CHAPITRE XXIV

FUSION ET SOLIDIFICATION

225. Fusion. — l.iors<iiie l'action de la chaleur se prolonge sur un corps, il arrive un nionient où l'état physique du corps change; si par e.veinpie il est solide, il passe à l'etal liquide : on dit qu'il fond. Ce phénomène important porte le nom de fusion. Il se produit pour chaque corps à une température déterminée et spécifique, qui constitue un élément physiipie essentiel pour la connaissance complète du corps lui-mème. Le tableau suivant fait connaitre le point de fusion d'un certain nombre de corps.

TABLEAU

Drgrés.

Uogré».

.Mercure

Zinc

Glace

Antimoine

Beurre

Broiue

Suif

Argent pur

1 OOO

Blanc de baleine . . .

Cuivre

ll'iO

Stéarine

t)r monclaire

Cire jaune . ...

Or pur

Cire blanclic. . . .

Fonte blanche très-fusible.

Aride stéarique. . . .

— peu fusible.

fMiospliorc

Fonte grise très-fusible. .

Pola.ssiuin

— 2'' fusion. .

Sodium

Fonte manganést'e. . . .

Iode

Aciers le.s plus fusibles. .

Soufre

— les moins fusibles.

Etain

Fer doux français ....

Bi.<inutli

l'er martelé anglais. . . .

Plomb

Platine

FUSION ET SOLIDIFICATION

Qiu'Iques corps, le charbon par exemple, ont résisté jusqu’à présent à tonies les tentatives qu'on a faites pour les faire passer à l'élat liquide; ceci ne doit être allribiié qu’à l’insuffisance des moyens qu’on a pu mettre en usage, et ne saurait altérer la généralité du principe que tous les corps, suivant la tempéi'alure à laquelle ils se IrouvenI, peuvent alTecter l’état solide, l’éUit liquide on même l’étal gazeux. Il faut reman|uer d’ailleurs que le corps soumis à l’expérience peut, à une température inférieure à laquelle aurait lieu la fusion, éprouver une véritable décomposition. Si, par exemple, on e.ssaye de fondre de la craie, en la plaçant au-dessus d’un foyer inlen.se, cette substance, qui n’est autre chose que du carbonate de chaux, laisse dégager, à un certain moment, son acide carbonique et il ne reste que la chaux; mais si on a soin d’enfermer la matière dans un vase clos, de petite capacité, une portion seulement se décompose et, à la pression qu’exerce le gaz dégagé, une autre partie se conserve intacte et peut être amenée à l’état liiiuide. Un grand nombre d’expériences de ce genre ont été faites il y a un siècle environ par le physicien Halles el ont donné des résultats très-i ntéressa n ts.

Le passage de l’étal solide a l’état liquide se fait a.ssez ordinairement d’une manière brusque; mais il n’en est pas toujours ainsi. Le verre, par exemple, avant d’arriver ù l’état li«iuide pai fait, passe par une série d’étaUs intermédiaires pendant lesquels il présente une consistance pâteuse ([ui permet de l’élirei’ en fils d’une trèsgrande finesse, de le soufller et de lui donner facilement les formes les plus diverses. Cette propriété est la l>ase fondamentale du travail du verre, ([u’on ne coule, dans le sens ordinaire du mol, (|uc dans des cas trè.s-reslreiuts.

226. Constance de la température pendant la fnsion. — Pendant tout le temps que la fusion s’accomplit, la température demeure constante. Ainsi, que l’on place au-dessus d’un foyer un vase contenant de la glace, celle-ci fond d’autant plus rapidement (jue le foyer est plus intense; mais si l’on a la précaution d’agiter le mélange de glace et de liquide, un thermomètre placé dans l’intérieur accusera invariablement la température zéro; ce n’est que loi’sque toute la glace sera fondue, que la temiiérature s’élèvera.

CHALEIK DE FUSION.

Que l'on clmuffp do iiiônic du soufre conlenu dons un ballon de verre, on verra la tcinpdratnre accusdc par un Ibermomf'tre s’élever graduelleincnl et atteindre 110" environ. .\ ce moment on voit une portion du soufi-e passer à l’état liquide, et en agitant pendant que la fu.sion s’opère et jusqu’à ce qu’elle soit achevée, on reconnaît que la température reste invariable.

227. Chaleur de fusion. — Ce phénomène est fort curieux et donne lieu à des consi*quences importantes. En effet, le foyer étant en activité fournit continuellement de la chaleur qui semble dispaiaîlre puisque le thermomètre demeure stationnaire; d'où l’on

, . , . Fig. ‘2‘23. — Fusion

conclut que, pour (fii un corps puisse passer soufre,

de l'état solide à l’élat liquide, il faut qu’il absorbe une certaine quantité de chaleur (|iii ne produit plus aucun effet thermoniétrique. Les anciens physiciens, qui assimilaient la chaleur à une sorte de fluide très-subtil, impondérable, auquel ils donnaient le nom de cn!ori<}ue, appelaient calorique latent (de lalcrc , être caché) la portion de ce fluide qui produit la fusion sans agir sur le thermomèlre. Même en se plaçant à leur point de vue, on peut dire que re.xpression est foil impropre, car le passage de l’état solide à l’état liquide est qucbiue chose d’au moins aussi visible, aussi apparent que le changement de température. Le calorique qui produit le changement d’état n'est donc nullement caché, il se manifeste seulement par nn phénomène différent de celui auquel on reconnaît ordinairement son action.

Suivant les idées plus rationnelles qui ont cours aujourd’hui sur la nature de la chaleur, on admet que, dans le pa.ssage de l’état solide à l’état liquide, il y a une portion de chaleur (jui disparait en effet, et qui correspond au travail mécaniqm; nécessaire pour modiûer l’attraction existant entre les molécules du solide, et produire la fusion. C'est un fait tout à fait é<inivalent à celui dont il a été question à propos des dilatations. On doit donc admettre que, pour fondre nn corps, il faut consommer une certaine <(iiantité de cha-

FUSION HT SOLIDIFICATION

leur, afin de produire le travail moléculaire spécial qui constitue le changement d'état. Nous appellerons la chaleur employée dans celte circonstance chaleur de fusion.

228. Chaleur de fusion de la glace. — La chaleur de fusion est naturellement spécifique, elle doit être en plus ou moins grande quantité, suivant (pi’il s’agit d'une substance ou d’une autre. L’e.xpérience suivante, dont la première idée est due à Black, permet de mesurer appro.\imutivcment la chaleur de fusion de la glace. On prend, d’une part, un kilogramme de glace à 0, et, d’autre part, un kilogramme d'eau à 79“ ; on vci'se l’eau sur la glace et on agite rapidement. La glace fond et l’on obtient 2 kilogrammes d'eau à 0. Cette intéressante e.xpérience prouve que toute la chaleur qu’il avait fallu employer pour élever la température de l’eau de 0 à 79“ a été absorbée pour fondre un kilogramme de glace; elle montre donc d'une manière directe que, pour fondre un kilogramme de glace, il faut e.vactement la même quantité de chaleur que pour élever la température d’un kilogramme d’eau de 0 à 79“.

Les physiciens appellent une calorie la quantité de chaleurnécessaire pour élever la température d’un kilogramme d’eau de 0 à 1“. On voit donc que, pour fondre un kilogramme de glace, il faut une quantité de chaleur à peu près égale à 79 caloiies.

Telle qu’elle vient d’êlre décrite, l’e.vpéricnce n’est pas susceptible de donner un résultat rigoureusement e.\act, elle a besoin d’êlre e.xéculée avec de minutieuses i)rilcautions, (jui seront indiquées plus loin au chapitre .xx.xi. Nous ne la donnons que comme un moyen de faire concevoir la manière dont a été déterminée la chaleur de fusion de la glace.

Kn comparant la chaleur de fusion de la glace à celle de ipieLpies autres corps (|ui sont indi(]uées dans le chapitre déjà cité, on remarquera qu’elle leur est très-notablement supérieure. La glace est donc de tous les corps solides celui qui est le plus difficile à fondre, en entendant, par cette proposition un peu singulière au premier abord, que c’est le corps (jui consomme, dans sa fusion, la plus grande (pianlité de chaleur. Absolument parlant, elle en consomme une quantité très-considérable. Ce fait a une trè.s-grandc importance dans la nature, jl nous expli<iue la lenteur avec laquelle

MÉLANGBS «ÈFRIGÉRANTS. :i01

s'accomplit le plidnomùne du dt*gel. Celle lenteur est salulaii-e, car si toute la niasse de glace, ou de neige, qui s'est accumulée pendant les jours où sévissait un froid rigoureux, venait tout ù coup à passera l'état liquide, il pourrait en résulter de véritables désastres. Même dans les conditions où il s’accomplit, le dégel est encore quelquefois redoutable, et pourtant pour chaque kilogramme de glace fondue, il faut une quantité de chaleur égale à 79 calories. Il résulte de là une diminution graduelle et très-sensible de la quantité de chaleur agissante, et, par suite, une variation moins prononcée de la température e.xtérieure.

229. Dissolution. — Le pas.sage de l’état solide à l’état liquide peut se faire autrement que par l’action directe de la chaleur; il a lieu aussi par l’aclion d’un liquide. C’est ce qui arrive par exemple quand on met un fiagment de sucre ou do sel dans l’eau ; on dit que les corps fondent dans l’eau. Ce phénomène, dont l'analogie avec la fusion n’est pas contestable, porte le nom de dissolution. La dissolution s’eUectue plus ou moins facilement suivant la température, et n’exige point une température fixe comme la fusion. Le travail moléculaire propre, à la dissolution n'est sans doute pas identique à celui de la fusion, du moins on ne saurait l’affirmer, mais en tout cas c’est un travail réel, et qui doit par conséquent donner lieu à la consommation, à la disparition d’une certaine quantité de chaleur.

Aussi, si l’on vient à dissoudre rapidement un corps solide dans l'inlérieur de l’eau, on observe, en général, un abaissement de tempéiature. Cet abaissement peut être même très-considérable: ainsi la dissolution de l’azotate d’ammoniaque dans un poids égal d’eau peut faire descendre le thermomètre de 20 à 25".

230. Mélanges réfrigérants. — Sur ce principe repose la confection des mélanges réfrigérants. Ces mélanges sont formés de deux substances, dont l’une au moins est solide, et qui, par leur action mutuelle, passent à l’état liquide, passage qui amène néces- ■saircment un al>aissement de température. Dans les laboratoires, on emploie le plus ordinairement la glace et le sel, dans les proportions de deux parties de la première substance et une de la seconde; on obtient très-aisément parce moyen une température de 15 à 18"

FLSIO.N ET SOLIDIFICATION.

au dessous de zéro. Dans ce mélange il y a à la fois fusion de la glace et dissolution du sel dans le liquide formé, ce qui produit une double absorption de chaleur.

On peut se servir de mélanges qui ne renferment pas de glace, et on a ainsi un moyen souvent employé de congeler l’eau artiüciellemcnt. Divers appareils ont été construits dans ce but pour les usages de l'économie domcsti<]ue, et portent le nom de glacières.

Notre figure représente une glacière à bascule. Elle est formée

d’un cylindre métallique, contenant le mélange réfrigérant (acide chlorhydrique et sulfate de soude). Dans le cylindre on place un moule formé de deux surfaces concentriques retenant l’eau dans leur intervalle, disposition qui a pour effet de multiplier les points de contact de l'eau à congeler avec le mélange. L’appareil placé sur un chariot peut recevoir un mouvement de bascule qui active beaucoup l’opération. Nous donnons plus loin le tableau de quelques-uns des mélanges frigorifiques les plus employés, avec les proportions qui correspondent au maximum d’effet. Ces proportions jouent évidemment un rôle, puisque la quantité de chaleur absorbée, dans un temps donné, dépend de la quantité de matière qui passe à l’état liquide. Il peut y avoir d'ailleurs entre les matières agissantes une action chimique qui donne lieu toujours à un dégagement de chaleur; le sens du phénomène final dépend de la prédominance de l’un ou l’autre des effets inverses. Ainsi, le mélange de quatre parties d'acide sulfurique et d’une partie de glace donne lieu à une élévation de tempé-

Fig. — Glacii>rc à bascule.