CHAPITRE XVIII

Changemens des états d} agrégation par la Chaleur.

J i. Un effet très-remarquable du calorique, est le changement d’état d’agrégation qu’il fait éprouver à un grand nombre de corps. Nous allons considérer quelques corps sous ce point de vue.

§ 2. L’eau est liquide tant que sa température reste entre o° et Sodé Deluc : refroidie jusqu’à o°, elle prend l’état solide et devient glace. Durant le refroidissement, sa dilatation diminue jusqu’à ce qu’elle se trouve environ à 3 degrés ou elle a sa plus grande densité. Audelà de ce point, elle se dilate de nouveau, et à o° elle remplit à-peuprès le même espace qu’elle occupait à 6 ou 7 degrés. Mais dans l’instant ou elle devient glace, elle subit une dilatation beaucoup plus grande qui agit même avec une telle force qu’elle peut rompre les vases les plus solides (*). Après la congélation, la dilatation s’accroît encore un peu, jusqu’à ce que la glace soit environ de -b plus rare que l’eau; ensuite elle se contracte toujours davantage par l’accroissement du froid, de même que tous les corps solides (Voyez Gelder et Fischer , art. Fis. ).

J 3. Quand on échauffe l’eau peu à peu, sa dilatation augmente à mesure qu'elle devient plus chaude. Lorsqu’elle atteint le 8o° de F élue , son volume est environ de plus considérable qu’à o° (1) ; mais à 8o°, des bulles, en s’élevant, produisent un mouvement par-

(*) Buot a fait rompre par ce moyen un canon de fer de deux doigts d’épaisseur. On connaît le grand préjudice que cette force expansive de la glace, occasionne aux végétaux lorsqu’un froid très-vif vient les saisir au moment où. leurs vaisseaux séveux sont gorgés de sucs.

(1) M. Fischer avait supposé la dilatation de l’eau égale à F , depuis o° jusqu’à ioo°; j’ai Substitué à cette évaluation celle de ÙL. qUi m’a paru plus exacte, et que j’ai déduite dans mon Traité de Physique , des expériences de Velue et de Vallon. « Consulter sur ce point la table de l’expansion de l’eau par Gilpin et Kirtvan , pag, 632 du Traité élémentaire de physique , par M. Pelletan fils. »

ticulier cju’on appelle l’ébullition. En faisant l’expérience dans un appareil distillatoire formé, on peut s’assurer que les bulles qui s’élèvent, ne sont pas formées d’air, mais d’eau devenue élastique , et qui reprend, dans le récipientplusfroid,son état d’eau liquide. Son volume est si considérablement augmenté par le passage à l’état élastique, qu’un pouce cubique d’eau remplit alors l’espace d’un pied cubique, c’est-àdire, qu’il est dilaté environ 1728 fois. D’après cela, on peut concevoir les effets prodigieux qu”opèrela vapeur d’eau dans la marmite clePapin ; Yéolipyle ; la machine à vapeur , etc. ( Voyez la Physiqueà’ Ila 'dy , t. 1.)

§ 4» La dilatation du mercure varie aussi par le refroidissement, mais d’une manière beaucoup plus uniforme que celle de l’eau; il ne se fait meme dans la dilatation aucun changement sensible avant la congélation qui arrive à — 32° de D élue ; mais 011 remarque une trèsforte contraction à l’instant meme ou le mercure prend l’état solide. .S’il est chauffé jusqu’à 262° de T) élue , il commence à devenir vapeur élastique, c’est-à-dire, qu’il entre en ébullition (1).

$ 5. L’alcool très-pur commence à bouillir à 6o° de Relue : lorsqu’il est mêlé avec de l’eau, il supporte une chaleur beaucoup plus grande avant de changer d’état. Aussi l’alcool doit-il être fortement étendu d’eau dans le vrai thermomètre de Réaumur ; et cependant le point d’ébullition y est toujours trop bas de quelques degrés. Avant l’ébullition, il se dilate avec une force croissante, et sa vapeur possède un haut degré d’élasticité (2). La dilatation de l’alcool décroît par le refroidissement et il a peut-être pour les degrés de trèsgrand froid, une marche plus conforme à celle de la chaleur que le mercure. Nous ne connaissons aucun degré de froid ou il prenne l’état solide. Par cette raison , le thermomètre à esprit de vin est plus propre que le thermomètre de mercure à mesurer les degrés de froid extrêmes.

§ 6. La chaleur opère les mêmes phénomènes dans beaucoup d’autres corps. Tous les métaux que nous pouvons fondre, deviennent liquides à un degré de chaleur déterminé, et élastiques à une chaleur

(x) Nous avons vu plus haut que de o°à ioo° centésimaux ,1a dilatation absolue du mercure, est — b— .

(2) La dilatation absolue de l’alcool Icqxlus rectifié, est depuis o° jusqu’à 200° centésimaux.

DE LA CHALEUR

pjus grande : il en est de même de tous les corps fusibles. Mais dans beaucoup de corps, le passage de Fétat solide à Fêtât liquide, ne se fait pas immédiatement. Les huiles grasses, par exemple, ne peuvent passer à Fétat de vapeur élastique, sans qu’il n’arrive quelque changement dans leur constitution chimique. Il existe aussi des corps solides sur lesquels la plus haute chaleur est sans aucun effet, et des fluides élastiques dont le plus grand froid ne peut pas changer Fétat d’agrégation. C’est pour cela qu’on distingue les vapeurs élastiques des gaz permanens. Cependant, cette distinction n’est peut-être pas fort essentielle.

§ 7. 11 nous reste encore à parler d’un phénomène très-remarquable produit par les changemens de Fétat d’agrégation. Lorsqu’on, mêle une livre d’eau à 6o° de Deluc , et une livre à o° , il en résulte deux livres d’eau à 3o°. Mais si l’on verse une livre d’eau à 6o° sur une livre de glace h o°, on obtient deux livres d’eau à la température de o°. Toute la chaleur de l’eau versée, est donc employée uniquement à fondre la glace, sans en élever nullement la température. On nomme cette chaleur, qui se dérobe aux sens et au thermomètre, chaleur latente ou calorique combiné , parce qu’on considère l'eau liquide comme une combinaison intime du calorique avec la matière de la glace. (*)•

$ 8. Autant que s’étendent les observations , il paraît qu’un semblable phénomène arrive toutes les fois qu’un corps solide se fond par le seul effet de la chaleur. C’est même sur ceci qu’est fondé le principe, que ce changement s’opère toujours à un degré de température déterminé qui demeure1 invariable tout le temps que dure ce changement; parce que le calorique survenant est entièrement employé à fondre le reste du corps solide.

(*) Le calorique latent ou combiné ne peut ni se mouvoir clans le corps , ni en sortir , ni produire d’effets extérieurs; tandis que , dans d’autres circonstances, on le conçoit comme seulement interposé entre les molécules des corps, en conservant la liberté de s’y mouvoir, d’en sortir, d’agir à l’extérieur , ce qui lui a fait donner le nom de calorique libre , ou calorique de température. Nous cb vons cependant ajouter cpie cette supposition de l’existence du calorique dans deux états différens au sein du même corps, 11’est pas absolument indispensable pour l’intelligence des phénomènes qui peuvent se comprendre par la considération de ce que nous nommerons capacité calorique des corps. Sur la distinction entre l’eau à u°, et la glace à o°, voyez plus loin le § 1 1.

§ 9. Lorsque l’eau passe à l’état élastique , à 8o° de Deluc , l’expérience nous apprend qu’aucune chaleur ne peut accroître sa température ; et meme la vapeur qui s’élève au-dessus de l’eau n indique pas, tant qu’elle est libre, une température plus élevée que .l’cbullition, quoique cette vapeur pût être chauffée beaucoup plus fortement si elle était coercéc, et qu’il ne restât plus d’eau en ébullition. 11 est donc sensible qu’il y a encore ici de la chaleur combinée , et que tout le calorique qui survient est employé à changer l’eau liquide en fluide élastique; par conséquent, taudis que le changement s’opère, il ne peut y avoir aucune élévation de température. La quantité de chaleur qui disparaît ou qui est combinée dans ce cas , est si grande que, d’après les expériences. de JVatt , il se produirait une température de 4J9° de Deluc , si la vapeur repassait a l’état d’eau. (Deluc, Idées sur la Meteorologie). Cependant, le point d’ébullition de l’eau ne peut être fixé à aucune température parfaitement constante , puisqu’il varie avec la pression de l’air. Plus l’eau est comprimée, plus elle peut être chauffée avant de bouillir ; aussi prend-elle, dans la marmite de Papin , une chaleur beaucoup plus élevée que celle de 8o°. Au contraire sous la cloche d’une pompe û air, Peau bout déjà à une température de 20 à 3o degrés. L’instrument qu’on nomme marteau d’eau , montre cette propriété d’une manière encore plus frappante ( Gehler , IV, 656; V, 106. 'Fischer , V, ÛZp) Le point d’ébullition d’un thermomètre doit être déterminé d’après un certain état fixe du baromètre; on le rapporte ordinairement à une hauteur de 28 pouces ou o1,l,rCy.

(Voyez Gehler et Fischer , aux art. Sieden et Thermometer.)

§ 10. Selon toutes les observations qu’on a pu faire, il se passe des phénomènes entièrement semblables dans l’ébullition de toutes les autres substances fluides. Ainsi , on est fondé à considérer comme générale la loi suivante : Dans V instant du passage , soit de l’état solide àl état liquide , soit de V état liquide à V état aér if orme, une certaine quantité de chaleur disparait aux sens et au thermomètre , c’est-àdire , qu elle est combinée .

§ 1 1. Dans le retour de l’état aériforme à l’état liquide , ou de celuici à l’état solide, cette chaleur qui avait disparu, reparaît ou devient libre. C’est ce qu’on observe sur-tout dans le phénomène suivant qui a lieu quelquefois durant la congélation de Peau. Farenhcit observa

DE LA CHALEUR. «9

k* premier que l’eau tranquille peut se refroidir considérablement audessous du point de congélation , sans cesser d’etre liquide ; et des observations plus récentes ont prouvé que quelquefois elle peut rester dans cet état jusqu’il — • \i° de Deluc ; mais si on la remue, une partie sc change très-promptement en glace, et un thermomètre plongé dans le fluide monte aussitôt à o°. C’est là visiblement une conséquence de Faction de la chaleur combinée qui devient libre au moment ou beau prend l’état solide. Ainsi , les phénomènes les plus ordinaires de la congélation, doivent présenter les memes effets, lorsqu’on les observe avec assez d’attention. (*)

§ 12. Dans le passage de Fétat élastique à l’état liquide, le dégagement de la chaleur échauffe le vase d’une manière beaucoup plus forte qu’on ne devrait s’y attendre , d’après la quantité et la température des vapeurs qui se précipitent. C’est ainsi qu’on échauffe de l’eau dans un réfrigérant, et qu’on fait bouillir une quantité considé-

(+) La possibilité d’abaisser la température de l’eau à quelques degrés audessous du terme ordinaire de congélation , paraît tenir à ce que la forme des particules aqueuses, est différente de celles des particules de glace : or, les premières ayant entre elles certaines positions respectives, la solidification ne peut avoir lieu qu’autant que cet équilibre est troublé par un moyen quelconque, ou qu’il est rompu par une grande prépondérance de l’attraction de cohésion. Blagden a remarqué, dans la suite de ses expériences, que l’eau qui tient des particules limoneuses en suspension , est susceptible de se geler plus promptement que l’eau limpide, et, en effet, ces corpuscules étrangers doivent détruire promptement l’équilibre en quelques points de la masse. Les eaux qui ont bouilli, se gèlent ordinairement plus vite qu’avant d’avoir subi cette opération : on attribue cet effet à ce que, pendant l’ébullition, les sels tenus en dissolution se sont précipités. Quand l’eau qui tient des sels en dissolution , vient à se solidifier , elle perd ce sel qui se retrouve dans le liquide restant et la glace est douce. Dans les pays froids , on emploie la congélation comme moyen économique de concentration du sel. Lorsqu’une masse d’eau se congèle tranquillement , on voit d’abord de petites aiguilles se former à sa surface ; ces aiguilles se multiplient dans la masse, s’entrelacent et finissent par ne former qu’un seul corps : l’augmentation de volume produit une diminution de pesanteur spécifique ; suivant Thomson , la pesanteur spécifique de la glace, est 0,92, celle de l’eau à i5°,55 étant l’unité. C’est en raison de cette légèreté, que les glaçons nagent à la surface de l’eau.

f)0 TROISIEME SECTION.

râble d’eau froide, en l’exposant à l’effet d’une petite quantité de vapeur élastique qui s’élève de l’eau bouillante (*).

§ i3. Comme on appereoit aussi des phénomènes semblables dans les autres fluides, à mesure qu ils passent d’un état d’agrégation plus rare à un état plus dense, on doit reconnaître ce qui suit comme un principe général.

Dans le passage de V état élastique à 1 état liquide , et de celui-ci, à Vètat solide , il y a toujours une certaine quantité de chaleur qui devient libre .

§ 14. Si de telles expériences ne décident pas absolument l’existence d’un calorique matériel , on ne peut cependant pas nier qu’elles ne la rendent très-vraisemblable. Ceci confirme aussi l’opinion des chimistes qui considèrent les fluides liquides et élastiques comme des combinaisons chimiques d’une matière solide avec de certaines quantités de calorique.

$ i5. Nous avons déjà remarqué (pag. 8,$ 3) que l’état d’agrégation d’un corps, ne dépend pas uniquement de la chaleur libre qui agit sur lui, mais encore de sa combinaison chimique avec d’autres substances. Les phénomènes du dégagement ou de Tabsoi ption du calorique, expliqués danslcs^ 10 et i3, dépendent aussi de la nature des combinaisons et de l’état ou elles se trouvent. Entre les expériences qui ont rapport à ceci, nous citerons les suivantes :

Quand on mouille la boule d’un thermomètre avec de l’éther, la liqueur du thermomètre descend durant l’évaporation. Lorsqu’on verse de l’eau sur de la chaux vive, une partie de l’eau devient solide, et le mélange s’échauffe considérablement. Lorsqu’on fait fondre dans de l’eau chaude autant de sulfate de soude qu’elle en peut dissoudre, et qu’011 expose cette dissolution à un très-grand froid, elle demeure

(*) La médecine a tiré imparti fort avantageux de l'emploi de la vapeur d’eau, non plus au degré élevé de son ébullition , mais alors que devenue vapeur sensible, elle a abandonné une grande partie de sa température et qu’elle tend à se précipiter sur les corps environnans. Dans cet état, elle conserve assez de chaleur pour ramollir l’épiderme et déterminer une transpiration. Dans les arts , on a fréquemment recours à la vapeur d’eau pour ramollir certains corps durs, et pouvoir les attaquer plus facilement pas d’autres agens, ou en extraire par simple expression des principes trop solidement emprisonnés.

DE LA CHALEUR. gi

claire et fluide , tant qu’elle est en repos; mais si l’on jette dans cette dissolution, déjà très-refroidie , un cristal de sulfate de soude, on seulement.si on la remue, une certaine partie du sel se cristallise à l’instant, et un thermomètre plongé dans le fluide, s’élève de plusieurs degrés.

On verra, dans le chapitre suivant (J 1 3 ) , pourquoi les changemens de température produits par les combinaisons chimiques , ne suivent pas toujours les principes rapportés aux articles 10 et i3.