II. — ÉBULLITION

317. PhéBOHièBe de réboUlckMi. — Quand une masse liquide est soumise à Faction continue d'un foyer de chaleur, il arrive, au moins dans la plupart des cas, qu'on voit apparaître, à un instant déterminé, des bulles de vapeur au sein du liquide, et particulièrement au contact de certains points du vase qui le contient : ces buUes s'élèvent dans le liquide et viennent crever à sa surface. C'est le phénomène qu'on désigne sous le nom d'ébullition.

Si l'on prend soin de placer un thermomètre dans le liquide, et si l'on recommence plusieurs fois l'expérience dans des conditions aussi semblables que possible, on voit que Fébullition se produit en général, pour un même liquide, lorsque 'le thermomètre est parvenu au.^mème point, et que l'indication de l'instrument ne varie pas d'une manière appréciable tant que le phénomène se continue.

De là ces deux lois, analogues à celles de la fusion, et qui ont été d'abord formulées comme caractéristiques du phénomène de Fébullition :

1* Pour un même liquide, placé dam /es mêmes conditions, Véhullition $e produit toujours à une même température,

2"* La température demeure invariable pendant toute la durée de Véhullition,

Mais c'est seulement par la discussion d'expériences assez délicates qu'on a pu définir d'une manière précise quelles sont ces conditions dont la réunion est nécessaire pour que Fébullition se produise toujours à une température déterminée, et à quel titre les variations de chacune d'elles

interriennent dans les modifications que peut subir le phénomène. — Ce sont ces conditions que nous allons d'abord mettre en évidence.

318. L*éh«llltkMi é'mm U^aMc» ne peut s'cIfeelMr * «m> tcMpémtore laférlcvre A eelle po«r la^fvelle Ia forée élasti^ae 4e ■a vapew mmt égale A la pre— ioa ^ae «apporte le llqaMe. — Si l'on imagine une bulle de vapeur formée au sein d'une masse liquide, il est clair qu'elle ne pourra subsister à l'état gazeux, que si sa force élastique est au moins égale à la pression qu'elle supporte de la part du liquide qui la circonscrit. — Or, si le liquide présente une surface libre, conune c'est le cas le plus ordinaire, la pression en un point de sa masse est égale à la pression qui s'exerce sur la surface libre, augmentée de la pression due à la profondeur du point considéré au*dessous de cette surface elle-même. Par suite, les bulles de vapeur ne peuvent se produire au sein du liquide, que si leur température dépasse sensiblement la valeur pour laquelle leur force élastique atteint la pression exercée sur la surface.

Donc, pour un liquide offrant une surface libre sur laquelle s'exerce la pression atmosphérique, l'ébullition ne doit être possible que si la température est au moins égale à celle pour laquelle la tension de sa vapeur est d'une atmosphère. Pour un liquide dont la surface libre supporte une pression moindre qu'une atmosphère, l'ébullition doit être possible à une température moindre que la précédente; et si, au contraire, la pression ^r la surface est supérieure à une atmosphère, rébullition ne doit pouvoir se produire qu'à une température plus élevée. — C'est ce que prouvent les expériences suivantes :

519. ¥érllieaUoas expérlaieatalee. — Lorsqu'on amène de l'eau pure à l'ébullition, dans un vase ouvert, et que la pression atmosphérique est de 760 millimètres au moment de l'expérience, un thermomètre plongé dans la masse indique que la température n'est jamais inférieure li 100*, température à laquelle l'expérience nous a montré que la tension de la vapeur d'eau est de 1 atmosphère (294). 'Il arrive même souvent que la température du liquide est un peu supérieure à 100*.

Si maintenant on place de Teau tiède sous le récipient de la machine pneumatique, et qu'on raréfie progressivement l'air qui presse sur sa surface libre, on constate que l'ébullition peut se produire à une température d'autant plus basse que la pression est moindre. — Un manomètre adapté au récipient indique toujours une pression à peu près égale à la tension de la vapeur pour la température actuelle du liquide. — Enfin, dans cette expérience, l'ébullition s*arrète rapidement si l'on cesse de faire fonctionner la machine, parce que la vapeur dégagée vient accroître la pression du gaz qui est resté dans le récipient.

Une expérience facile à réaliser, et qui est due à Franklin, conduit aux mêmes conclusions. — On introduit de Teau dans un matras de verre B, et on l'y fait bouillir vivement pendant quelques minutes. La vapeur en-

fiBULLinON. S51

iralne arec elle l'air intérieur; on bouche alors le malras el on Je retourne, comme l'indique la figure 234. Le liquide cesse d'abord de bouillir; mais, la surface libre ne supportant d'autre pression que celle de la vapeur, on peut déterminer de nouveau l'ébullition en versant sur le ballon de l'eau froide, qui détermine une condensation partielle de la vapeur, el, par suite, une diminution de la pression supportée par le liquide. L'eipérience peut être prolongée pendant fort longtemps, si le ballon a été bien purgé d'air. On a soin, en g^éral, pour éviter que l'air ne rentre par les pores du bouchon, de faire plonger l'eilrémité du col dans un vase V contenant de l'eau.

330. nannlM de Pbpla. — La marmite de Papin est un appareil complètement clos et à parois Irés-

résislantes dans lequel, con-

formément à ce qui précède,

on peut amener l'eau à des températures três-élevées sans que l'ébullition se produise. — Un cylindre de bronxe C [pg. 23&), contenant de l'eau, est fermé par un couvercle que maintient la vis V; ce couvercle est muni d'une soupape de tûreté, consistant en une petite ouïCTture s, sur laquelle s'appuie nn levier L maintenu à l'une de ses extrémités et chargé à l'autre d'un poids P; ce poids est réglé de ^çon que le levier se soulève el laisse échapper la vapeur, lorsqu'elle atteint une pression de S à 10 atmosphères,. afin d'éviter les explosions. Si l'on chaulTe l'eau renfermée dans cet appareil, la force élastique de la vapeur qui se forme à la surface exerce bientôt sur le liquide une pression égale à la force élastique des bulles qui tendent à prendre naissance au sein de ta masse; l'ébullition est donc impossible. — L'ébullition se produit brusquement dès qu'on ouvre la soupape, en soulevant le levier; b vapeur s'échappe alors avec impétuosité, sous la forme d'un jet de plusieurs mètres de hauteur.

* 3S1 . Expérience* «e Vagnl^rd de ■.■tau-: — On doit à Cagniard de Latour des expériences établissant que, si l'on élève de plus en plus la température d'un liquide enfermé dans un vase hermétiquement clos, il arrive cependant un moment oii ce liquide se réduit lout entier en va-

peur, mais sans enirer en éhullilion. — Ce phénomène de paporitalùm totale peut se produire m£me dans un vase dont la capacité ne serait pas égale i plus de deux ou trois fois le volume initial du liquide.

Hg. Î5S. — UanniLe de l'«pjn.

En opérant dans des tubes de verre Irès-résistants, Cagniard de Uitour 3 reconnu que ta température de vaporitation totale est de SOO* pour l'élher suirurique et de S59* pour l'alcool. D'après les expériences de H. Drion, l'élher chlorhydrique manifeste à 181° le phénomène de la vaporisation totale; l'acide sulfureux, i 157*.

5S3. l.'«bnllllloB ne ae produll qa'ame vae ex(r««M MtmcbIU d«uu Ica polBla d'âne ni«wiie llqnide qui «« «*■( m «onUtct qa'Mvce de» «orpia Millde*, mum Interpwaltlon de gas. — Exj^rlcnce de Bl. Doitn/. — D'après ce qu'on vient de voir. Il faut, pour que l'ébullition d'un liquide puisse se produire, que sa température atteigne une valeur déterminée (318). Hais il ne résulte nullement de là que celte condition nécessaire soit toujours suflisanle, et qu'un liquide doiïe toujours entrer en ébullition lorsque sa température atteint celle valeur, — Un certain nombre d'expériences prouvent, comme on va le voir, qu'il peut en être tout autrement.

EBULUTIOM. 250

M. Donny (de Gand), prend un tube de verre à parois très-résistantes; après lui avoir donné plusieurs courbures, comme l'indique la figure 236, il le ferme à Tune de ses extrémités A et soude à Taulre extrémité B plusieurs boules séparées les unes des autres par des orifices assez étroits, la dernière étant terminée par une pointe effilée m. Le tube ayant été lavé plusieurs fois à Talcool et à Téther, pour en enlever les matières grasses, puis à Tacide sul- ^ furique concentré, il y introduit de Teau distillée : alors, redressant l'appareil , la pointe m en haut, il fait

bouillir longtemps; il ferme pig. 236. -> Expérience de M. Donny.

la pointe, pendant que la vapeur se dégage, et enfin il laisse refroidir Tappareil. — Grâce à ces précautions successives, on voit : 1" que le liquide peut mouiller le verre, c'est-à-dire être en contact intime avec lui, sans interposition de bulles d'air; 2* que l'air dissous dans l'eau a été chassé par une ébullition prolongée; ^^ que, à la température ordinaire, la pression qui s'exerce sur la surface libre du liquide doit être très-faible, puisque l'air a été chassé du tube par la vapeur, et que celle-ci en se refroidissant a subi une condensation presque complète et ne conserve plus qu'une tension de quelques millimètres.

L'appareil étant ainsi préparé et froid, on plonge la courbure C dans une solution de chlorure de calcium, et l'on chauffe progressivement : grâce au sens des courbures du tube, le liquide échauffé dans la partie ACD ne tend pas à se mélanger avec celui de la partie EFB, en sorte que la pression exercée en B et transmise dans le liquide conserve toujours une valeur trè&-faible : de là résulte que, si l'on n'avait égard qu'à la condition précédemment énoncée, il semble que l'ébullition devrait se produire à une température très-basse, comme dans l'expérience de Franklin (fig. 234). M. Donny a constaté, au contraire, qu'on peut amener la température du bain jusque vers 135% sans qu'il ait ébullition. Alors seulement, il se produit tout à coup, en l'un des points du liquide, une bulle volumineuse de vapeur, soulevant toute la colonne et la projetant dans les boules, qui ont précisément pour effet d'amortir le choc.

Celte expérience fournit invariablement les mêmes résultats, avec tous les tubes bien préparés ; elle conduit à la conclusion suivante : si un liquide n'est en contact qu'avec un corps solide et avec lui-même, et qu'il ne puisse se trouver aucun gaz étranger, soit entre lui et le corps solide, soit au milieu du liquide, il ne suffit nullement, pour qu'il y ait ébullition, que sa température atteigne la valeur pour laquelle la tension de la vapeur serait égale à la pression exercée sur le liquide. Dans l'expérience qui précède, la tension de la vapeur correspondante à i35' est d'environ 2300 millimètres, tandis que le liquide supporte une pression qui est

peut-être de 15 à 20 millimètres : la tension de la Tapeur serait donc plus de cent fois égale à celle qui est rigoureusement nécessaire poar que le dégagement ait lieu. — Nous allons arriver à une conséquence semblable dans d'autres cx>nditions un peu différenles.

523. li'ébnllitloii ne se produit encore 4|B'aYee dinenlté dam Mae masMe ll4|vlde qvl est en toate sa sarfaee avec aa aatre llqalde. — Bxpérleaee de H. Bafonr. — M. Louis Dufour a eu Tidée d'appliquer à l'élude de la production des vapeurs le procédé que nous avons signalé plus hant, comme ayant conduit à des résultats remarquables sur les phénomènes de surfusion (279). — En introduisant des gouttes d*eau, par exemple, au sein d'un mélange d'huile de lin et d'essence de girofle dans des proportions convenables, on obtient de petites sphères d'eau qui se tiennent en équilibre au milieu du liquide qui les environne, sans se mélanger avec lui. On constate alors qu'on peut élever leur température jusqu'à 178" sans qu il y ait ébuUition. Or, à une pareille température, la tension de la vapeur d'eau est voisine de 9 atmosphères. On voit donc que ces gouttes liquides, en contact avec un autre milieu liquide par tous les points de leur surface, parviennent, sans entrer en ébullition, à nne température telle, que la tension de leur vapeur serait presque dix fois égale à celle qui est rigoureusement nécessaire pour que le dégagement de cette vapeur ait lieu.

L'expérience étant réalisée dans ces conditions, si Ton vient à toucher Tune de ces gouttes d'eau avec une baguette de verre ou de bois, l'ébullition s'y produit avec une extrême vivacité, et la goutte est projetée à une grande distance du corps solide — C'est là un fait dont nous donnerons l'explication un peu plus loin (526).

524. Inflaenee détenalBaate de la préseaee d'aa sas, mm setn de la masse li4|alde, sar le phéBoméae de l*éballltioa. — Expérieaee de M. Dafoar. — Lorsqu'un liquide, en contact seulement avec un corps solide ou avec un autre liquide, est amené, comme nous venons de l'indiquer, à une température supérieure à celle qui donnerait à sa vapeur une tension capable de vaincre la pression extérieure, l'expérience montre que la présence d'un gaz quelconque en un point de la masse liquide détermine l'ébullition en ce point.

C'est ce qu'il est faciie de constater au moyen d'une disposition due à M. L. Dufour. — Une cornue (fig. 257), bien lavée à l'acide et contenant de l'eau jusqu'à moitié, est mise en communication avec un ballon B, qui communique lui-même avec un manomètre M comme celui de la figure 228, et avec une machine pneumatique par l'intermédiaire du tube T. La cornue porte une large tubulure, dans \aquelle sont assujettis : 1* un tube de dégagement muni d'un robinet r, 2° un thermomètre a donnant la température du liquide, 5"* deux fils de platine f, /*', qui plongent également dans le liquide. — On fait bouillir d'abord, pendant un certain temps, l'eau

ËBULLITION. aSl

de la cornue, de manière à en dégager aussi complètement que possible l'air dissous ou adhérent aux parois: pendant cette ébullilion, le robinet r est ouTert pour servir au dégagement de la vapeur. Lorsqu'elle a duré quelque temps, on ferme r, et on laisse refroidir l'appareil. Alors

Flg. 151. — Expérience de H. Dufour.

les rolnnets S et t étant ouverts, la machine pneumatique permettant d'établir dans l'appareil telle pression que l'on veut, pression mesurée d'ailli>nrs par le manomètre, et un Toumeau à gai permettant de régler également à volonté la température, on constate que l'on peut, sans obtenir d'ébullition, amener l'eau à une température qui dépasse de plusieurs d^rés celle où la tension de sa vapeur serait égale à la pression inté' Heure; il est même possible de la maintenir dans ces conditions pendant un temps presque indéfini. — L' expérience étant ainsi disposée, on met en communication les Hts fetf avec tes pAles d'uue pile, de manière à faire passer le courant dans l'eau et à produire un dégagement gazeux sur les flls : aussilûl, l'ébullition se produit avec une vivacité telle, qu'une partie du liquide est ordinairement projetée dans le ballon B.

395. CoBa^qneaees 4ea Ikito «■■ préeMcal, coBeersaMt Icn eoMdiilou *a ph«BM>i«Be de l'ébaUItloM. — En résumé, l'expérience montre donc : 1° que, sous une pression déterminée, un liquide ne peut bouillir que si la vapeur atteint une température déterminée; 2* que celte condition nécessaire n'est pas sumsante, si le liquide n'est en contact qu'avec un corps solide ou liquide; c'est-à-dire que les bulles de vapeur, qui auraient la tension nécessaire pour se dégager si elles pouvaient se former, ne se forment point dans ces conditions; 5' que la présence d'un gai au milieu du liquide détermine l'ébullition, pourvu que la température ait la valeur qui vient d'être indiquée.

On vpit donc que des bulles gazeuses, introduites en certains points d'une masse liquide, doivent être considérées comme constituant chacune.

en réalité, une sorte d'atmosphère inUriewre dans laquelle la Tapeur peut se répandre, comme elle se répand dans Tatmosphére qui sarmonte la masse liquide tout entière, et sans laquelle elle se produit trè&-dillicilement au milieu du liquide: si la température a une valeur conTenable, le Tolume de ces bulles va toujours croissant, par Taddition incessante de nouvelles quantités de vapeur; cette vapeur étant d*ail1eurs douée d*mie force élastique suffisante pour demeurer gazeuse au sein de la masse, il arrive un moment où les bulles s'élèvent dans le liquide, et l'ébullition a lieu.

L'ébullition est donc un dégagement gazeux qui se amipose à la fois du gaz auparavant contenu dans la masse liquide, et d'une masse assez considérable de vapeur qui a pu se répandre dans les bulles gazeuses, avant leur ascension dans le liquide et pendant cette ascension elle-même, par un phénomène analogue à Tévaporation. — Nous allons montrer que toutes les particularités de Tébullition, lorsqu'elle s'eflectue dans les conditions ordinaires, sont d'accord avec cette façon d'envisager le phénomène.

326. ÉbvIUtloB émmm les dreoMUuMcs les pl«* ordlMOres. — Lorsqu'on f^it bouillir un liquide, de Teau, par exemple, dans un vase quelconque, les bulles d'air dissous que la chaleur dégage, et surtout celles qui restent interposées entre les parois du vase et le liquide qui ne mouille qu'incomplètement ces parois, suffisent pour permettre le dégagement de la vapeur, dès que la température est assez élevée ; en sorte que, dans la plupart des cas, Tébullition commence à une température qui est presque exactement celle où la tension de la vapeur est égale à la pression supportée par le liquide. — On voit d*ailleurs les bulles de vapeur se former en certains points de la paroi exclusivement : ce sont les points auxquels, la paroi n'étant pas mouillée par le liquide, il a pu rester de l'air attaché. — Enfin, on conçoit sans peine comment, le départ d'une bulle laissant toujours après elle une partie du mélange gazeux adhérent à la paroi, les mêmes phénomènes peuvent continuer à se produire, et les bulles nouvelles continuent à partir des mêmes points.

L'expérience montre cependant que l'ébullition, lorsqu'elle a duré ua certain temps, devient de plus en plus difiicile : qu'elle se fait par soubresauts, et que la température du liquide s'élève. Ce résultat s'explique, ei> remarquant qu'une longue ébullition chasse successivement les gaz en dissolution et ceux qui étaient restés adhérents à la paroi. — On avait également remarqué que Peau n'entre en ébullition qu'à 106 ou 108 degrés dans les vases de verre dont la surface interne a été lavée aut acides : cette particularité tient évidemment à ce que ces lavages ont rendu la paroi capable d'être mouillée par l'eau.

On répète ordinairement dans les cours l'expérience suivante, qui e^t due à Gay-Lussac. — On fait bouillir de l'eau dans un ballon de verre, et, quand l'ébullition a duré quelque temps, on retire le ballon du feu : l'é-

ËBULLITION. ia'.

buUition cesse, bien que la teropéralure du liquide soil en général de lOt ou 102 degrés. On projette alors dans le ballon un peu de limaille de cuivre on de limaille de fer, et l'on voit un vif dégagement de bulles se produire auconlacl de celle limaille ; c'est évidemment l'air entraîné au sein du liquide, par la limaille elle-même, qui détermine la formation d'une (juantité considérable de vapeur, la température ayant d'ailleurs une valeur suffisante pour que la vapeur produite puisse se dégager.

Qb conçoit enfin l'induence que doit avoir, dans les expériences de H. Dufçur que rou s avons cités (335), le contact d'un corps solide avec les sphères liquides portées â une haute température : le coi-ps solide apporte toujours à la surface de ces sphères une certaine quantité d'air qui lui est restée adhérente, et qui fournit à la vapeur l'atmosphère gazeuse favorable h sa formation.

337. ËhulUtlaB de l'acide aalhui^ue et dea UqBldea Tb- ^■«u. — Lorsqu'on fait bouilhr, en les chaulTant par la partie inrérieure, certains hquides visqueux, comme l'acide sulturique, tes bulles qui se tonnent sur les parois ne parviennent à diviser la masse que lorsqu'elles ont atteint un volume assez considérable : à ce moment, le liquide tout entier est soulevé, et avec lui le vase qui le contient : il se produit alors im violent loubretatU, qui peut déterminer la rupture du vase, quand celui-ci retombe, sur ses supports. — Si l'on observe attentivement un thermomètre plongeant dans un semblable liquide, on le voit monter depuis le moment ou une bulle vient de se dégager Jusqu'au moment où la suivante se dégage, après quoi la température redescend brusquement, et ainsi de suite.

Ces particularités, dont l'explication est évidente d'après ce qui précède, rendent la distillation de ce genre de liquides assez ditScile : pour raciliter l'opération, on place la cornue c qui contient l'acide [fig. 258)

tig. i58. — DiiliUalian de l'tcide jnlhirique.

au centre dune grille annulaire g, de manière à chauffer le liquide près de sa surface. Un place, en outre, dans la cornue, des fils de platine le long desquels on voit les balles de vapeur se former. Enfin, pour empè-

cher que la condensatiou se fasse dans la région c et qu*une partie du liquide retombe sans passer dans le récipient b, on place au-dessus de la grille une sorte de dôme en tôle d, dans lequel est ménagée une échancrure pour laisser passer le col de la cornue.

328. Élmllitlon des aotatloiis salines. — La présence des matières salines en dissolution dans un liquide élève en général la température d*ébulli(ion. Pour Teau, en particulier, cette influence est d'autant plus considérable que la quantité de sel dissoute est plus grande : les écarts diffèrent, en valeur absolue, d'un sel à Tautre. — Le tableau suivant indique les températures d'ébuUition de quelques solutions de sels dans l'eau y chacune d'elles étant supposée saturée : les nombres correspondent donc, en réalité, à des quantités difTérentes des divers sels.

POmTS D*ÉBLXL1TI0N DE QUELQUES SOLUTIONS SATURÉES.

KOVS DES SOLUTIONS. POINTS D'IbULLITIOX.

Carbonate de soucie 114*,6

Chlorure de sodium 1(18,4

Sel ammoniac lti,2

I^ilrate de potasse 115,9

Niti-ate de soude 121,0

Carbonate dépotasse. ..... 155,0

Nitrate de chaux 151,0

Chlorure de calcium 179,5

329. Élmllition des iiiélsii0cs de plosleors U4|aldes Inégalement YolatUs. — Lorsqu'on fait bouillir un mélange de deux liquides A et B, dont Tun A est plus volatil que Tautre, la température à laquelle Tébullition commence est toujours supérieure au point d'ébullition du plus volatil A : elle la surpasse d*autant plus que Tautre liquide B se trouve en plus forte proportion dans le mélange. Les premières portions de vapeur qui se dégagent sont presque exclusivement formées aux dépens du liquide A ; puis, la proportion de celui-ci diminuant sans cesse dans le résidu, la température d'ébuUition s'élève par degrés, en même temps que la. vapeur du liquide B se forme en plus grande abondance. Enfin, quand tout le liquide A s*est volatilisé, la température atteint définitivement le point d'ébuUition de B, et elle demeure constante jusqu'à la fin de l'opération.

550. DétermlnatloB expérimentale du point d*ébnllltlon normal d'un liquide. — D'après ce qui précède, il laut entendre par point d'ébuUition d'un liquide sous une pression déterminée la température minima à laquelle ce liquide puisse bouillir sôus celte pression. — Nous désignerons en particulier par point d'ébuUition normal la température nUnima à laquelle Tébullition puisse avoir lieu sous la pression de 760 mUlimètres.

Or, si Ton voulait déterminer cette température en plaçant un thermo-

ËBULLITiON.

mètre dans le liquide lui-même, il est clair qu'on aurait toujours à craindre rinfluence, soit d'une expubion plus ou moins complète des gaz, soit de l'adhérence entre le liquide et les parois, soit de la présence des sels en dissolution, et en général des diverses causes du phénomène que l'on désigne quelquefois sous le nom général de retard du point d'ébullition, — Mais, puisque cette température minima est celle à laquelle la tension de la vapeur est égale à la pression extérieure, ce doit être celle de la vapeur lorsqu'elle parvient dans l'atmosphère elle-même. L'expérience montre, en effet^ qu'un thermomètre placé dans la vapeur, à une petite diêtance de la êurface d'un liquide en ébullition, indique une température constante, sous une pression déterminée. C'est donc dans ces conditions qu'on doit se placer toujours pour déterminer le point d'ébullition normal d'un liquide.

Pour l'eau en particulier, en opérant comme il vient d'être dit» on constate que le thermomètre marque toujours, sous la même pression atmosphérique, la même température, quelle que soit la nature du vase, la pureté de Teau ou la durée de l'ébullition. C'est là ce qui explique la nécessité des dispositions qui ont été indiquées plus haut pour la détermination du point ùie supérieur du thermomètre centigrade (204).

Le tableau suivant donne les points d'ébullition de quelques liquides» sous la pression de 760 millimètres.