CHAPITRE XIV

Du mélange des Gapeurs avec les Gaz .

C’est encore M. Dalton qui va nous servir de guide dans cette matière; mais avant de faire connaître ses expériences et les lois auxquelles elles conduisent , il est utile de rappeler ce qui se passe dans le mélange des gaz secs entre eux. E11 examinant la loi des condensations de l’air , et des gaz secs

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sous des pressions diverses, la température restant la même , nous avons vu que la force élastique d’un même gaz est réciproque au volume qu’il occupe , en sorte , par exemple , que si l’on a 2 décimètres cubes d’air qui soutiennent ensemble une pression de om,y6 , et qu’on réduise ces deux décimètres en un seul , ils soutiendront alors une pression double , c’est-» » à-dire de im,52. Or, qu’avons-nous fait dans cette opération , sinon de forcer les deux gaz à se mêler dans un espace donné? Nous voyons donc qu’en se mêlant, leurs forces élastiques s’ajoutent , précisément comme cela arriverait si chacun des volumes pris à part pouvait se répandre librement, et tout entier dans l’espace où on le force d’entrer. Cette règle est générale dans le mélange des gaz secs j car elle n’est , comme on voit, qu’un résultat de la loi de Mariotte» Mais de plus elle s’étend aussi aux mélanges des vapeurs , soit entre elles , soit avec les gaz secs , comme on le verra tout à î’heurepar l’expérience : en sorte que, de là, résulte cette loi générale , pour le mélange des fluides élastiques de nature quelconque : étant donné un nombre quelconque de fluides élastiques qui soutiennent les pressions pprpr... et qui ne sont pas de nature à se combiner les uns avec les autres à îa température où l’on opère , si l’on prend un même volume Y de chacun de ces fluides , et qu’on réduise tous ces volumes à un seul , qui soit aussi égal à Y , la force élastique du mélange sera égale à la somme des forces élastiques partielles , c’est-à-dire à p *+•// -f- p" ... Cette loi est déjà prouvée pour les gaz secs , il ne reste plus qu’à la démontrer pour leur mélange avec les vapeurs.

Pour le faire avec rigueur dans les températures ordinaires , rien n’est plus commode que l’appareil suivant , employé par M. Gay-Lussac dans ses cours de physique , fig. 65. On prend un tube de verre cylindrique AB, divisé en parties de capacités égales , et muni à ses deux extrémités de deux robinets en fer RB/. Un peu au-dessus du robinet inférieur , on adapte un autre tube de verre recourbé TT? , d’un plus petit diamètre que le cylindre AB , et qui communique à son intérieur en T. On sèche bien tout cet appareil

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en le chauffant • après quoi , ouvrant le robinet R?, on verse du mercure bien sec et bouilli dans le cylindre, de manière à le remplir en totalité. En même temps le mercure monte dans le petit tube, et s ’y met au même niveau. Cela fait , on visse en R/ un ballon plein du gaz que Ton veut éprouver , et que nous supposons amené à un état complet de dessiccation. En ouvrant le robinet r du ballon et le robinet Rf, la communication se trouve établie entre l’intérieur du cylindre ÀB et la capacité du ballon. Mais si le gaz contenu dans ce dernier a été introduit à la pression ordinaire de l’atmosphère , comme cela arrive ordinairement , il ne déprimerait pas le mercure dans le cylindre AB, puisqu’il faudrait pour cela qu’il l’élevât au-dessus du niveau dans le tube T Th C’est ici que le robinet inférieur R devient utile j car en l’ouvrant , le mercure s’écoule par son poids , et fait place au gaz qui se répand du ballon dans le cylindre AB. Quand on croit en avoir introduit une quantité suffisante , on ferme le robinet R, et l’expansion du gaz s’arrête ; on ferme aussi Rf , et le gaz sec , introduit dans le cylindre AB, ne peut plus désormais s’en^echapper.

Fl faut remarquer que ce gaz est un gaz dilaté , dont la force élastique est moindre que celle de l’atmosphère -, par conséquent, lorsque le mercure s’est écoulé par le robinet R , il a dû arriver que le niveau intérieur, que je suppose H , s’est moins abaissé que le niveau intérieur du petit tube TTb Admettons que celui-ci soit descendu en h. Alors on verse du mercure dans ce petit tube , jusqu’à ce que le niveau , dans les deux branches , soit remonté au même point. Quand cette égalité a lieu , on est sûr que le gaz introduit dans le cylindre se trouve précisément à la pression extérieure de l’atmosphère. On connaît cette pression , en observant la hauteur du mercure dans le baromètre , et l’on connaît aussi le volume du gaz , en observant le nombre de divisions qu’il occupe dans le cylindre gradué.

Maintenant pour introduire dans ce gaz le liquide que l’on veut réduire en vapeur , on met sur le robinet Rf un autre robinet Bd', surmonté d’un très-petit vase métalliqueY,

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dans lequel on place le liquide. Le robinet B." n’est pas perce à son centre d’un canal cylindrique comme les robinets ordinaires ; il y a seulement sur la surface du cône intérieur , une très-petite échancrure hémisphérique O, qui peut contenir seulement une goutte de liquide. Quand le cône B/'O est tourné de manière que cette échancrure réponde au fond du vase Y, elle se remplit de liquide.. Si ensuite on tourne le cône B."0 d’un demi-tour, cette goutte est amenée dans l’intérieur de l’appareil AB. On peut donc ainsi , en tournant le robinet B." à plusieurs reprises, amener autant de gouttes que l’on veut dans l’appareil , et observer l’effet graduel de leur vaporisation sur le volume du gaz ; mais avant de commencer à introduire ainsi le liquide, il faut, après avoir vissé Rr/ surît', ouvrir celui-ci , afin d’établir la communication entre le petit espace B." R/ et le gaz contenu dans AB.

La première goutte de liquide introduite dans le gaz sec augmente sa force élastique et fait monter le mercure dans le tube latéral TTh Cet effet est prompt, mais non pas instantané , comme il le serait si le liquide était introduit dans le vide; d’où l’on voit déjà que la pression du gaz , sur le liquide , oppose une résistance à la vaporisation. Si une seule goutte de liquide ne suffit pas pour former toute la quantité de vapeurs nécessaire à cet espace et à la température où l’on opère , on s’en aperçoit , parce que l’introduction d’une seconde goutte augmente encore la force élastique du gaz. Mais enfin , après l’introduction d’un certain nombre dégouttes , l’addition d’une quantité plus grande ne produit, plus aucun effet; et l’excès du liquide reste au-dessus de la surface du mercure sans se vaporiser. Je suppose que l’on en ait ainsi introduit quelques gouttes en excès. Selon ce que nous venons de dire , la tension du gaz s’est accrue par l’effet de la vapeur , et l’on pourrait calculer cette augmentation d’après la différence de niveau du mercure dans les deux branches ; mais l’appareil lui-même fournit un moyen bien plus simple de la mesurer. Car, il n’y a qu’à ouvrir le robinet inférieur R? et laisser couler le mercure jusqu’à ce

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qu’il se retrouve au même niveau dans les deux branches (i); Fermons alors le robinet R , et mesurons le nombre de divisions du tube occupées par le mélange du gaz et de la vapeur. La force élastique du mélange se trouve maintenant égale à la pression de l’atmosphère comme au commencement de l’expérience j mais alors le gaz occupait un autre nombre de divisions. Ainsi , sa force élastique propre a changé en raison inverse des espaces où il s’est étendu • de sorte qu’on peut , d’après cette proportion connue , déterminer son intensité actuelle. On sait aussi quelle serait la force élastique de la vapeur employée , si l’on opérait dans le vide â la température de l’expérience. Si donc cette force est encore la même dans le mélange , il n’y a qu’à l’ajouter à celle du gaz que nous venons de calculer j et la somme de ces deux forces devra se trouver égale à la pression actuelle de l’atmosphère , telle que la mesure la colonne barométrique. C’est en effet ce que l’on trouve très— exactement. Par conséquent , la vapeur , en se mêlant au gaz , conserve la tension qui lui est propre ; et ainsi se confirme la loi énoncée précédemment , savoir que , dans le simple mélange des gaz avec les vapeurs , chacune des parties du mélange conserve la force élastique qui convient à sa température actuelle et au volume qu’on lui fait occuper.

Cette loi étant connue et constatée, on peut s’en servir pour prévoir d’avance le nombre de divisions que devra occuper le mélange , sous la pression actuelle de l’atmosphère , en supposant que le gaz sec ait préalablement occupé un nombre connu de divisions sous cette même pression. Car il n’y a qu’à calculer le volume de ce gaz comme s’il était déchargé d’une portion de la pression égale à la force élastique de la vapeur. Par exemple , supposons celle-ci égale à om, 63427 , telle qu’elle est en effet pour la vapeur

(1) Je suppose que l’on ait introduit un excès de liquide suffisant pour fournir l’excèsde vapeur exigé par l’augmentation de l’espace, afin que la force élastique de celte vapeur reste constante.

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aqueuse à îa température de 95°. Supposons aussi la pression atmosphérique égale à om,76oo : alors, après l’introduction de la vapeur , le gaz intérieur se trouvera déchargé de om, 63427 , c’est-à-dire , qu’il n’aura plus à supporter que ©m,76oo — om, 6342.7 ou om, 12573 ; et ainsi, d’après la loi de Mariotte , il se dilatera dans le rapport de om,76oo à om,i257,

ou presque de 6 à 15 c’est-à-dire que lorsqu’on aura rétabli le niveau dans les deux branches, en ouvrant le robinet R , le volume du gaz sera sextuplé. On voit par cette manière d’opérer , que ce volume deviendrait tout-à-fait illimité si la force élastique de la vapeur était exactement égale à la pression de l’atmosphère; et en effet si cela avait lieu , l’air mêlé avec lavapeur ne supporterait plus aucune pression ; il devrait donc se dilater librement comme il le ferait dans le vide , pourvu toutefois qu’à mesure qu’il se dilate , la vapeur continue à se former et à se répandre avec lui.

Dans toutes les expériences précédentes , nous ayons supposé que l’on introduisait d’assez grandes quatités de liquide pour fournir toute la quantité de vapeur admissible dans l’espace occupé par le gaz ; si l’on en introduit moins, elle s’étend dans tout cet espace à la manière des gaz , et sa force élastique diminue dans la même proportion.

Ces lois s’observent encore à de hautes températures , et elles peuvent se vérifier en chauffant les appareils qui contiennent le mélange de la vapeur et du gaz. Toutefois pour qu’elles subsistent, il faut que les gaz ne se combinent pas avec les vapeurs auxquelles on les mêle. Cette exception est nécessaire ; car, à toute température, il y a certains gaz qui ont pour l’eau une affinité telle qu’ils s’emparent des vapeurs aqueuses , et les amènent à l’état liquide ou à l’état solide. Tels sont , par exemple , le gaz ammoniac et le gaz hydrochlorique ; mais il est évident qu’on ne peut pas se proposer de déterminer le volume d’un pareil mélange , puisqu’il ne peut pas subsister à l’état aériforme. Cependant on peut encore vérifier la loi de M. Dalton , dans ces gaz mêmes , en les mêlant avec des vapeurs pour lesquelles ils n’ont pas une pareille affinité. Telles seraient , par exemple , pour le gaz

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ammoniac , les vapeurs d’éther ; et s’il existait un gaz qui réduisît , au contraire , les vapeurs d’éther à l’état liquide , sans produire le même effet sur les vapeurs aqueuses , il faudrait observer la loi avec les dernières , et ne pas la chercher avec les autres.

On ne trouve pas jusqu’ici de milieu entre ces deux extrêmes. Ou le gaz et la vapeur que l’on mêle perdent toutà-fait l’état aériforme , ou ils le gardent sans aucune contraction ni dilatation particulière qui dépendent de leur nature , et alors les lois précédentes sont observées. Dans ce dernier cas , la quantité de vapeurs qui peut subsister à l’état aériforme , dans un volume de gaz , est toujours exactement la même qu’elle serait dans le vide à température égale. Si l’on dilate le mélange , ou si on le comprime , la température restant constante , la force élastique du gaz varie selon la loi de Mariette , réciproquement au volume qu’on lui fait occuper • mais celle de la vapeur demeure constante quel que soit l’espace , tant qu’il reste du liquide à vaporiser ; et alors elle est la même que dans le vide. Si la vaporisation n’est pas complette , la force élastique de la vapeur augmente avec la pression comme celle d’un gaz , jusqu’à ce que la vapeur soit assez condensée pour que la liquéfaction ait lieu. Dans tous les cas , les forces élastiques de la vapeur et du gaz s’ajoutent pour former la force élastique totale du mélange. Ces phénomènes sont les mêmes pour tous les gaz , et aussi ils se passent exactement comme s’il n’y avait aucune affinité sensible entre les gaz et les vapeurs qui ccmstituent un mélange aériforme. L’unique effet qui résulte de l’interposition du gaz parmi les molécules de vapeur , c’est de les empêcher de céder à la pression extérieure , et de se réunir en gouttes liquides comme elles feraient si elles étaient soumises seules à la même pression.

La théorie de M. Dalton, que nous venons d’exposer, permet de résoudre d’une manière certaine , et par des lois fondées sur l’expérience, tous les problèmes que 1 on peut se proposer relativement aux Tapeurs enfermées dans un espace

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vidé , ou rempli d’un gaz quelconque , qui permette à la va-* peur de conserver son état aériforme. Par exemple, on peut, à l’aide de ces principes , analyser tous les phénomènes qui se passent dans un manomètre où la pression et la température viennent à changer à la fois. Comme cette question est d’une application fréquente dans les recherches de chimie et de physique , j’en ai donné la solution dans le traité général. J’ajouterai seulement que Deluc me paraît être le premier physicien qui se soit formé une idée nette de la formation des vapeurs et de leur constitution , dans l’état d’isolement ou de mélange. De Saussure avait aussi prouvé, avant M. Daîton, que le maximum de vapeur qui peut s’élever dans un espace donné ne dépend que de la température , et est le même dans l’air que dans le vide, à température égale.