voit alors le liquide s'élever davantage Fig- 141- dans le tube capillaire s'il

est mouillé; au contraire son niveau est plus bas, s'il ne mouille pas le tube (fig. 141). Il en est de même si l'on plonge un tube capillaire dans un liquide (fig. 140). Dans l'intérieur du tube, la surface est concave s'il y a ascension, convexe s'il y a dépression du liquide.

Enfin un phénomène analogue se produit entre deux lames voisines, mais l'ascension ou la dépression est plus faible

Fig- 14^- Fig. 143.

que dans les tubes. Si les lames sont parallèles, le liquide s'élève ou s'aiaisse de la même quantité dans toute leur étendue (fig. 142); si au contraire elles sont inclinées (fig. 143), c'est-à-dire si elles se touchent par une de leurs arêtes verticales et vonten s'écartant jusqu'à l'autre extrémité, le niveau s'élève davantage du côté où la distance est plus petite. Le liquide est alors terminé par une hyperbole équilatère.

PHÉNOMÈNES CAPILLAIRES

206. liOiB de» phénomènes capillaires. — L'expérience montre que les phénomènes capillaires se produisent dans le vide ou dans l'air comprimé comme à la pression atmosphérique ; l'ascension et la dépression dans les tubes ne sont pas en raison inverse des poids spécifiques; elles ne dépendent (jue de la nature du tube et de celle du liquide. Par conséquent les phénomènes capillaires ne sont dus ni à la pression de l'air ni à la pesanteur, et ne peuvent s'expliquer que par les actions moléculaires. Laplace en a exposé la première théorie satisfaisante. Nous ne pouvons donner ici l'explication théorique de ces faits, et nous nous bornerons à indiquer les lois numériques auxquelles ils obéissent.

Les ascensions et les dépressions dans les tubes sont indiquées par la loi de Jurin. Pour wn même liquide, les hauteurs des colonnes soidevées sont en raison inverse des diamètres des tubes.

Cette loi a été surtout vérifiée pour les ascensions. ^■ -A

L'expérience montre aussi que la hauteur du liquide soulevé dépend seulement du diamètre du tube au niveau de la surface, et nullement de sa forme dans la partie inférieure. Ainsi, si l'on plonge dans l'eau une petite cloche surmontée d'ùntube capillaire, le liquide s'y élève à la même hauteur que dans le tube seul (flg- 144). , -

Entre deux lames parallèles, la hauteur du liquide soulevé est moitié moindre que dans un tube dont le diamètre serait égal à la distance de ces lames. . «a^^ailMpc;

La loi de Jurin s'applique donc aussi aux lames Parallèles mais les hauteurs sont toujours deux fois P^^^P^^ f ^.'î^^, dans les tubes. Le niveau du liquide entre deux lames étant d'autant plus élevé qu'elles sont plus ^PP^^^^^^^' ^^^^ plique facilement la forme que présente la surface entre deux

''"07 Ai'irde raccoraement. - L'angle que forme la surface liquide avec une paroi solide est toujours le même quelle que soit la forme de cette paroi. Ainsi P«^^r le X^^j^^^/^^^^ verre, cet angle de raccordement est environ 4oo. On le venue

Fis. 144.

en versanl du mex-cure dans le petit appareil (lig. 145). En A le bord du liquide est vertical; il est incliné à 40" en B, tandis

qu'en arrivant en C le ménisque disparai t ; au-dessus de cette position, il devient concave.

208. Tension supcrflcielle. — La théorie des phénomènes capillaires, que nous ne pouvons exposer ici, montre que la surface libre d'un liquide se comporte toujours comme si elle était recouverte d'une fine membrane de caoutchouc tendu, qui l'envelopperait exactement. Elle tend donc toujours à prendre une forme telle que sa surface soit minimum. On donne à la force qui produit ces effets le nom de tension superficielle.

Un grand nombre d'expériences permettent de manifester l'existence de la tension superficielle. Nous en citerons seulement quelques-unes choisies parmi les plus simples. Lorsqu'on souffle une bulle de savon à l'extrémité d'un tube et qu'on l'abandonne ensuite à elle-même sans la détacher du tube, la tension superficielle réduit peu à peu le volume de la bulle et chasse l'air par le tube, comme on peut le constater en approchant l'autre extrémité de la flamme d'une bougie.

Une feuille de papier mince, de forme rectangulaire, est pliée de manière à constituer une sorte de boîte dont les bords ont environ un centimètre de hauteur.

On mouille intérieurement les longs côtés avec de l'eau et, après les avoir rendus bien verticaux, on verse du liquide dans la boite. On voit immédiatement les deux côtés s'infléchir vers l'intérieur, quoique la pression hydrostatique tende à les écarter.

Deux petites tiges de bois de même longueur sont placées parallèlement et réunies à leurs extrémités par deux fils de soie, de manière à former un rectangle : le petit appareil est plongé dans un liquide visqueux, par exemple une solution alcoolique de savon additionnée de glycérine, qui forme une surface continue dans tout l'intérieur du cadre. La tension

Fig. 146.

PHÉNOMÈNES CAPILLAIRES

Fig. 147

superficielle rapproche les deux tiges de bois, et fait rerourber les fils vers l'intérieur en leur donnant la forme a'arcs de cercle (fig. 146).

Une lame de bois ou de métal AB (flg. 147) porte deux fils métalliques, dont l'un AG est recourbé en arc de cercle et l'autre BG peut tourner autour du point B. On mouille la lame AB et les fils avec le liquide glycérique, de manière à les réunir par une pellicule continue; le fil BG étant abandonné à lui-même, on constate que la tension superficielle le rapproche de la lame AB, malgré la pesanteur.

La considération de la tension superficielle permet d'expliquer tous les phénomènes que nous avons signalés plus haut

209. MouYements produits par les actions capillaires. — Les mêmes considérations expliquent encore les mouvements dus à la capillarité : ainsi une goutte de liquide introduite dans un tube conique se dirige vers le sommet, si le

tube est mouillé, et s'en éloigne s'il ne

l'est pas (fig. 148). Ce résultat se comprend facilement en ayant encore recours

à la comparaison avec une membrane

élastique fixée à la périphérie du tube.

L'effort que ferait cette membrane pour

se redresser serait d'autant plus grand

que la surface serait plus courbe ; la plus

grande force agirait donc sur la surface

la plus rapprochée du sommet. On voit

de plus, d'après le sens de la déformalion de la membrane, qu'en tendant à se

redresser, elle attirerait dans le premier

cas le liquide vers le sommet du tube, et l'en repousserait

dans le second. „

De même deux balles flottant à la surface dun liquide se dirigent l'une vers l'autre si elles sont toutes deux mouillées (balles de liège sur l'eau) ou toutes deux non mouillées (balles de liège sur le mercure). Enfin les balles se repoussent si 1 une d'elles est mouillée et que l'autre ne le soit pas : c est ce qui a lieu si l'on place sur l'eau deux balles de liege dont 1 une a été enduite de noir de fumée. .

Des effets analogues s observent avec deux lames parai-

lèles, fixées par leur bord supérieur à des charnières leur permettant de se rapprocher ou de s'écarter.

210. Corps Oottant g^râce à la capillarité. — Lorsqu'i place un corps de petites dimensions à la surface d'un liquide qui ne le mouille pas, l'action capillaire est parfois assez forte pour l'empêcher de s'enfoncer, malgré son poids. On peut le constater en posant avec précaution à la surface de l'eau une aiguille fine qu'on a frottée entre les doigts pour l'enduire d'une légère couche de matière grasse. C'est pour la même raison que certains insectes peuvent marcher à la surface de l'eau; leurs pattes sont enduites d'une couche de substance grasse, qu'on peut enlever avec de l'éther; ils perdent alors cette propriété.

211. Chapelets de balles d'air, — C'est encore à la capillarité que se rattache un curieux phénomène étudié par Jamin. Si un tube cylindrique étroit contient par exemple des gouttes d'eau séparées par des bulles d'air, toutes les gouttes présentent aux deux bouts des ménisques concaves de même forme, et les bulles d'air sont toutes à la pression atmosphérique. Si l'on fait communiquer l'une des extrémités du tube avec un réservoir à air comprimé, l'autre s'ouvrant librement dans l'atmosphère, les gouttes les plus voisines du réservoir s'en éloignent sous l'influence de la pression, et en même temps leurs ménisques deviennent plus concaves du côté où elle s'exerce : cette déformation montre que chaque goutte ne transmet qu'une partie de la pression qu'elle a reçue. La pression transmise va donc en diminuant peu à peu et, à partir d'un certain point, les bulles ne subissent plus ni déplacement ni déformation. Un chapelet de cette espèce peut supporter une pression de deux ou trois atmosphères sans la transmettre; il peut également tenir le vide.

Un phénomène analogue se produit quelquefois lorsque de l'air pénètre dans un vaisseau sanguin de petit diamètre. On comprend par ce qui précède que la pression du cœur ne peut plus alors se transmettre, et la circulation se trouve arrêtée.

212. Compte-g^outtes. — Quand un liquide s'écoule par un orifice suffisamment étroit, l'écoulement se fait goutte à goutte. Chacune de ces gouttes grossit peu à peu, puis se creuse et se rompt sur le cercle de contact. On démontre que :

1° Pour un même liquide, le poids des gouttes est proportionnel au périmètre de l'orifice.