CHAPITRE XIY

Mesure du poids des Vapeurs sous un volume donné a une pression et une température déterminées.

TT

JUJn faisant les expériences rapportées dans le précédent chapitre, on peut aisément s’apercevoir qu’une très-petite quantité de liquide suffit pour donner un volume considérable de vapeur. Une foule de recherches de physique et de chimie demandaient que l’on connût la mesure de cette expansion; c’est-à-dire, par exemple , que l’on sût déterminer le volume de vapeur qui pouvait être donné par un poids ou par un volume donné de chaque liquide. Mais cette détermination semblait assez difficile , parce que l’expansion de la vapeur étant fort considérable, il n’est guère possible de réunir exactement en une seule masse le liquide qui a servi à la former. M. Gay Lussac a heureusement éludé cette difficulté en la renversant, c’est-à-dire, en déterminant le volume de vapeur qui peut être produit par un volume donné de liquide.

Pour connaître d’abord, d’une manière parfaitement certaine, la quantité du liquide employé , ce qui constitue réellement la difficulté du problème , M. Gay-Lussac souffle à la lampe de petites bulles de verre qui sont représentées par RB, fîg. 83. Elles sont presque sphériques; mais, par un de leurs côtés, elles s’allongent en un bec très-fin. On commence par peser une de ces petites bulles lorsqu’elle n’est remplie que d’air ; ensuite on y introduit du liquide , comme on ferait dans un tube de thermomètre , en la plongeant dans ee liquide après l’avoir chauffée pour en chasser en partie l’air. Quand la petite bulle est presque totalement remplie, on scelle le bec à la flamme d’une bougie , que l'on dirige dessus au moyen d'un chalumeau. Cette opération n’ôte rien au verre dont la bulle était faite ; elle lui donne seulement une autre forme. Alors

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on pèse de nouveau la bulle ainsi remplie ; et retranchant de son poids celui de l’eiiveloppe , trouvé par la pesée précédente , on a le poids du liquide qu’elle contient. Nous verrons bientôt comment on en peut déduire son volume. Pour réduire maintenant toute cette quantité de liquide en vapeur, M. Gay-Lussac se sert d’un appareil analogue à celui dont M. Dalton a fait usage pour observer la tension des vapeurs dans le vide. Il emploie une cloche de verre longue et étroite VV, ng. 84, divisée en parties de capacités égales , et dont la capacité totale est d’environ un litre et demi. Il la remplit de mercure , et la renverse dans un bain de même métal, après quoi il y introduit la petite bulle de verre B, remplie de liquide. Celle-ci gagne le haut du tube , et y porte avec elle tout le liquide qu’elle contient; il ne reste plus qu’à vaporiser celui-ci. Pour cela, M. Gay-Lussac enveloppe sa cloche avec un manchon de verre MM plus long qu’elle , et qui plonge dans le mercure par sa partie inférieure. Il remplit d’eau ce cylindre, et la cloche s’en trouve couverte; puis ii place tout l’appareil sur un fourneau FF, où l’on allume du feu. L’eau et le mercure , en s’échauffant , échauffent aussi le liquide contenu dans la petite bulle de verre. Celui-ci se dilate , brise son enveloppe , se répand au sommet de la cloche , et bientôt s’y réduit en vapeur , dont on élève la température jusqu’à ce que l’eau du cylindre soit entrée en ébullition. Alors on mesure la hauteur de la colonne de mercure qui reste dans la cloche au dessus du niveau extérieur. Pour le faire avec certitude , voici comment M. Gay-Lussac opère. Les bords du vase de fonte ce, qui sert de cuvette, sont bien dressés, et placés horizontalement au moyen d’un niveau : il pose sur ces bords une règle de cuivre CC, traversée par une tige verticale graduée TT, terminée en bas par une pointe que I on fait descendre jusqu’à ce qu’elle affleure la surface extérieure du mercure. Un curseur H, qui monte et descend le long de cette tige verticale, est amené par un mouvement de vis jusqu’à la hauteur où le mercure reste dans la cloche , et alors la distance de ce curseur à l’extrémité inférieure de la tige , mesurée par une division sur la lige même , indique la hauteur de la co-

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lonne de mercure qui se trouve élevée dans la cloche au-dessus du niveau extérieur. On retranche cette hauteur de celle du mercure dans le baromètre au même instant , après les avoir réduites Tune et l’autre à la même température , et l’excès de la seconde sur la première exprime précisément la force élastique de la vapeur contenue dans la cloche , c’est-à-dire , la pression qu’elle soutient. On connaît d’ailleurs le volume de cette vapeur par le nombre de divisions qu’elle occupe dans la cloche; avec ces données , on peut calculer les rapports des volumes du liquide et de la vapeur à une température et sous une pression déterminées.

Mais avant d’entrer dans ce calcul , il faut prévenir une difficulté qui pourrait se présenter à l’esprit ; on pourrait se demander si l’on est bien sûr que tout le liquide introduit sous le mercure a été réellement vaporisé. En effet , s’il ne l’était pas 5 on commettrait de grandes erreurs ; et cela pourrait arriver si l’on introduisait dans les petites bulles de verre plus de liquide qu’il n’en faut pour être vaporisé dans la cloche à la température où on l’expose. Mais il y a toujours un moyen facile et sûr de savoir si ces circonstances ont lieu. En effet , les tensions des liquides sur lesquels on opère sont connues par les expériences du chapitre précédent; et l’on peut calculer par la loi de M. Dalton quelle doit être , pour chacun d’eux , la force élastique totale de sa vapeur à la température de îoo degrés. S’il reste un excès de liquide sous la cloche , la pression exercée intérieurement par la vapeur devra être égale à cette limite. Il suffit donc de la mesurer, comme nous l'avons expliqué tout-àl’heure, d’après la hauteur de la colonne de mercure qui reste élevée dans la cloche au-dessus du niveau. Si on la trouve égale à la force élastique totale que le liquide peut avoir à la température de 100 degrés, 011 pourra craindre que tout le liquide introduit n’ait pas été vaporisé , et alors il faudra employer des bulles qui en contiennent des volumes moindres. Mais du moment où , à force de diminuer ce volume , on arrivera à avoir une force élastique moindre que la force élastique totale , on aura la certitude que le liquide introduit a été vaporisé

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complètement ; car alors ce liquide n’aura pas même suffi pour développer sous la cloche toute la vapeur qui convenait à cette température ; de sorte que celle qui s’y trouve est réellement une vapeur dilatée , dilatée à la manière des gaz , et qui , tant qu’elle n’aura pas atteint sa force élastique totale , se condenserait comme eux, sans se liquéfier, si l’on diminuait l’espace qu’elle occupe en enfonçant davantage la cloche dans le bain du mercure où elle plonge. Cette dernière réflexion nous apprend qu’il faut réduire tous les résultats à une même pression, pour qu’ils deviennent comparables entre eux ; elle nous indique ce qui nous reste à faire pour y parvenir : mais au lieu d’effectuer cette correction mécaniquement et par l’expérience , il est incomparablement plus commode et plus simple de la faire par le calcul, d’après les lois connues de la condensation des substances aériformes sous diverses pressions.

Pour cela , nommons P le poids du liquide employé, et N le nombre de divisions que toute sa masse, réduite en vapeurs, occupe dans la cloche à la température de ioo°. Si nous désignons par v la capacité d’une de ces divisions , exprimée en litres et pour la température de la glace fondante, N r serait le volume de la vapeur, en supposant que la cloche ne se dilate point. Par conséquent si nous nommons K la dilatation cubique clu verre dont elle est faite , cette dilatation étant calculée pour un degré centésimal , le volume vrai de la vapeur sera

( i -p 100K) v. Cette vapeur supporte la pression extérieure/» de l’atmosphère , moins la hauteur h de la colonne de mercure élevée dans la cloche au-dessus du niveau ; elle est donc observée sous la pression p — h. Si l’on veut la réduire au volume qu’elle occuperait sous la pression o1,!,76, en la considérant comme non liquéfiable , et lui conservant toujours la même température de ioo°, il faut multiplier son volume actuel N (i -{- 100K) e, par le rapport inverse des pressions o,n,76 et p — // , ce qui le changera en

Ne (i -f 100K) ( p — h )

om^S

Tel est donc le volume de vapeur produit par le poids P de

MESURE ET POIDS DES VAPEURS

liquide dans les circonstances indiquées; ainsi, en exprimant P en grammes , le volume de vapeur produit par un gramme du même liquide, sera proportionnellement

P . Om,7Ô

En appliquant cette formule, il faut faire attention de réduire les colonnes de mercure p et h à la même température où Ton voudra que la pression constante om,y6 se trouve aussi rapportée. On se rappelle d’ailleurs que la dilatation cubique du verre ordinaire est K 0,0000262716.

Par exemple , dans une de ses expériences sur le poids de la vapeur aqueuse rM. Gay— Lussac avait les données suivantes :

Poids de l’ampoule de verre vide. . . . 08,791.

Ampoule et eau 1 ,891.

Donc , poids de l’eau. ......... 08,600.

Cette quantité d’eau introduite sous la cloche, et portée à la température de ioo° , a donné un volume de vapeur qui occupait 220 divisions. Chaque division valait en litres 0,00499016. La colonne de mercure élevée dans l’intérieur de la cloche, au-dessus du niveau , était om,o52 ; le baromètre marquait o111, 7555. La température, indiquée parle thermomètre qu’il porte, était i5°.

Je commence par réduire ces deux colonnes de mercure à la

même température de o°; pour cela il faut ôter de la première