ET DES GAZ LIQUÉFIÉS

Conservation des gaz liquéfiés. — Lorsqu’on a liquéfié un gaz, il importe de pouvoir le recueillir et le conserver à la pression atmosphérique : il faut pour cela des récipients aussi imperméables que possible à la chaleur. Pendant longtemps, on s’est contenté de placer les gaz liquéfiés (protoxyde d’azote, etc.) dans des récipients à double enveloppe remplie d’air sec. Ce dispositif évite le dépôt de givre qui gênerait les observations et diminue les pouvoirs absorbant et émissif de l'air ; mais le tube intérieur s’échauffe encore par convection. L’emploi du vide donne des résultats bien meilleurs : Dulong et Petit, dans leurs remarquables recherches sur le refroidissement, ont montré en effet qu’un corps placé dans une enceinte Fig ao — Com a se re ^ r0 ^^ QU se réchauffe 20 à

raison des récipients 2 5 fois plus lentement que dans l’air atpour gaz liquéfiés. mosphérique.

M. d’Arsonval avait déjà conseillé, en 1887, l’emploi de vases à enveloppe vide pour les usages médicaux. M. Dewar se sert, pour l’étude des gaz liquéfiés, de récipients

en verre analogues formés de deux tubes concentriques : dans l’espace annulaire on fait le vide sec à quelques millièmes de millimètre près (vide de Crookes). Lorqu’on n’a pas besoin de conserver la transparence du vase, on obtient encore de meilleurs résultats en argentant les faces en regard des deux enveloppes, pour diminuer leurs pouvoirs émissif et absorbant : avec un tel récipient, un verre de liquide met 4 ou 5 heures à s’évaporer. On peut montrer cette propriété avec trois tubes identiques ABC (fig. 20), dont l’espace annulaire est rempli d’air dans le premier et vide dans les deux autres ; dans le troisième vase, l’enveloppe intérieure est argentée. On met dans les trois récipients des quantités égales d’éthylène liquide, et l’on ferme avec des bouchons munis de tubes effilés identiques, à l’extrémité desquels on enflamme le gaz. Le volume de la flamme est beaucoup plus petit dans le second appareil que dans le premier; il est extrêmement réduit dans le troisième.

Expériences de M. Dewar sur l’air liquide. — L’air liquide est parfaitement transparent, lorsqu’on l’a débarrassé par filtration de l’acide carbonique solide qui s’y trouve mélangé, et légèrement teinté de bleu, à cause de l’oxygène qu’il renferme; à mesure qu’il s’évapore, il s’enrichit en oxygène et prend une couleur plus foncée.

M. Dewar, en soumettant l’air liquéfié à l’action du vide, dans un récipient à double paroi vide, le vit se solidifier sous l’aspect d’une gelée épaisse et transparente ; cette masse, introduite dans un champ magnétique, laisse de l’oxygène liquide se dégager vers les pôles : elle est donc constituée par un mélange d’azote solide et d’oxygène liquide. Le même savant a pu aussi, par l’action de l’air liquide, transformer le bioxyde d’azote en un solide blanc qui donne, par fusion, un liquide incolore.

Expériences de M. Tripler. — D’un autre côté, M. Tripler recueille l’air liquide dans des récipients en étain entourés de feutre où il se conserve également, paraît-il, pendant un temps fort long. Il a pu faire ainsi un grand

nombre d’expériences, et, par une ébullition prolongée, enrichir l’air en oxygène jusqu’à 75 o.'o. Projeté sur un morceau de glace, l’air liquide prend l’état sphéroïdal. Pour la même raison, on peut le verser sur la main sans éprouver une sensation bien prononcée, à moins de rendre le contact intime, par exemple en mouillant la peau ; mais il ne se produit encore, dans ce cas, d’après M. d’Arsonval, qu’une brûlure superficielle, car la couche de glace qui se forme aux dépens de l’eau des tissus isole les parties sous-jacentes : aussi peut-on introduire de l’air liquide dans l’estomac sans produire de lésions.

Un morceau de viande, un œuf, deviennent en quelques minutes extrêmement durs, et se cassent en petits fragments sous le choc d’un marteau.

Un vase d’étain, plongé dans l’air liquide jusqu’à ce qu’il en ait pris la température, devient cassant et se brise comme du verre quand on le laisse tomber. IL n’en est pas de même pour le cuivre et le platine, et la résistance du fer à la traction est, au contraire, augmentée. Une balle de caoutchouc devient aussi très cassante. L'ivoire, exposé pendant quelques secondes, au sortir du liquide, à la lumière de l’arc voltaïque et porté ensuite dans une chambre obscure, présente une belle phosphorence. L’alcool et le whiskey sont congelés sans difficulté.

Un jet de vapeur d’eau bouillante, projeté sur le liquide, détermine une violente ébullition: une partie de la vapeur se condense en un nuage épais et le reste de l’eau est transformé presque instantanément en grêlons gros comme des pois, qui flottent dans l’air liquide. Si l’on fait bouillir l’air liquéfié dans le vide, on voit l’air de la chambre se condenser sur les parois du tube.

On fabrique facilement, dans l’air liquide, un cylindre de mercure, de 6 cm* de section, qui reste solide 20 ou 30 minutes ; on peut s’en servir comme d’un autre métal, par exemple pour enfoncer un clou, ou mesurer sa résistance à la traction.

Par suite de la disparition graduelle de l’azote, plus volatil que l’oxygène, l’air liquide acquiert les propriétés

comburantes de l’oxygène. Une éponge imprégnée de ce corps fait explosion au contact d’une bougie allumée. Un charbon brûle avec éclat à sa surface, tandis que le gaz carbonique produit se transforme en neige. Si l’on place au milieu d’un tube d’acier épais, ouvert aux deux bouts, un tampon de coton imprégné d’oxygène liquide et qu’on en approche une bougie allumée, il se produit une violente explosion qui déchire le tube.

L’air liquide flotte d’abord sur l’eau, puis, l’azote s’évaporant, l’oxygène liquéfié, de densité 1,124, se divise en gouttes qui tombent dans l’eau ; ces gouttes sont le siège d’une évaporation qui les fait tourbillonner rapidement.

Un tube rempli d’oxygène liquide est attiré, comme le fer, par un pôle d’électro-aimant. Cette expérience, comme une autre rapportée plus haut, montre bien le magnétisme de l’oxygène.

Expériences de M. d’Arsonval. — M. d’Arsonval a étudié l’action de l’air liquide sur les ferments, tantôt en les versant directement dans l’air liquide, tantôt en ne faisant intervenir que la température. Malgré des séjours qui ont varié de 1 à 6 heures, les ferments solubles n*ont subi aucune modification dans leur activité, ni par le froid, ni par l’oxygène condensé. Les microbes pathogènes, tels que le bacille pyocyanique, ont été aussi à peine influencés par un séjour prolongé au contact direct de l’oxygène liquide. L’ozone très concentré n’a pas eu plus d’action sur les toxines et les microbes.

Ces faits paraissent en contradiction avec les expériences de Paul Bert, qui avait trouvé dans l’oxygène comprimé un réactif tuant les ferments figurés, tandis qu’il respectait les ferments solubles. M. d’Arsonval pense que « le froid commence par anesthésier la matière vivante et la fait tomber dans cet état d’indifférence chimique que l’on obtient également par la dessication préalable, lorsqu’on agit sur les rotifères, Languillule du blé niellé et les autres animaux dits ressuscitants». Quoi qu’il en soit, on voit que l’air liquide ne constitue nullement un antiseptique et qu’il n’y a pas lieu de compter

sur les grands froids pour détruire les épidémies d’origine microbienne.

Applications de l’air liquide.—Les machines Linde semblentappeléesàse répandrerapidementetl’on trouve déjà, surtout dans les publications étrangères, de nombreuses recherches sur les propriétés des corps aux températures très basses que peut donner l’air liquide. Les résultats obtenus sont parfois tout-à-fait nouveaux et notablement différents de ceux que pouvaient faire prévoir les faits observés à des températures plus hautes.

Ainsi, MM. Fleming et Dewar ont vu que, pour la glace, la glycérine et tous les corps organiques qui présentent, à la température ordinaire, une constante diélectrique énorme, ce coefficient diminue avec la température et n’a plus, au point d’ébullition de l’air liquide, qu’une valeurnormale comprise entre 2 et 3. Pour la glace pure, on a les nombres suivants :

Température . . . — io°,2 —63°,8 —II4<>,0 — I75°,0 — 206°,0

Const. diélectrique. 67,8 46,8 9,60 2,43 2,43

L’addition de divers sels à l'eau congelée modifie cette constante dans des proportions très variables. De — 40° à — 200 0 , la constante de la glycérine s’abaisse de 60 à 3 , 21 .

La conductibilité des électrolytes diminue beaucoup avec la température et serait probablement nulle au zéro absolu : à cette température, la constante diélectrique, à ce qu’il semble, s’écarterait peu du carré de l’indice de réfraction; en même temps, la résistivité électrique tendrait à devenir infinie.

D’après une remarque de Clausius, la résistance des métaux purs devrait au contraire s’annuler au voisinage du zéro absolu. Des expériences récentes de M. Trowbridge et de M. U. Behn semblent indiquer qu’il en serait de même pour la chaleur spécifique de certains métaux. M. Behn a observé en effet que cette grandeur, mesurée entre + ioo» et— 182°, décroît très rapidement aux basses températures, de sorte que la courbe figurative semble

passer par une valeur nulle au zéro absolu. Peut-être en sera-t-il encore de même pour d’autres propriétés.

L’air liquide a permis encore de constater la disparition des affinités chimiques aux basses températures: certaines substances phosphorescentes perdent cette propriété, tandis que d’autres substances, comme la paraffine, l’acquièrent dans ces conditions.

M. Dewar a montré, en 1895, l’affaiblissement de la sensibilité des préparations photographiques et la suspension de la phosphorescence aux basses températures fournies par l’air liquide. MM. A. et L. Lumière ont vérifié récemment que ce dernier phénomène se produit à une température d’autant plus basse que la phosphorescence initiale est plus intense, quelle que soit la cause de cette intensité primitive.

MM. Ramsay et Travers, ayant soumis à la distillation fractionnée 800 cm 3 d’air liquide, et retiré l’oxygène, l’azote et l’argon, obtinrent un résidu de 10 cm 3 , dont le spectre d’absorption présenta des raies inconnues : ils constatèrent ainsi la présence d’un nouveau corps simple, appelé krypton.

L’air liquide peut être obtenu aujourd’hui à unprix assez bas pour qu’on puisse l’employer à quelques usages industriels, tels que la fabrication des explosifs et l’extraction de l’oxygène.

Si l’on mélange de l’air liquide, ayant perdu par vaporisation une grande partie de son azote, avec du charbon de bois pulvérisé, et qu’on ajoute au mélange un tiers de son poids de coton, on forme une sorte d’éponge, qui peut remplacer la dynamite, mais qui perd ses propriétés au bout de 15 minutes. On est donc obligé de préparer cet explosif sur place, mais on est à l’abri des explosions tardives, des vols de matière, etc. La préparation de 1 kg de cette substance n’exige, d’après M. Linde, que la dépense de 4 à 5 chevaux-heure. Ce procédé, qui a été essayé dans une mine de charbon de Penzberg, près de Munich, va être appliqué au percement du tunnel du Simplon, entre Brigue et Domo d’Ossoda : on a déjà installé, pour

cet usage, deux machines Linde produisant 6 à 7 litres d’air liquide par heure.

Extraction de l’oxygène de l’air.

— Les expériences de M. Linde l’ont conduit à une application industrielle d’un autre genre, la préparation de l’oxygène. Quand on liquéfie l’air atmosphérique, l’azote et l’oxygène passent simultané-, ment à l’état liquide, quoique le point d’ébullition du premier gaz soit sensiblement plus bas que celui du second; mais, pendant l’évaporation du liquide, l’azote, plus volatil, se dégage le premier, et le liquide s’enrichit en oxygène. M.

Linde a imaginé un appareil destiné à préparer ainsi l’oxygène. L’air sous pression est distribué à deux appareils à contre-courant N et O ( fig.21 ), descend par les tubes intérieurs, se rassemble en b, traverse gène de l’air. encore un serpentin placé dans le

collecteur et arrive enfin dans ce récipient par un robinet de détente r \. Là, il se liquéfie en partie, tandis que le reste, formé surtout d’azote, s’échappe en n, après avoir traversé l’espace annulaire du serpentin N. Le liquide, réchauffé par le serpentin qu’il entoure, s’évapore partiellement et perd ainsi, par n, la plus grande partie de l’azote qu’il contenait encore. Le reste, qui est formé surtout d’oxygène, sort de l’appareil en 0 , après avoir passé dans l’espace annulaire de O, et enlève à l’air comprimé, qui arrive en sens inverse, la chaleur qui lui est nécessaire pour repasser à l’état gazeux et pour équilibrer sa température. Le robinet n permet de régler la sortie du liquide de façon à pouvoir faire varier à volonté son niveau dans le collecteur, et par conséquent la surface active du serpentin, suivant la quantité de cha-

leur nécessaire pour assurer à l’oxygène un certain degré de pureté. Deux robinets c d règlent également la division de l'air comprimé, à l’entrée de l’appareil, de manière que la température des deux gaz à la sortie soit égale, et inférieure de quelques degrés seulement à la température initiale de l’air. De cette façon, l’oxygène et l’azote ne quittent l’appareil qu’après lui avoir repris toute la chaleur qu’ils avaient cédée en se refroidissant et se liquéfiant, et la machine n’a à produire que le froid nécessaire pour compenser les pertes dues à l’imperfection des échangeurs et au rayonnement.

Les essais ont démontré qu’on peut obtenir ainsi, par cheval-heure, i m 3 d’oxygène à la pression atmosphérique et à la température ambiante.

En estimant le cheval-heure à 2.5 centimes, avec un moteur à gaz pauvre, le prix actuel du mètre cube d’oxygène serait donc de 2,5 centimes; mais il doit descendre bien au-dessous de cette valeur.

M. Dewar a, dit-on, imaginé un appareil analogue.

Il va sans dire que la même méthode peut s’appliquer à la séparation d’autres mélanges gazeux.

Le gaz très comburant obtenu avec l’appareil précédent est, paraît-il, utilisé par M. Borchers pour fabriquer le carbure de calsium en chauffant directement lemélangede chaux et de charbon, sans faire intervenir l’énergie électrique. Le procédé est à l’essai à l’usine de Néheim, près d’Aix-la-Chapelle, où l’on emploie une machine produisant 50 m 3 d’oxygène pur par jour.

L’oxygène extrait de l’air liquide pourra peut-être s’appliquer encore aux fours à acier Martin, à la navigation sous-marine, aux scaphandres, au vieillissement des eauxde-vie et à la purification du chloroforme. On a proposé d’employer l’oxygène ainsi produit pour remplacer l’acide nitrique dans les chambres de plomb et l’on a tenté, mais sans succès jusqu’ici, de l’utiliser pour la fabrication du chlore par le procédé Deacon.

Applications de l’hydrogène liquide. — M. Dewar a indiqué aussi une intéressante application de l’hydrogène

liquide. « Les températures absolues d’ébullition de l’hydrogène, de l’oxygène et du chlore sous la pression atmosphérique sont respectivement à 35, 90 et 240 degrés absolus ; en d’autres termes, l’oxygène bout à une température 2,5 fois plus élevée que l’hydrogène. On en conclut quel’hydrogèneliquideconstitue,pourl’air, un agent réfrigérant du même ordre que ce dernier pour le chlore. Or, à la température de l’oxygène bouillant, le chlore est un solide dur, à 8o° au-dessous de sa température de fusion, et possède une pression de vapeur extrêmement faible. Lorsque l'hydrogène liquide congèle l’air contenu dans un tube scellé, on peut prévoir qu’il ne restera plus, dans le tube, de pression d’air appréciable.»

En appliquant en effet, par extrapolation, les formules de Gibbs à la température d’ébullition de l’hydrogène, on trouve pour l’azote une tension de vapeur d’environ o,oox mm de mercure et, pour l’oxygène, une force élastique vingt fois plus faible ; encore ces valeurs doiventelles être trop fortes, puisqu'on suppose que l’état liquide se conserve.

L’expérience a vérifié ces prévisions. Un tube, rempli d’air sous la pression admosphérique, est plongé, par son extrémité ouverte, dans un vase à double paroi vide contenant de l’hydrogène liquide ; ce vase est entouré lui-même d’un second récipient analogue plein d’air liquéfié. L’air du tube se rassemble bientôt, à la partie inférieure, en gouttelettes qui ne lardent pas à se congeler, et l’on peut séparer, en la fermant au chalumeau, la partie supérieure, où règne le vide de Crookés. Si l’on a soin de préparer le tube de manière à enlever les gaz condensés sur les parois, on obtient, après l’avoir rempli d’air sec, un vide si complet que l’étincelle électrique refuse de le traverser.

L’hydrogène liquide étant encore très coûteux, on pourrait peut-être, au moins provisoirement, obtenir un vide suffisant pour la plupart des applications en se servant d’air liquide ou en remplissant d’abord les tubes d’un gaz plus facile à condenser.

Constantes des principaux gaz. —..Nous donnons cidessous, pour terminer, les constantes physiques des principaux gaz, empruntées à divers auteurs :