CHAPITRE XIX

Sur la maniéré cCobtenir la pesanteur spécifique

des Gaz.

X^es densités des substances gazeuses étant toutes fort petites, comparativement à celle de l’eau , il convient pour rendre leurs différences plus sensibles , de ne pas les rapporter d’abord à ce liquide, mais à quelqu’une d’entre elles; nous choisirons pour cela l’air atmosphérique. Nous déterminerons ensuite par une expérience particulière , le poids spécifique de l’air atmosphérique, comparé à l’eau dans son maximum de condensation.

Pour obtenir la pesanteur spécifique d’un gaz comparé à l’air atmosphérique, il faut mesurer le poids d’un certain volume de ce gaz, le poids du même volume d’air atmosphérique, et diviser le premier de ces poids par le second. Alors la pesanteur spécifique de lair atmosphérique est supposée représentée par l’unité , et celles des autres gaz se trouvent exprimées en fonctions de cette unité-là.

On pourrait de même rapporter les pesanteurs spécifiques des gaz à celle de tout autre gaz prise pour unité ; mais il vaut mieux prendre pour terme commun l’air atmosphérique , qui , d’après l’observation générale des physiciens et des chimistes , est de même nature dans tous les climats de la terre et dans toutes les saisons.

Pour mesurer le poids d’un même volume d’air et de gaz , on prend un ballon de verre dont la capacité doit être au moins de cinq à six litres , afin que les erreurs des pesées n’aient pas trop d’influence sur les résultats ; ce qui arriverait si l’on opérait sur de trop petits volumes. Ce ballon doit être fermé par un robinet assez bien travaillé pour intercepter toute communication entre l’intérieur du ballon et l’air extérieur.

O11 lient d’abord le robinet ouvert, et après avoir vissé le ballon

sur îe plateau d’une bonne machine pneumatique , on y fait le ■vide aussi exactement qu’il est possible. Pour plus de simplicité , supposons d’abord que ce vide soit tout-à-fait exact, en sorte que tout l’air ait été extrait de l’intérieur du ballon. On ferme alors le robinet , on dévisse le ballon , et on le pèse dans cet état avec des balances très-exactes (i) ; soit P son poids ainsi observé.

Cette opération faite, on ouvre doucement îe robinet, sans détacher le ballon de la balance. L’air extérieur y rentre, le remplit. Alors on le pèse de nouveau , îe robinet restant ouvert : on trouve constamment qu’il pèse davantage. Soit P" son poids dans cette nouvelle circonstance.

Il est évident que l’augmentation de poids du ballon est due à Pair qui y est renfermé, et est précisément égale au poids de cet air. Ainsi l’excès de la seconde pesée sur la première , où — P exprimera le poids du volume d’air atmosphérique que le ballon contient dans les circonstances où l’on a opéré.

On s’y prend précisément de la meme manière pour connaître le poids du même volume de tout autre gaz. On commence de même par peser le ballon vide. Soit % son poids , qui peut être différent de P à cause du changement de densité de l’air qu’il déplace. Cette observation faite, on îe remplit aussitôt de gaz que l’on y introduit par un procédé que nous expliquerons plus loin. Puis on le ferme; on le pèse de nouveau, et on le trouve plus lourd qu’auparavant. Soit tv" son poids ainsi observé.

Il est évident que tt" — tv est le poids du gaz que l’on y a

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introduit, et „ ' P

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est la pesanteur spécifique de ce gaz, com-

parée à celle de l’air atmosphérique , dans les circonstances où inexpérience a été faite.

(i) Pour faire cette opération, l’on ne pose pas le Lallon dans les plateaux de la balance, ce qui serait très-incommode, parce qu’il faudrait leur donner de très-grandes dimensions. Mais on accroche le ballon à la balance par le moyen d’un fil de cuivre , dont les extrémités sont contournées en anneaux. L’une se fixe à la partie inférieure d’un des plateaux de la balance, et l’autre s’adapte à un crochet qui termine la partie sapé* rieure du robinet du ballon. Fig. 87.

DES GAZ. 3. j (J

Mais en opérant ainsi à différens jours sur ie même air , sur le même gaz, avec le même ballon, la même machine pneumatique et les mêmes balances , on trouve des résultats continuellement différens; ce qui prouve que ces observations, quoique exactes , ne sont point comparables entre elles , et doivent , pour le devenir , subir plusieurs corrections que nous allons exposer.

D’abord nous savons que la pression atmosphérique n’est pas constamment la même. L’air atmosphérique , contenu dans le ballon, quand on le pèse plein, est soumis à cette pression. Or, d’après la loi de Mariotte , tous les gaz se condensent pro— portionnellement aux poids dont ils sont chargés. La masse de l’air , contenu dans le ballon, sera donc plus ou moins pesante,, selon que la pression atmosphérique sera plus ou moins considérable. Voilà une première cause de variations qu’il nous faudra corriger.

La pression n’est pas la seule cause qui puisse faire varier le poids d’un volume d’air , la température produit un effet pareil; car, soit qu’elle s’élève ou qu’elle s’abaisse , elle dilate Fair ou le condense, la pression restant la même. Voilà donc une seconde cause de variations dont il faudra corriger aussi nos résultats.

Ces mêmes causes influeront également sur les poids de tous les autres gaz , lorsqu’on les introduira dans le ballon après y avoir fait le vide. Il faudra donc aussi tenir compte de la pression et de la température à laquelle on les introduit.

Le ballon lui-même n’a pas toujours une égale capacité ; car le verre dont il est formé se dilate et se resserre , selon que la température s’élève ou s’abaisse, et alors son volume augmente ou diminue ; voilà donc une troisième cause de variations dans nos résultats, et pour la corriger, il faudra avoir égard aux changemens de volume occasionés par les change— mens de température , en vertu de la dilatation du verre.

Enfin , nous avons vu que l’air et tous les autres gaz peuvent contenir une certaine quantité de vapeurs aqueuses , qui varie avec la température et avec le dessèchement plus ou moins

considérable que le gaz a éprouvé. Ainsi , un même volume d’un même gaz aura des poids différons , selon qu’il contiendra une quantité plus ou moins grande de cette vapeur , qui se trouve substituée à une certaine portion de sa masse. Il faudra donc , pour rendre les résultats comparables , connaître la quantité de vapeurs aqueuses qui entrent dans les gaz, ainsi que dans l’air atmosphérique que l’on pèse , et en tenir compte dans les résultats.

Toutes les causes que nous venons d’examiner influeront encore sur les expériences d’une autre manière , en modifiant la densité de l’air atmosphérique extérieur au ballon, et dans lequel celui-ci est plongé lorsqu’on le pèse. Car un corps pion gé dans un fluide pesant , y perd toujours une partie de son poids , égale à celui du volume de fluide qu'il déplace. La perte de poids du ballon soit plein , soit vide, lorsqu’on le pesera dans l’air , variera donc avec le volume du ballon , avec la pression atmosphérique , la température et l’état hygrométrique de l’air extérieur.

Nous avons supposé que la machine pneumatique que l’on emploie pouvait opérer un vide parfait. Mais cela n’est jamais - ainsi ; et quelque soin que l’on prenne pour épuiser l’air dans l’intérieur du ballon , il y reste toujours une petite quantité de fluides élastiques dont l’existence se manifeste par la pression qu’ils exercent sur le baromètre , qui communique à l’intérieur de la machine pneumatique. Il faudra mesurer cette pression , et savoir si elle est produite par un petit reste d’air ou de vapeurs aqueuses , ou par un certain mélange de ces deux substances.

On voit donc que pour connaître tous les élémens qui influent sur les expériences par lesquelles on détermine la pesanteur spécifique des gaz , il faudra observer :

!le poids du ballon H

la pression atmosphérique, p

la température de l’air extérieur, t

ballon vide, \ l’état de l’hygromètre h

! la tension dans l’intérieur du bai- ! Ion , quand on y a fait le vide. . #

DES GAZ

rr r DJ î

à l’époque de l'introduction du gaz ou de l’air dans le ballon,

ballon plein de gaz ,

la pression extérieure exercée sur

le gaz p'

sa température ». t!

son état hygrométrique h!

le poids du ballon Il"

à l’époque de la pesée du] la pression atmosphérique. .... p"

la température de l’air extérieur, t'

l’état de l’hygromètre h"

Avec ces données , on peut calculer les poids d’air atmosphérique et de gaz qui seraient contenus dans le ballon à la température de la glace fondante et sous la pression de om,76 ; l’air et le gaz étant parfaitement privés de vapeurs aqueuses.

Soit X , ce poids ainsi calculé pour l’air atmosphérique ; Y sa valeur pour un gaz quelconque ; la pesanteur spécifique Y

de ce gaz sera —.

On trouvera à la fin de ce chapitre toutes les formules nécessaires pour effectuer complètement ces réductions, et calculer les valeurs de X. et de Y. Les diverses pesées d’un même gaz , quelle que soit la différence des circonstances où elles ont été faites, donneront toujours, si elles sont exactes , des résultats uniformes , lorsqu’elles seront ainsi calculées. Mais avant d’entrer dans ces calculs, il me reste à parler de diverses précautions qu’il faut prendre pour que les expériences précédentes aient toute la précision dont elles sont susceptibles.

La première se rapporte à îa manière dont on doit recueillir les gaz que l’on veut peser. Si l’on veut employer ees gaz saturés d’humidité, on les recueille à travers l’eau, sous des cloches, ou dans des flacons de verre bouchés à l’émeri. Alors il faut avoir soin que l’eau dont on fait usage soit pure; car si elle contenait d’autres gaz que celui que l’on recueille, elle eu abandonnerait une partie pour absorber en échange une portion de celui qui la traverse , et alors le gaz recueilli ne serait pas pur. Il faut ensuite ne commencer à recueillir ce gaz que lorsque tout l’air des vaisseaux dont on le dégage a été complètement chassé ; ce que l’on reconnaît en éprouvant par les

Pesanteur spécifique

procédés chimiques la nature du gaz, et s’assurant qu’il il e§t pas mêlé d’air atmosphérique.

Si l’on veut au contraire employer un gaz exempt de vapeur d’eau , il faut le recueillir sur un appareil pneumatochimique au mercure , et s’il n’est pas naturellement sec , il faut le priver d’eau avant qu’il parvienne sous les cloches ou dans les flacons. Pour cela , on le fait passer à travers un tube long de quelques décimètres , et rempli de fragmens de muriate de chaux ou de quelque autre sel susceptible d’absorber l’humidité. Le gaz en passant à travers ces corps , et se trouvant dans beaucoup de points en contact avec eux , leur abandonne la vapeur aqueuse qu’il contient, et arrive sec dans la cloche ou dans le flacon. On atteint aussi le même but, en faisant passer le gaz à travers un tube entouré d’un mélange de sel et de glace pilée : ce mélange produisant un froid considérable , abaisse la température du gaz de plusieurs degrés au-dessous de zéro , et précipite en très-grande partie la vapeur aqueuse qu’il contenait. Car la quantité de cette vapeur, qui peut s’élever dans un gaz ou dans le vide à de si basses températures, est excessivement petite , comme le prouve l’évaluation de sa force élastique rapportée page 277. Néanmoins cette méthode me paraît moins sûre que la première.

Lorsqu’on opère ainsi sur le mercure , il faut avoir soin de détacher exactement les petites bulles d’air qui restent dans les flacons ou dans les cloches , lorsqu’on les remplit de mercure pour les renverser; car ces bulles d’air se mêlant au gaz, altéreraient sa pureté et son poids. Pour les détacher , on emploie un petit fll de fer que l’on promène sur les parois intérieures de la cloche ou des flacons aux endroits où l’on aperçoit ces bulles , ce qui les oblige à s’échapper.

Il s’agit maintenant d’introduire le gaz dans le ballon vide. Pour cela le procédé consiste d’abord à faire passer ce gaz sous une cloche placée sur l’eau ou le mercure , et munie d’un robinet parle haut. L’on visse le robinet du ballon vide sur celui de la cloche; puis, les ouvrant tous deux, la communication s’établit , et le gaz passe de la cloche clans le ballon, Mais de cette

DES GAZ

manière , on ne peut éviter qu’il ne reste de l’air entre les deux robinets ; et cet air, s’introduisant dans le ballon avec le gaz , altère nécessairement la pureté de celui-ci. Quelque petite que cette erreur paraisse , elle peut devenir sensible sur des gax très-légers , par exemple , sur l’hydrogène. Pour l’éviter , il faut visser le ballon sur la cloche , puis poser cette dernière sur le récipient de la machine pneumatique , et faire le vide entre les deux robinets. On effectuera plus directement cette opération , si le robinet de la cloche peut s’en détacher et s’adapter immédiatement à la machine pneumatique. Le vide fait , on ferme le robinet inférieur , on enlève le ballon avec les deux robinets , et on les visse de nouveau sur la cloche avec force. Il faut maintenant remplir cette dernière d’eau ou de mercure , pour en chasser l’air atmosphérique, et le remplacer par le gaz. A cet effet, rien n’est plus commode que d’avoir, dans le robinet inférieur, un conduit latéral fort étroit, terminé lui-même par un petit robinet r, comme le représente la fig. 88. Les ouvertures qui aboutissent à ces robinets doivent être pratiquées de manière que lorsque le grand robinet R communique avec la cloche C , le canal du petit robinet r n’y communique point , et qu’au contraire celui-ci communique avec la cloche , lorsque le premier R est fermé. Ce dernier cas est celui qui a lieu lorsque le vide vient d’être fait entre les deux robinets R et R' du ballon et de la cloche. Alors on descend doucement celle-ci dans l’eau ou le mercure (a), après avoir eu soin d’ouvrir le robinet latéral r. L’air atmosphérique, comprimé par la pression qu’on exerce, s’échappe par ce robinet à mesure que la cloche s’enfonce , et l’on juge qu’il est entièrement chassé , lorsqu’en inclinant un peu la cloche , on voit l’eau ou le mercure sortir par l’orifice r. Alors on ferme r, on redresse la cloche, on la pose sur le plateau de la cuve

(i) Quand on opère sur le mercure, il faut que les robinets R et r de la cloche soient construits en fer, pour que le mercure ne les altère point; ce qui arriverait promptement s’ils étaient en cuivre, parce que le mercure se combine rapidement avec ce métal.