ATMOSPHÈRES

§ VIL -* Ghalear latente de Taporlsatlon de l*eaa.

L'eau liquide soumise à Faction de la chaleur absorbe, en se transformant en vapeur, une certaine quantité de calorique qu'on désigne sous le nom de chaleur latente de vaporisation.

Ainsi, 1 litre d'eau convertie en vapeur à 100* c. qu'on reçoit dans 5 litres 5 d'eau à zéro, fournit 6 litres 5 d'eau à 100® c. C'est cette propriété qu'on met à profit dans beaucoup d'usines, de fabriques et d'établissements thermaux, pour chauffer l'eau dans des vases qui ne pourraient pas subir l'action directe du feu; c'est ainsi qu'on pratique réchauffement des eaux minérales par serpentinage, opération qui permet de graduer à volonté l'action de la chaleur, et de modifier le moins possible le groupement primitif des sels minéraux.

§ VIII. — Ébollition de l'eaa.

L'eau est le Uquide qui possède la plus grande capacité calorifique, aussi, quelque soit le temps qu'on la chauffe, sa température ne s'élève pas au delà de 100** parce qu'elle absorbe, ainsi que- nous venons de le dire, le calorique à mesure qu'il se produit, et la vapeur qui s'en dégage est accusée par Tébullition du liquide.

Jusqu'à ces derniers temps, on a considéré l'ébullition de

• PROPRIÉrrÉS PHYSIQUES DE L'EAU PURE 29

l'eau comme le point où la tension maximum de la vapeur aqueuse devient égale à la pression qu'elle supporte.

Ainsi, à l'air ordinaire, Peau reste liquide parce que toutes ses molécules sont pressées par le poids même de l'atmosphère.

Si, au contraire, Teau est placée dans le vide parfait, elle entre spontanément en ébuUition, parce que l'absence de l'air ne s'oppose plus à la production de la vapeur aqueuse.

M. Dnfour, de Lausanne, a cherché à vérifier la loi fondamentale que nous venons de faire connaître, mais il est résulté de ses expériences qu'elle n'est pas rigoureusement exacte.

Ainsi, ce physicien a découvert que la présence de Tair, le contact des vases solides dans lesquels on opère, apportent, dans l'ébullition de l'eau, des retards très-sensibles, et qui ne concordent pas absolument avec la pression déterminée, ce qui le conduit à poser en principe que l'éhullUion d'un liquide, à une pression déterminée, peut se produire à des températures différentes, suivant les conditions physiques dans lesquelles il est placé : ces températures sont égales ou supérieures à celle où la force élastique de la vapeur du liquide fait équilibre à la pres^ sion extérieure.

M. Dufour a observé des retards considérables dans l'ébullition par diminution de pression, toutes les fois que l'eau avait été une première fois portée à 100 ou à 110 degrés, puis refroidie. Ainsi l'ébullition est survenue à 1\9 pour ITSmm de pression, et à 53* pour S?"»», tandis qu'elle aurait dû normalement arriver à 64" et à 33i> respectivement, pour les mêmes pressions. L'ébullition survenait dans ce cas, brusquement, tumultueuse et violente.

Si on introduit de l'alcool ou de l'éther dans de l'eau distillée contenant do l'air atmosphérique, et qu'on agite le mélange, on voit les gaz azote et oxygène s'en dégager, et le point d'ébuUition de l'eau peut s'élever aisément jusqu'à 109 degrés lorsqu'on la fait chauffer.

Le passage de l'eau liquide à létat de vapeur produit toujours un abaissement de température qui varie suivant le degré de cette évaporation; c'est sur cette propriété qu'est fondé le refroidissement de l'eau dans les vases poreux très-connus en Espagne sous le nom i! Alcarrazas .

En effet, si on expose ces vases dans un courant d'air et à

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Tombre, Veau qui suinte à travers leurs parois s'évapore au contact de Pair, en partie aux dépens de la chaleur de Veau intérieure qui, de cette façon, se refroidit.

Pendant Tété, la fraîcheur occasionnée par Teau qui a arrosé le sol, provient autant de l'abaissement de température déterminée pendant l'évaporation spontanée d'une partie de l'eau, que du froid de Peau elle-même .

L'action que la chaleur exerce sur l'eau considérée à un point de vue général constitue en quelque sorte toute Thydrologie, et comment en serait-il autrement lorsqu'on sait que depuis le feu central jusqu'aux météores aqueux, l'eau se trouve constamment sous rinfluence du calorique? aussi, aurons-nous très -souvent l'occasion de revenir sur ce sujet en parlant soit des eaux douces, soit des eaux minérales.

§ IX. — DisBodatloii de l'eau.

Nous avons dit précédemment que lorsque l'hydrogène se trouvait au contact de l'oxyde de cuivre chauffé à une température élevée, il y avait combinaison de l'hydrogène avec Toxygène et production d'eau. Il semblerait alors que la chaleur seule no peut p&s séparer ces deux gaz; les belles expériences de M. Grove et de M. H. Sainte-Claire DeviUe prouvent qu'il n'en est pas toujours ainsi. Ces savants ont montré, en effet, que sous l'influence de simples agents physiques, Teau pouvait se décomposer en hydrogène et en oxygène, à la température de 4,000 à 1,200 degrés.

Ainsi, en 1846, le physicien anglais Grove a indiqué, le premier, que si on faisait passer de la vapeur d'eau dans un tube capillaire de platine porté à Tincandescence à l'aide du foyer lumineux d'une forte pile électrique, on obtenait un mélange d'hydrogène et d'oxygène que l'eudiomètre recombinait de nouveau; MM. H. Sainte-Claire DeviUe etDebray, qui ont confirmé les expériences de M. Grove, ont trouvé que cette décomposition de l'eau s'opérait entre 1,100 à 1,200 degrés.

L'argent incandescent décompose l'eau de la même manière que le platine, et M. H. Sainte-Claire DeviUe expUque cette réaction en supposant que la chaleur augmente la distance qui existe entre los molécules constituantes des cx)rps. Pour ce chimiste,

si cette distance dépasse la sphère d'activité de l'affinité, il y a décomposition; si elle ne la dépasse pas, il y a à peine dissociation des molécules. Ici l'affinité des gaz est affaiblie, mais nullement peixlue, aussi la moindre cause chimique, physique ou même mécanique peut-elle déterminer la décomposition. C'est le cas de l'argent qui, en agissant physiquement^ tend à s'approprier l'oxygène pour se combiner avec lui, si la température n*est pas si élevée, et c'est le cas du platine qui, ne pouvant s'unir avec l'un des éléments de l'eau, n'agit là que mécaniquement,

H. H. Sainte- Claire Deville i a poursuivi, depuis M. Grove, l'étude de la décomposition spontanée de l'eau, et voici comment il décrit cette réaction à laquelle il donne le nom de dissodaHon.

On prend nn tube de terre poreuse d'un diamètre assez grand pour permettre l'introduction d'un tube plus court de porcelaine vernissée et imperméable. Ce dernier tube est fermé à ses deux extrémités par un bouchon percé qui laisse passer le tube de terre poreuse, et on enferme entre ces deux tubes un espace annulaire et cylindrique qui sert à l'introduction du gaz carbonique.

Cet appareil est placé. dans un fourneau alimenté par des charbons très-denses, et dans lequel on puisse produire facilement une température de 1,100 à l,300^ On fait arriver, d'une part, de la vapeur d'eau dans le tube intérieur en terre poreuse, et d'autre part, du gaz carbonique dans le tube extérieur ou annulaire. Pendant l'opération, on reçoit les gaz qui sortent de l'appareil dans des éprouvettes contenant une solution de potasse caustique, afin d'absorber l'acide carbonique, et on obtient à la fois un mélange d'oxygène et d'hydrogène.

H. H. Sainte-Claire Deville explique cette réaction de la manière suivante :

Une partie de la vapeur d'eau est décomposée spontanément ou dissociée dans le tube de terre poreuse : l'hydrogène appelé par l'acide carbonique de l'espace annulaire a traversé la paroi perméable et s'est séparé, par l'action d'un simple filtre, de l'oxygène resté dans le tube intérieur. Une quantité considéra-

1. Comptes rendut des téances de V Académie des sciences ^ t. XLV, p. 821, et t. UT, p. 5^1.

ble d'acide carbonique y a été appelée et s*est mêlée à l'oxygène.

Mais, il faut ajouter que ce phénomène de dissociation n^est pas d*une exactitude aussi rigoureuse que si la Yapeur d'eau était décomposée en ses éléments par la pile, et H. H. Sainte- Claire Deville en indique ainsi la cause.

D'abord, toutes les fois que de Thydrogène se trouve au contact de Tacide carbonique, il y a formation d'eau et d'oxyde de carbone. Aussi, dans les gaz recueillis et provenant dee parties de l'appareil les plus fortement chauffées, trouv6-tH)n une grande proportion de l'hydrogène remplacé par Toxyde de carbone.

Ensuite, malgré les précautions qu'on prend pour fermer hermétiquement un appareil aussi délicat à construire, quand 60 à 70 centimètres cubes d'hydrogène doivent le traverser une ou deux heures, il est impossible de ne pas perdre une certaine quantité de ce gaz subtU qui s'échappe au travers des bouchons et des luts les plus soignés. Par suite, l'oxygène est toujours en excès; cette circonstance, ajoute H. H. Sainte- Claire Deville, est même une preuve incontestable qu'il vient réellement de la décomposition de l'eau, et c'est avec sa proportion dans le mélange qu'on peut calculer le plus exactement la quantité de vapeur d'eau dissociée pendant Topération.

Enfin, quoi qu'on fasse, il est impossible d'éviter que l'eau employée et l'acide carbonique produit en grandes masses n'amènent pas un peu d'air, et de cette façon, un peu d'azote dans le mélange des gaz hydrogène et oxygène.

§ X. — 8p«otre de la Tapeur d^aa.

En 1833, sir David Brewster avait remarqué à l'aide de l'appareil de Fraunhofer, que lorsque le soleil était près de l'horizon, le spectre s'enrichissait de bandes sombres nouvelles, et ce fait rapproché de l'action du gaz nitreux et autres qui font nattre des bandes obscures dans le spectre d'un faisceau lumineux qui les a traversés, avait fait attribuer ces bandes au pouvoir absorbant de l'atmosphère terrestre. Mais, cette belle conception ne put pas être démontrée d'une manière complète, parce que ces bandes obscures s'évanouissaient généralement quand le soleil s'élevait, et il n'en restait plus de traces appréciables au passage de Fastre au méridien.

En 1869, M . Kirchboff ^ mettant à profit les belles recherches entreprises avec M. Bunsen sur l'analyse spectrale démontra, à son toar, qu'on très-grand nombre de bandes fixes du spectre solaire étaient dues à l'absorption que des vapeurs métalliques répandues dans l'atmosphère du soleil exercent sur les rayons émanés de l'intérieur de cet astra De là, cette conclusion, que les ndes du spectre avaient une double origine, et qu'elles dépendaient aussi bien du soleil que de la terre.

M. Janssen ^ reprenant, en 1866, la question où Brev^ster et Kirchboff Tavaient laissée, constata d'abord que les bandes sombres signalées par le célèbre physicien anglais étaient formées d'une multitude de raies fines comparables aux raies solaires proprement dites, et de plus, il découvrit qu'elles étaient constantes dans le spectre, quoique incessamment variables dans leur intensité, suivant la hauteur du soleil.

Les expériences de M. Janssen exécutées tantôt au sommet du ¥aaihom, tantôt sur le lac de Genève lui ont prouvé que le spectre de la vapeur d'eau avait pour caractère essentiel cinq groupes de bandes obscures, dont deux bien marquées, réparties entre D et  de Fraunhoffer. Sans se prononcer d'une manière définitive, ce physicien croit pouvoir annoncer que le groupe A, une grande partie du groupe B, le groupe G et deux groupes entre G et D sont dus à l'action de la vapeur d'eau terrestre; les expériences de M. Janssen ont eu pour résultat important de constater que la vapeur d'eau faisait presque toujours partie de l'air atmosphérique. D'autre part, le P. Secchi a également observé, à l'aide du spectroscope, la présence de la vapeur d'eau dans le voisinage des taches solaires.

§ XL — AoUott de la lumière enr l'eau.

Tout le monde sait qu'un rayon lumineux qui tombe sur une masse d'eau y forme une image ou un véritable miroir qui réfléchit tous les objets compris dans le faisceau de la lumière. L'eau jouit donc, par cela même, de la propriété de réfracter la lumière.

1. Kirchhoff. AnnaUt de chimie et de physique, S* série, t. LXVKI, 1863, p. 5.

2. Janssen. Spectres de la vapeur d'eau. Moniteur scientifique du docteur Quesneville, t VIII, 1866, p. 818.

Letobt, 3* édition. 3

Les belles expérienceB de Fresnel et d'Arago ont montré qu e le pouvoir réfringent de Teau augmentait graduellemeiit jusqu'à son point de congélation, comme si elle se condensait ooniinuellement jusqu'au moment où elle passe à Tétat solide.

A sop maximum de densité, c'est-à-dire à >f- 4« G l'eau ne réfracte pas plus la lumière que lorsqu'elle est à une température plus élevée, mais M. Jamin a remarqué que, sousllnflaenee de la compression, la réfrangibilité augmentait; cet indice de réfraction est représenté, d'après Wollaston, par 1,336. Il botpasse d^ 7 dixièmes environ celui de Tâir, ce qui avait fait supposer à Newton que Teau contenait un principe très-combustible : la découverte de l'hydrogène dans Teau est venue depuis confirmer l'opinion de l'illustre physicien anglais.

D'après Biot l'indice de réfraction de la vapeur d'eau est h peu près le même que celui de l'air, c'est-à-dire de l'unité.

§ XII. -^ DittlUatlon de l*eaa.

L'eau absolument pure, soumise à l'action de la chaleur, se volatilise complètement, et si, à l'état gazeux ou de vapeur, ses propriétés physiques sont complètement changées, elle ne tarde pas à les retrouver lorsque, par suite de l'abandon de son calorique, elle repasse à l'état liquide.

Mais si l'eau contient des matières étrangères en solution, ainsi que cela arrive le plus ordinairement, elle les abandonne en totalité pendant sa volatilisation ; c'est cette opération que l'on désigne sous le nom de distillation et dont on fait remonter la découverte à Aristote (300 ans avant Jésus-Christ).

Les appareils qui servent à distiller Teau sont en verre, mais le plus souvent en mvre et en étain; dans te dernier cas ils portent le nom d'alambic.

L'appareil distillatoire en verre le plus simple se compose, comme on sait, d'une cornue que Ton place sur un fourneau ordinaire, et d'un ballon qui plonge dans une terrine pleine d'eau froide.

L'eau que l'on veut distiller est introduite dans la cornue qu'elle rempht aux trois quarts environ, et on la chauffe jusqu'à ce qu'elle soit en ébuUition. La vapeur qui se produit vient bientôt se condenser dans le ballon que l'on maintient toujours à

une températiare aussi basse que possible, au moyen d*eati froide et même de glace ou de neige.

Dans cet état, il est rare que l'eau distillée ne renferme pas des traces de silice ou de silicates provenant du verre qui a servi à recueillir le produit de l'opération»

L'eau distillée se prépare, le plus ordinairement, au moyen de ralambic, appareil connu de tout le monde, et qui se compose de trois parties distinctes : 1^ d'une chaudière en cuivre, appelée cucurbite, dans laquelle on verse Teau qu'il s'agit de distiller, et que Ton place sur un fourneau ad hoc; ^^ d'un chapiteau en étain destiné à recevoir la vapeur aqueuse & mesure qu'elle se produit; S"* d'un serpentin relié au chapiteau, et qui est ftxé dans un réfirigérant en cuivre toujours rempli d*eau froide.

L'alambic étant disposé sur son fourneau, on verse de l'eau ordinaire dans la cucurbite par l'ouverture, jusqu'à la base du tuyau de cette ouverture que l'on ferme ensuite, et on fait bouillir le liquide.

La vapeur s'élève contre les parois du chapiteau où déjà elle commence à perdre une partie de son calorique, de là elle gagne le serpentin où elle se condense, et alors l'eau s'écoule par l'ouverture pratiquée à la base du réfrigérant , un vase s^rt à recueillir l'eau à mesure qu'elle distille.

Un courant d'eau froide amenée par un robinet spécial se rend dans le réfrigérant à l'aide d'un tube, tandis que de l'autre côté existe un deuxième tube par lequel s'écoule l'eau échauffée par la vapeur aqueuse.

La distillation de l'eau n'est pas une opération aussi simple qu'on pourrait le supposer àprioHj aussi le produit qu'on en retire n'est-il pas toujours d'une pureté absolue.

Il est d'abord indispensable de se servir d'eau ordinaire chargée le moins possible de matières minérales et de substances organiques ; d'autre part, led premières portions d'eau distillée doivent être rejetées parce que ce sont elles qui contiennent le plus d'acide carbonique provenant de l'acide carbonique libre et des bicarbonates ; ensuite la distillation doit être arrêtée lorsque les 3/4 de Teau ont passé dans le récipient.