IV. — MÉLANGE DBS LIQUIDES ET DES GAZ

150. niflsolatloa d«s i^aa daas les llifiildes. — L'eau pure, mise ea présence d'une atmosphère d'oxygène, en absorbe une certaine quantité, qui augmente avec la pression du gaz; le gaz absorbé sp dégage complètement lorsqu'on vient à faire le vide à la surface du liquide, et il reste de l'eau pure. — Dans ce phénomène, et dans tous les phénomènes semblables, les molécules du gaz semblent avoir simplement pénétré entre celles de Teau; la force élastique du gaz est même restée manifeste, puisqu'il abandonne le liquide ou y entre de nouveau, selon que la pression extérieure augmente ou diminue; c'est seulement à ce genre d'action que nous donnerons le nom de dissolution des gaz.

151. liol de la dlsaolatloa des ffam émmn les llqvides. — l*" Les quantités d'un gaz dissoutes par l'unité de volume d'un liquide sont proportionnelles à la pression que ce gaz exerce sur la surface du liquide.

Cette premitTe loi peut être considérée comme caractérisant la dissolution proprement dite. On voit, en effet, d'après l'énoncé, que l'action du vide à la surface du liquide doit produire le dégagement complet du gaz ; le gaz dissous doit encore se dégager entièrement quand le liquide se trouve placé dans un espace indéfmi, occupé par un gaz.

On appelle coefficient de solubilité d'un gaz dans un liquide, à une température déterminée, le nombre qui exprime le volume de gaz, évalué à la température de zéro et à la pression de 760 millimètres, que peut dissoudre, à cette température, l'unité de volume du liquide, sous la

pression normale. La valeur de ce nombre dépend à la fois de la nature du liquide el de celle du gaz ; Texpérience seule peut la faire connaître. — Les coefficients de solubilité des divers gaz, dans Teau par exemple, offrent entre eux des différences considérables : ainsi i litre d^eau à la température de 15 degrés absorbe, sous la pression normale» 0"s030 d'oxygène, 0"*,015 d'azote, 1 litre d'acide carbonique, et environ 670 litres de gaz ammoniac.

2* Lorsqu'un mélange de pliuieurs gaz est en présence d'un liquide, chacun d'eux se dissout comme s'il était seul.

Pour nous rendre compte de la signification de cet énoncé, considérons par exemple, Faction dissolvante de Teau sur Tair atmosphérique. Un volume quelconque d*air, mesuré sous la pression normale, contient envi-

ron r d'oxygène et - d*azote, mesurés sous la même pression : chacun des gaz occupant le volume du mélange tout entier, leurs forces élastiques sont représentées, pour le premier, par r de la pression totale ; pour

le second, par c de la même pression. Leurs coefQcients de solubilité

étant respectivement 0,030 et 0,015, 1 litre d'eau doit donc dissoudre, d'après l'énoncé :

0"',030xr=0>'S006 d'oxygène.

0''',015x^=0»»,012 d'azote,

Entout 0"',018

Or les nombres 0,006, et 0,012 sont respectivement égaux au tiers et aux deux tilrs de 0,018; le mélange de gaz qu'on pourrait extraire de l'eau

aérée doit donc contenir environ - d'oxygène et = d'azote ; on voit qu'il

doit être plus riche en oxygène que l'air atmosphérique.

Pour vérifier ces résultats, le procédé le plus simple consiste à dégager les gaz de l'eau, en se fondant sur cette propriété, que la solubilité des gaz devient à peu près nulle à la température où l'eau entre en ébullition. Prenons de l'eau qui ait séjourné au contact de l'air, el emplissons-en un ballon A {fig. 138), auquel nous adapterons un tube B également plein d'eau, de façon qu'il ne reste aucune bulle d'air dans l'appareil; engageons lextrémilé de ce tube sous une éprouvetle C pleine de mercure, et chauffons l'eau du ballon. Dés que la température commencera à s'élever, nous verrons les gaz dissous monter dans l'eau en une multitude de petites bulles, qui passeront sous la cloche. L'eau s^échaufTant davantage, il se produira des bulles plus grosses : mais ces dernières sont formées surtout de vapeur d'eau, car elles régénèrent de l'eau liquide en arrivant

HÊUNGE DBS LIQUIDES ET DES GAZ. 131

dans les parties froides. BioilAt le volume da gaz qui, dans t'éproareUc, surmonte la petite couine d'eau entraînée à la surface du mercure, restera sensiblement constant, et l'opératioD sera terminée. — Or U mesure directe du volume total occupé par le mélange gazeux, sous la pression

Fig. m.

normale, et la détermination des proportions d'o»ygène et d'azote qu'il contient, s'accordent sensiblement, pour la plupart des eaux douces de nos contrées, avec les résultats donnés par le calcul qui précède.

\52. Whémo^émtm a« r«pp*r(mt * la «iMoIntloB des (■■. —

I«3 deui lois précédentes expliquent un cerlain nombre de phénomènes qui nous sont ofTerts par la nature ou par les opérations industrielles.

Les eaux des lacs ou des swirces dissolvent les gas de l'air en quantités trés-variables, selon la pression que l'almosphére exerce à leur surface ; au sonunet des montagnes elles peuvent contenir, en valeur absolue, à peine un tiers des gaz qu'elles dissolvent dans la plaine. De là peut-être, d'après H. Boussingault, la fréquence des goitres dans les pays très^evés, attribuable en partie l'usage de ces eaux peu aérées.

Certaines sources d'eaux minérales, en arrivant â la surface de la terre, laissent dégager des gai, et en particulier des bulles d'acide carbonique qui les rendent effervescentes : ces gai s'échappent quand l'eau arrive au contact de l'air qui n'en contient que des traces. — Les eaux gaieuses artificielles s'obtieTiuenl en comprimant, au mojen d'une pompe, de l'acide carbonique à la surrace de l'eau, et en enfermant ensuite ce liquide dans des bouteilles hermétiquement bouchées; quand le bouchon vient k être enlevé, te gaz dissous se dégage en petites bulles, mais l'eau en conserve toujours une quantité suffisante pour avoir un goût acidulé. — Lee vins mousseux et les liqueurs semblables, comme la bière, le cidre, contiennent également en dissolution de l'acide carbonique, produit par la termentalion qui .s'est continuée dans la bouteille après qu'elle a étibou-

m PESANTEUR ET HÏDROSTATIQnE.

Rhée. La nuHuse que ces liqueurs débouchées produisent est due à leur

viscosité, qui s'oppose mornenlanémenl au dégagement du gaz.

Eniiu, on emploie dans les usages domestiques un appareil qui permet de préparer les eaux gazeuses peu de temps avant le moment où elles doi— venlêtre consommées. Il se compose de deux vases de verre a et 6 {fi^. 139), qui peuvent se visser l'uD sur l'autre par leurs garnitures en élain. Pour préparer la solution gazeuse, on place dans le vase a un mélange en poudre d'acide larlrique et de bicarbonate de soude, substances qui n'exercent à »ec aucune action cliiniique l'une sur l'autre; puis on y adapte le bouchon métallique creuif ((fc). 140), qui est fermé à sa partie supérieure par une plaque d'argent h, criblée de trous très-fins, et traversée par le tube d'élain g. Cela Tait, on visse le vase a renversé sur le vase b préalablement rempli d'eau, et on redresse l'appareil dans la position de la Tigure 139. Une petite quantité d'eau descend par le tube dans le vase 0 ; l'acide tarlrique, se dissolvant dans cette eau, exerce sur le bicarbonate de soude une action chimique d'où résulte un dégagement d'acide carbonique; le gai passe par les Iraus de la plaque h, qui sont trop fins pour laisser passer l'eau, et on le voit monter en bulles dans le liquide, où une partie est immédiate m eut absorbée. L'excès de gaz se rend ï la surface de l'eau. La pre^ton qui, dans les premiers moments, atteint 5 à 'i atmosphères, descend bientôt s 5 atmosphères et demie environ; du reste, les vases sont ordinairement entourés d'un treillage de joncs qui s'opposerait, en cas de rupture, à la projection des fragments de verre, lorsqu'on ouvre le robinet i, le liquide jaillit avec force, et laisse, en arrivant à l'air, d^ager des bulles gaieuses en trèsgrand nombre.

* i53. A««toB des aoladoBs uHb«« awr lea gu. —Quand ou fait dissoudre dans l'eau divers sels et qu'on met les solutions en présence d'un gaz, comme l'oxygène, l'acide carbonique ou l'air, on remarque qu'elles en absorbent des quantités diiférenles de celles qu'absorl>erait l'eau pure; en oulre, ces quantités semblent le plus souvent se soustraire complètement aux lois de la dissolution proprement dite (151). — Ces actions, signalées d'abord sans explications, oui été étudiées par H. Ë. Femel, dans quelques cas particuliers. Voici quelques-uns des résultats obtenus.

fanion des solutions salines sur les gaz n'est pa? un simple phéno-

MiXiANGE BBS LIQUIDES ET DES GAZ. 125

mène de dissolution, avec un coefficient de solubilité particulier» car les quantités de gaz absorbées ne varient pas» en général, proportionnellement à la pression. — D'autre part, ce n'est pas une simple action chimique, car les quantités absorbées ne sont pas complètement indépendantes de la pression. — Dans la plupart des cas, l'absorption se montre comme un phénomène complexe, dépendant à ta fois de la dissolution simple et de la combinaison chimique ; en d'autres termes» le volume de gaz absorbé se compose de deux parties, dont Tune varie proportionnellement à la pression, Tautre en est indépendante et proportionelle à la richesse en sel de la solution. Il est à remarquer que le coefficient de 9olubilité propre qui régit le premier de ces deux termes est toujours moindre que celui de Teau pure pour le même gaz, et diminue à mesure que la quantité de sel augmente.

De là résulte : 1* que si le gaz n'est pas msceptible de se comlnner chirnuquement avec le sel dissous, l'absorption totale est toujours moindre que dans Feau, et suit d'ailleurs la loi de la dissolution (151, 1*) : tel est le cas des solutions de chlorure de sodium (sel marin) mises en contact avec Toxygéne ou l'air : la présence de ce sel peut donc être considérée comme diminuant toujours l'absorption de ces gaz par Teau, et d'autant plus qu'il est en quantité plus considérable. — â* Au contraire, si le gaz peut se combiner avec le sel en proportion un peu considérable, l'influence de la pression sur la quantité de gaz dissous devient relativement presque insensible, et ne peut d'ailleurs être observée que par des méthodes assez délicates ; tel est le cas des solutions de phosphate ou de carbonate de soude, mises en contact avec l'acide carbonique ; bien que ces sels diminuent la solubilité propre du gaz, leur présence doit être considérée comme augmentant trés-notablement le pouvoir absorbant total du liquide, et comme rendant l'absorption presque indépendante de la pression. — Enfin, dans d'autres cas, les deux actions sont du même ordre de grandeur, et alors la présence du sel, tout en modifiant la loi du phénomène, n'en change pas beaucoup l'intensité ; mais ces cas, aussi dignes d'intérêt que les premiers au point de vue de la théorie, le sont beaucoup moins au point de vue pratique.

154. Applications,^ Ces notions sont, comme les précédentes, susceptibles de nombreuses applications. Les eaux des sources, des rivières, des lacs, des mers, tiennent en dissolution des sels très-difîèrents et en proportions trés'diverses : cette influence doit donc s'ajouter à celle de l'altitude (152), pour faire varier beaucoup la quantité de gaz qu'elles absorbent et leurs qualités comme boisson. — De là résulte aussi que ces diverses eaux ne sont pas également propres à fournir les gaz nécessaires à la respiration des poissons et des autres animaux aquatiques; tout le monde sait, en effet, que les différentes eaux ne peuvent pas être habitées indifféremment par les diverses espèces de ces animaux. — Enfln, le sang, qui vient dans les organes respiratoires absorber les gaz de l'air et déga-

ger de Tacide carbonique, ne se comporte pas à l'égard de ces gaz comme Teau, mais comme un liquide tenant en dissolution divers sels. Or, parmi ces sels, las uns augmentent le pouvoir absorbant de l'eau pour les gaz de la respiration, les autres le diminueift : on s'explique donc ainsi comment, les quantités de certains sels venant à s'écarter des proportions normales, leur accroissement ou leur diminution coïncide avec une suractivité ou un ralentissement de la fonction respiratoire. — 11 en est sans doute de même des liquides qui exercent chez les végétaux des fonctions analogues.