CHAPITRE m

E<es trois éimim de la matière dans lèvre relations nnitiielice.

Les trois états de la matière, l'état solide, l'état liquide et l'état gazeux, représentent les Tonnes extrêmes et les plus distinctes sous lesquelles les corps se présentent à nous. Dans certains cas, les plus fréquents et les plus aisés à réaliser, le passage de l'un de ces états limites à l'autre se fait sans transition, brusquement, avec dégagement ou absorption de chaleur, comme il a été dit plus haut. D'autres fois, au contraire, la transformation est régulière, progressive, continue, sans que l'on puisse saisir de nuance bien caractérisée ehtro l'état au moment actuel et l'état après un temps très-court. Ainsi le verre liquifié par la chaleur esjt fluide, coulant. En se refroidissant, il subit une série de modifications, qui l'amènent de la forme liquide à la forme solide, eo passant par les divers degrés de l'état pâteux. Ce dernier ne peut donc pas se définir rigoureusement par des caractères bien tranchés. A vrai dire, il y a une infinité d'états pâteux : ce sont les divers points d'une courbe continue qui commence à l'état solide et finit à l'état liquide.

Sans le travail intérieur de cristallisation tendant à grouper les particules d'un corps suivant des polyèdres réguliers, et déterminant un dégagement subit de chaleur latente et le passage par saut brusque de la forme liquide à la forme solide, il est probable que l'on observerait bien plus fréquemment ces séries continues et progressives de transformations. Ce sont, en edet, les corps offrant le moins de tendance à la cristallisation qui les présentent le mieux. Tels sont les diverses espèces de verre, le sucre fondu, le sélénium fondu, l'acide arsénicux fondu, les solutions de corps très-solubles et difficilement cristallisables, telles que les solutions de sucre, de gomme, etc., que l'on peut amener par l'évaporatioD progressive du dissolvant à toutes les formes intermédiaires du pâteux.

24 CUINIE GËN&BALE.

A l'appui de ce que nous venons de dire, nous pouvons citer la glycérine. Sa tendance à la cristallisation est si peu marquée» que jusqu'à ces derniers temps on l'envisageait comme un liquide sirupeux. En abaissant ou en élevant progressivement sa température, on peut lui donner divers degrés de fluidité, et pour des températures très-basses elle prend une consistance tellement visqueuse, qu'elle ressemble beaucoup plus i un solide qu'à un liquide. Cependant il arrive parfois, dans certaines conditions de basses températures longtemps soutenues, que le travail interne de cristallisation s'opère; l'on observe alors la solidilicatiou vraie de la glycérine et son maintien à l'état solide à des températures où, dans les cas ordinaires, elle est presque liquide ^

Les transitions qu'éprouve un corps en passant par les divers degrés de l'état pâteux, soit qu'il se liquéfie, soit qu'il tende à se solidiÛer, sont accompagnées d'absorptions ou de dégagements réguliei's et continus de chaleur, traduction forcée du travail positif ou négatif intérieur. Mais, en raison même de cette continuité, cette chaleur n'est pas susceptible d'être mesurée isolément et séparée de la chaleur spcci* iique du corps, entre les mêmes limites de température.

En résumé, l'état solide et l'état liquide sont deux états extrêmes, reliés l'un à l'autre par une chaîne continue d'états intermédiaires. Le travail interne de cristallisation amène dans un grand nombre de cas le passage brusque de l'une à l'autre îorme, dans un intervalle de température infiniment petit.

Ce que nous venons de dire des deux états solide et liquide s'applique également à l'état liquide et à l'état de gaz ou de vapeur. Les expériences d'Andrcws ont nettement établi qu'on devait les considérer comme des fonnes extrêmes, que l'on peut atteindre par une série de changements continus, sans que l'on sache dire à quel moment le corps cesse d'être gazeux et commence à devenir liquide. Ceci mérite quelques développements. Considérons un liquide très-volatil, tel que Téthcr sulfuriquc ou l'éther chlorliydrique. Si nous l'introduisons dans un espace vide, suffisamment étendu et à une température assez élevée, il se volatilise entièrement et disparaît en se transformant en vapeur qui offre les principales propriétés physiques des gaz et obéit d'une manière approchée à la loi de Mariette et à la loi de dilatation de Gay-Lussac. On ramène son volume V, mesuré à une pression P et à une température T, à ce qu'il serait à une pression P' et à une température T' au moyen de la formule

V'=ISÎ X •

l. La glycérine «ristallisée ne fonl qu à +n\

Si 1*00 abaisse progressivement la température de la vapeur, on atteint une limite où elle passe partiellement à Tétat liquide ; la température continuant alors à diminuer» la quantité de liquide augmente de plus en plus. On observe des résultats analogues en maintenant la température constante, mais en diminuant Tespace occupé par la vapeur. Jusqu'à une certaine limite la vapeur se laisse comprimer, augmente de densité ; puis il arrive un moment où la force élastique se maintient constante; chaque nouvelle diminution de Tespace otTert à la vapeur est accompagnée d'une liquéfaction partielle. On exprime ces résultats en disant que, pour une vapeur déterminée, à chaque température correspond une force élastique limite ou maximum, qu'on ne peut dépasser sans liquéfier une fraction correspondante de la vapeur. Cette force élastique limite croit avec la température.

En appliquant ces résultats aux corps gazeux à la température ordinaire, on a été amené à les envisager comme des vapeurs encore éloignées, dans les conditions normales, de leur force élastique limite et à supposer que par le refroidissement ou la compression, ou mieux encore par remploi combiné du froid et de la compression, on arriverait à les liquéfier. C'est, en effet, ce que les travaux de Faraday, de Thilorier, de Natterer ont établi pour beaucoup d'entre eux.

Jusqu'à ces derniers temps cependant, un petit nombre de gaz avaient résisté aux procédés les plus puissants de compression et de refroidissement. On leur donnait le nom de gaz permanents. Ces gaz étaient l'oxygène, l'oxyde de carbone, l'azote, l'hydrogène protocarboné ou foi^ mène, le bioxyde d'azote et enfin l'hydrogène. Des expériences récentes et mémorables ont prouvé qu'en réalité il n'y a pas de gaz permanents, que tous ils peuvent être liquéfiés, même l'hydrogène, qui, par le sens de ses anomalies vis-à-vis de la loi de Mariette, pouvait faire craindre une résistance plus forte que tous les autres. Avant d'entrer dans les détails de ces expériences, il convient de faire ressortir un point intéressant de la question, mis en évidence par les belles recherches de M. Andrews. Les résultats obtenus par ce savant ont, en etlet, puissamment contribué à la solution définitive du'^problème de la liquéfaction des gaz.

Les expériences d'Andrews ont porté sur l'acide carbonique. En refoulant le gaz dans un tube étroit à parois épaisses et résistantes, il a pu atteindre des pressions considérables et en même temps relroidir à une température voulue.

L'appareil dont il s'est servi est représenté en coupe (fig. 1). Il se compose d'un tube étroit, à peu près capillaire et à parois épaisses, fermé par un bout et offrant dans la moitié de sa longueur, du côté du bout ouvert, un diamètre double de celui de l'extrémité fermée.

Ce tube contient le gaz sur lequel on opère, isolé au moyen d'un index

so

en mercure; il est jaugé exactement dans sa partie étroite et dans sa portion plus large, jusqu'à un trait de repère, et fixé solidement a^ec du mastic à une armature en laiton qu'il traverse. Une autre pièce semblable porte une tige métallique qui se meut de bas en haut au moyen d'un pas de vis.

Les deux armatures sont appliquées et fixées avec des boulons aux rebords supérieur et inférieur d'un cylindre creux en cui?re étiré, à parois assez épaisses pour résister à une pression très-forte. Ce cylindre est entièrement rempli d'eau.

On comprend qu'en tournant la tis de manière à faire pénétrer de plus en plus la tige dans le cylindre, le gai sera comprimé dans l'intérieur du tube capillaire par l'intermédiaire du piston mobile en mercure, et que l'on pourra atteindre des pressions de plus en plus fortes et en même temps refroidir la partie saillante du tube contenant le gas comprimée

Voici ce qu'Andrews a constaté. Pour des températures au-dessous de 30*, It compression amène la liquéfaction pa^ tielle du gaz, sous une force élastique d'autant plus faible que la température est plus basse. Les choses se passent donc comme avec les vapeurs condensables, la difTérence résidant unique* ment dans la valeur de la force élastique maximum qui est bien plus grande.

Le tableau suivant donne les points de liquétaction de Tacide carbonique, d'après Andrews et d'après Regnault, pour des températures comprises entre — 25*,82 et 28^50.

Pig. 1. — Appareil d* Andrews.

i. AnnaUi de Poggendortf% 1871, t. supplémeotoii'O Y, p. 64. — Philowphictd maga sine, janTicr 1870, p 78.

aRACTÈRES PHYSIQUES DES CORPS.

D'APRE ARDRBWB