Fusion aqueuse OU Dissolution. — W\\ corps Se dissout

lorsqu'il se liquéfie par suite de l'affinité qui s'exerce entre ses molécules et celles d'un liquide. La gomme arabique, le sucre, la

plupart des sels, se dissolvent dans l'eau. Ce phénomène est évidemment un passage de l'état solide à l'état liquide; c'est un nouveau mode de fusion. On l'appelle quelquefois fusion aqueuse, par opposition à la fusion sèche ou fusion ignée, ou, plus ordinairement, dissolution.

Chaleur absorbée par la dissolution. — Pendant la dissolution, de même que pendant la fusion, il y a disparition d'une quantité plus ou moins considérable de chaleur. C'est pourquoi la dissolution d'un sel détermine, en général, un abaissement de température. Cependant, pour certaines dissolutions, la température s'élève au lieu de s'abaisser. On s'en rend compte en observant qu'il se produit ici deux effets simultanés et contraires. Le premier est le passage de l'état solide à l'état liquide, effet qui entraîne un abaissement de température; le second est la combinaison du corps dissous avec le liquide. Or toute combinaison chimique se fait avec dégagement de chaleur. Par suite, suivant que c'est l'un des deux effets qui prédomine, ou suivant qu'ils sont égaux, il y a production de froid ou de chaleur, ou maintien de la température initiale.

672. Solidification : définition et lois. — La solidification est le

passage de l'état liquide à l'état solide. (On l'appelle congélation dans le cas particulier de l'eau.) Ce phénomène est l'inverse du phénomène de la fusion et il est soumis à deux lois, qui sont les réciproques de celles de la fusion et qui se vérifient par les mêmes expériences.

1° La solidification se produit, pour chaque corps, à une température fixe, qui est précisément celle de la fusion.

Cette loi est générale ; cependant elle comporte quelques exceptions apparentes, qui sont dues à ce que plusieurs causes peuvent abaisser le point de solidification.

2° Du moment oh la solidification commence, jusqu'à ce qu'elle soit complète, la température reste constante.

Dans la fusion, la cohésion est vaincue par la chaleur et il y a Iravail effectué par cette dernière. L'inverse a lieu dans la solidification : c'est la cohésion qui l'emporte et produit du travail, et c'est celui-ci qui se résout en chaleur et entretient la température constante pendant toute la solidification. En effet, l'expérience fait voir que la chaleur qui redevient sensible pendant la solidification est rigoureusement égale à celle qui disparaît pendant la fusion.

673. Cristallisation. — Généralement les corps qui passent lentement de l'état liquide à l'état solide affectent des formes géométriques déterminées (tétraèdres ou cubes, prismes, rhomboèdres, etc.) qu'on nomme cristaux. Si

CHANGEMENTS D'ETAT DES CORPS

c'est un corps à l'état de fusion ignée, comme le soufre, le bismuth, qui se solidifie, on dit que la cristallisation se fait par vole sèche; mais si c'est un corps tenu en dissolution dans un liquide, on dit que la cristallisation se fait par voie humide. C'est en laissant évaporer lentement les liquides qui tiennent des sels en dissolution que ceux-ci cristallisent. La neige, la glace naissante, les

Fig. 701.

sels nous offrent des exemples de cristallisation. Les flocons de neige présentent des figures d'une symétrie particulièrement remarquable. L'alun offre aussi un très bel exemple de cristallisation (fig. 704).

674 Formation de la glace. — L'eau distillée se solidifie à zéro, et prend alors le nom de glace; toutefois nous verrons plus basque plusieurs causes peuvent retarder la congélation de l'eau.

La glace a une tendance à cristalliser qui se manifeste dans les formes de fougères arborescentes que l'on voit sur les carreaux de vitre, en hiver, quand la vapeur d'eau vient s'y congeler. Dans un bloc de glace là structure cristalline n'est pas apparente, à cause de l'enchevêtrement et de la soudure des cristaux les uns avec les autres. Mais si l'on fait traverser un bloc déglace par un faisceau de rayons solaires, comme l'a fait Tyndall, la chaleur décristallise, en quelque sorte, la masse intérieure et elle en désagrège les éléments cristallins qui la constituent: ils deviennent alors visibles par projection. La ligure 705 indique le dispositif de l'expérience de Tyndall, et montre en même temps des apparences qui sont projetées successivement sur l'écran. On leur donne le nom de fleurs de la glace.

675. Changements de volume dus aux changements d'état physique. — Force expansive de la glace. — La glace a la propriété remarquable d'être un peu moins dense que l'eau. On a déjà prouvé que l'eau, en se refroidissant, ne se contracte que jusqu'à la température de 4° (043), et qu'à partir de ce point jus-

qu'à 0° elle se dilate. Or cet accroissement de volume persiste et augmente encore au moment de la congélation, et l'on trouve que le volume de la glace à 0° est 1,075 fois celui de l'eau à 4°. Par le

fait de cette dilatation, la glace n'a qu'une densité égale aux 0,930 de celle de l'eau; c'est pourquoi elle flotte à la surface de ce liquide.

L'accroissement de volume que prend la glace en se formant est accompagné d'une force expansive considérable, qui fait éclater les vases qui la contiennent. Les pierres dites gélives se délitent après la gelée, parce que l'eau qui a pénétré dans leurs pores s'y est dilatée en se congelant. La figure 706 représente un canon en fer forgé contenant de l'eau et qui a été 2 rompu par la force expansive de ^o la glace, au moment de la con- * gélation.

Williams avait placé dans une atmosphère à plusieurs degrés au-dessous de zéro deux bombes remplies d'eau, après en avoir fermé solidement la lumière au moyen d'un tampon de bois. Au moment de la congélation, le tampon de l'une d'elles fut lancé avec force à une grande distance, et un bourrelet de glace s'accumula sur les bords de l'orifice (tig.

707). Le tampon de l'autre bombe résista, mais la bombe elle-même fut crevée.

L'eau n'est pas la seule substance qui augmente de volume en se solidifiant, La fonte de fer, le bismuth, l'antimoine, présentent le même phénomène. Au contraire, d'autres substances, comme le mercure, le phosphore, le soufre, la stéarine, la cire, se contractent au moment de la solidification.

CHANGEMENTS D'ÉTAT DES CORPS. 881

676. Exceptions aux lois de la fusion et de la solidification : Influence de la pression extérieure. — Les lois relatives à la fixité

du point de fusion et du point de solidification ne sont pas abso-

Fig. 706.

lues; elles souffrent certaines exceptions. Le point de fusion d'un solide et le point de solidification du liquide correspondant

Fig. 707

peuvent varier dans certaines circonstances exceptionnelles. En particulier, la pression extérieure, quand elle est très intense, peut amener un changement sensible, en plus ou en moins, dans la température de fusion ou dans celle de solidification.

I. Effets généraux de la variation de pression. — Pour les corps qui se dilatent en passant de l'état solide à l'état liquide, et qui se contractent dans le passage inverse, — ce qui est le cas le plus général, — la pression extérieure est un obstacle à l'augmentation de volume et une aide à la contraction : l'accroissement de pression extérieure doit donc amener une élévation de la température de fusion et un abaissement de la température de solidification. Pour quelques substances, au contraire (telles que la glace, la fonte de fer, le bismuth), qui se contractent en passant g\not, B6

de l'état solide à l'état liquide, et qui se dilatent dans le passage inverse, la pression extérieure doit avoir des effets inverses ; elle favorise la solidification et s'oppose à la fusion : elle abaissera donc la température de fusion et élèvera la température de solidification.

Des considérations théoriques, fondées sur les principes de la théorie mécanique de la chaleur, ont amené depuis longtemps M. James Thomson (d'Edimbourg) à ces conclusions, et des expériences directes, dues à Bunsen et à M. William Thomson, les ont depuis pleinement confirmées.

II. Vérification expérimentale. — 1° Expériences de Bunsen. — Bunsen a mis en évidence le retard de la fusion par la pression à l'aide d'un appareil très simple (fig. 708). C'est un simple tube, doublement recourbé, analogue à une sorte de baromètre à siphon, qui aurait été fermé à ses deux extrémités, après qu'on y a introduit la substance à étudier de c en f, du mercure de /"en £, et de l'air de b en a. On chauffe dans un bain l'appareil par sa partie inférieure ; le mercure est chauffé en même temps que la substance ; la dilatation du mercure comprime l'air, dont la force élastique réagit sur la substance et la soumet à une pression croissante. Au moment de la fusion, on note d'une part la température du bain, et d'autre part le volume occupé par la masse d'air ab Fig. 708. d'où l'on déduit la pression.

Bunsen a opéré sur le blanc de baleine ou spermaceti et sur la paraffine. Voici quelques-uns de ses résultats.

. , . . ( pressions la,m.

Blanc de baleine | températures de fusion 47oj7

Paraffine ....

pressions la,,n.

températures de fusion 46°,3 Remarque. — On voit que, pour le blanc de baleine, les élévations du point de fusion sont à peu près proportionnelles aux accroissements de pression ; cette proportionnalité n'existe pas pour la paraffine.

2° Expériences de sir W. Thomson. — M. W. Thomson a manifesté au contraire l'accélération de la fusion par l'accroissement de pression, et il a opéré sur la glace. Son appareil consiste en une espèce de piézomètre (fig. 709, II); un disque de plomb partage l'éprouvette en deux compartiments; en haut on met de l'eau distillée, en bas de la glace concassée en fragments. Ce disque sert en outre de support à un manomètre à air comprimé M (lig. 709, I), destiné à mesurer les pressions qu'on exercera à l'aide du piston plongeur «, et à un thermomètre ï , dont le réservoir plonge dans la glace : ce thermomètre est préservé des conséquences de la pression à l'aide d'une enveloppe en verre très résistante. Voici quelques-uns des nombres obtenus dans ces expériences.