Influence de la température sur la tension maxima
— Revenons maintenant à l’appareil (fig. 232), et supposons qu’il y ait dans le ballon une quantité assez notable de liquide introduit. Plaçons le ballon dans une enceinic dont on puisse élever la tempéralure ; on constate immédiatement à l’aide du manomètre un accroissement de force élasliipie, en même temps (]ue la (piantité de li([uide diminue. La tension maxima d’une vapeur augmente donc ainsi que .sa densité avec la température, et par suite, pour saturer un même espace, il faut une quantité de va|)eur d’autant plus grande que la température est plus élevée. .Nous décrirons dans un antre chapitre les procédés d’expérience qui ont été employés pour mesurer les tensions maxima de la vapeur d’eau aux diverses températures, et nous verrons ipie cette variation est Irèsra[)ide.
La figure 23à montre ipielles sont les diverses (]uantilés de vapeur d’eau nécessaires pour saturer un même volume aux diverses températures comprises entre — 20 et 35”. Sur la ligne horizontale Alt on a porté des longueui’s égales qui repiTsenlent les températures. Les lignes pei’pendicnlaires mesurent proportion-
MÈI,.\.NCiE DUS UAZ UT DES VAPECUS.
nrlIPMiont le poids dp In vnppiir n saliiralioii contPiiiie dans nn iin'diR cube ù la leiuppraliii-p corrpspnndanlp.
Fig. 23i. — Saturations à diverses lempt'Tatures.
244. Mélange des gaz et des vapeurs. — On pont rppétpr les oppralioiis (pie nous avons faites avec l'appareil (fl^. 232), sans faire le vide dans le ballon, (!eliii-ci renfennani de l’air ou tout antre Raz on nn nuMange gazeux quelcompie. Les iTsultats anxrpiels on arrive sont identiipipinent les infnnps. Ainsi, à mesure qu'on introduit un liquide, celui-ci se vaporise et la pression augmente graduellement justpi’à une certaine limite (pii correspond ft la saturation; A ce moment l’accroissement de force (Masti([ue est exactement le même (pic celui que l’on observait quand le ballon ('‘tait vide.
La quantité de vapeur qui se forme dans un espace (bqi'i plein d’un gaz est donc la même que celle qui se produirait dans le même espace vide, la saturation se produit dans les mêmes conditions et la densité de la vapeur n’éprouve aucun cbangemenl. Il y a toutefois une diiïérenre importante à noter : dans le vide, la vapeur se forme, pour ainsi dire, d’une manière instantanée; dans un gaz, an contraire, le phénomène se produit avec une certaine lenteur, d’autant plus grande d’ailleni's ipie la pression exercée par le gaz est elle-même plus considérable. Il est tout naturel d’admettre, en effet, que la présence de molécules gazeuses cxmstitiic une sorte d’obstacle à la dissémination de mob’cules nouvelles; et il n’est même pas impossible de supposer qu’un
ÉVAI’ORATION.
ceiinin (ICfÇiL^ •raccuinuliilion iniliale puisse vérilableinenl diminuer la densitd elTcctive de la vapeur produite. Quelques-uns des i-dsultals obtenus par M. RcRiiault dans scs recherches sur cette question semblent donner une <-ertainc consistance à cette supposition.
La production de la vapeur an sein d’un mélange gazeux est évidemment un phénomène identique à celui du mélange des gaz (cbap. xiv); ils admellent l'un et l’autre la même cause, c’est-à-dire la force e.vpansivc des fluides aériformes (pii donne lieu, à raison de la grande distance <pii sépan* leui’s molécules, à leur pénétration mutuelle. On peut donc énoncer à ce sujet les deux lois suivantes, qui sont l’équivaletit et le conq)lément de celle (fui se trouve énoncée dans le chapitre déjà cité :
1” La vapeur sc produit en égale quantité et avec la même tension dans un espace plein d'un gaz et dans un espace vide.
2” Quand un espace déjà plein d'un gaz se sature de vapeur, on obtient la force élastique totale du mélange en ajoutant à la pression initiale du gaz la tension maxima de la vapeur.
245. Liquéfaction des gaz. — Le caractère extérieur le plus net ampiel on reconnaisse (pi’unc vapeur est au maximum de tension, c’est la pixisencc du liquide (jui lui a donné naissance. Licpiélier un gaz n'est autre chose qu'amener ce corps à sa tension maxima, puisque, à ce moment, la plus ])elite diminulion de volume doit faire apparaître une portion du liipiide. Deux moyens distincts |)euvenl être employés pour réaliser celte opération : le premier est le refroidissement, le second la compression.
Par le refroidis.sement on diminue graduellement la quantité de vapeur nécessaire à la saturation et l'on peut, par conséquent, atteindre une tenq)éralure telle, (pie celte saturation soit possible avec la (piantilé de gaz existante. Par la compression on augmente, naturellement la densité, qui peut être amenée, par conséquent, à la valeur (jui correspond à la tension maxima.
On .se .sert fréquemment du piemicr moyen dans les cours de chimie [lour obtenir à l'état liquide des gaz d’ailleurs facilement liquéfiables. La figure 235 l■cprésenle la disposition de l’appareil à l’aide duquel on obtient ordinairemeni l’acide sulfureux à l’état liquide.
AlM>AKi:il. UK K AK AI) A Y.
Le gaz pruduit dans un ballon, par les procédés ordinaires, passe d’aboid dans un llacon la\eur, puis dans un lube desséchant et est finalement dirigé dans l’intérieur d’un tube en l entouré d’un mélange réfrigérant de glace et de sel. Lu volume gazeux de 5ü litres fournit environ 100 centimètres cubes d’acide sulfureux liquide.
L appareil de M. I ouil- pjg — Liqmtfaclion do l'acide sulfureuN. let, que nous avons décrit
dans le chapitre xiv, permet de li<[uéllcr la plupart des gaz par voie de compression.
Pour se rendre compte des pressions auxquelles la liquéfaction a lieu, c’est-à-dire, en d’autres termes, de la tension maxinia des gaz, on remplace l’un des tubes par un tube plus court renfermant de l’air atmosphérique et servant de manomètre.
M. Pouillet a reconnu ainsi qu’à la température de 10", l’acide sulfureux se liquéQe à la pression de 2 atmosphères et demie, le protoxyde d’azote à 43, et l’acide carlwnique à 45 atmosphères.
246. Méthode de Faraday. — Faraday a indiqué une sorte de procédé général de liquéfaction dans lequel on utilise à la fois la compression et le refroidissement. 236. - Appareil de Faraday.
Supposons, par exemple, qu’il s’agis.se de liquéticr le gaz ammoniac. On se sert d’un tube très-resistant recourbé en forini'
PHYS. DKSCIIAMEL. il
3îi ÉVAPOHATION.
de V (fig. 230), dans riiitérieur dutjucl un a iniruduit du clilorure d'argeiil ammoniacal, auquel ou fait occuper une des cxlréinilds du lube. ün cliaulTe celle extrémilé avec une lampe cl on fait plonger l’aulre branche dans un mélange réfrigérant de glace et de sel. Le clilorure, qui peut absorber plusieur.s centaines de fois son volume d’ammoniac, dégage ce gaz, mais celui-ci, ne pouvant occuper ([u’un volume Irès-reslreinl, se comprime graduellement cl arrive à sa tension et à sa densité maxima. A partir de ce moment le liquide apparaît dans la brandie refroidie du tube.
Tliitorier a construit, vers 183!i, un appareil, devenu clas-siipie.
Fig. 2J7. — Appareil de Thiloricr.
fondé sur la mélliode de Faraday, dans lequel on liquéfie le gaz acide carbonique. Celle opération exige la pression énorme de 50 ainiosplières environ 5 la température ordinaire. Pour peu que la température s'élève par suite des réactions cliimiques qui produisent le gaz, la pression peut facilement atteindre 75 ou 80 atmosplières. On doit juger par là du soin avec lequel doivent être étudiées les résistances des pièces niélalliques employées à la conslruclion de l'apiiareil. Autrefois on conslruisail l'appareil en
AIM'AUlilL l>li TIIII.OUIEIt. 3J3
fonte et on rcnveloppail d’nne double arimiture en fer foigé ; mais on l'a modiüé depuis à la suite d'une explosion terrible (pii codta la xic à une des pei’sonnes qui exécutaient l’expérience.
Actuellement les vases sont formés de trois |)arlies : l'une intérieure en plomb, l'autre e (jui l'enveloppe complètement en cuivre, et enfin dt^s armatures en fer forgé ff (fig. 237) <pii consolident le tout. L'appareil se compose de deux récipients distincts. Dans le générateur (’ on place du bicarbonate de soude, et un tube vertical a ouvert supérieurement qui contient de l'acide sulfurique. En imprimant au vase un mouvement d'oscillation autour de deux tourillons qui le supportent à peu prés par son milieu, l'acide sulfurique se déverse graduellement et le gaz acide cnrboniiiue se dégage et se liquéfie dans l’inlérieur. On réunit alors le générateur et le récipient C par le tube i et on ouvre les robinets K et H'. AussitiH (|ue les deux e.spaces sont en communication, l’acide carbonique liquide vient se rendre dans le condenseur dont la fempéiature est moindre (pic celle du généi'ateur et joue le r()le de la bi'oncbe refroidie de l'appareil Faraday. Ou peut alors isoler le récipient, procéder à une nouvelle expérience et obtenir ainsi plusieurs litres d'acide carboni(pic li(piide.
247. Chaleur de vaporisation. — Froid produit par l'évaporation. — Le pa.ssagc de l’état li(iuide ;'i l'état de vapeur donne lieu à un travail mécani(jue considérable qui résulte à la fois et de la désagrégation moléculaire du liquide, et de l’expansion du volume gazeux; on doit donc s’attendre à ce qu’une (piantilé très-notable de chaleur di.sparais.se dans celte transformation. Ce résultat est pleinement confirmé par l’expérience. Toutes les fois, en elTel, qu’un li(piide s’évapore sans qu’on fasse intervenir l’action d’nn foyer, on constate un abaissement de tem|)érature. C'est ainsi, par exemple, que si on verse sur la main de l'alcool, et surtout de l’étber, on éprouve une sensation de froid très-marquée. L’eau produit un phénomène analogue, quoi(|ue moins prononcé, non pas (pie la chaleur qui disparaît dans sou évaporation soit moindre que pour l’étlier et l’alcool, — nous verrons plus loin, au contraire, qu’elle est plus considérable, — mais parce que les deux autres li(|uides sont plus volatils et se vaporisent plus vile. C’esI
rëviiporalioii de l'e»u <iui expliijtie la seiiüaliuii de l'rohl (|ue l’on éprouve il la sortie du bain , alors que le corps esl couvert d'une multitude de gouttelettes liquides. C’est aussi le principe de remploi des vases à rafraîchir que l’on appelle les alcarazas. Ce .sont des vases en terre poreuse; l’eau que l’on place dans leur inti'iieur pénètre à travei's leur substance, et vient former à la surface e.vlérieure une mince pellicule qui s’évapore facilement en produisant un abaissement de tenqiératurc.
248. Expérience de Leslie. — On [leiit aisément congeler l’eau par le froid résultant de sa propre évajioration, à l’aide d’une expérience faite pour la première fois par Leslie. On se sert d'une petite capsule en cuivre très-mince, contenant une très-petite quantité d’eau ; elle repose sur les bords d’un va.se placé au-dessous et qui contient de l’acide sulfurique concentré. On place le tout sous le récipient de la machine pneumati<|ue et on fait le vide. L’eau s’i'vapore activement, la vapeui' d’eau est absorbée, à mesuii! qu’elle se forme, par l’acide sulfurique, et au bout de quelque temps on voit parattre la glace.
L’expérience est en réalité un peu difficile et ne réussit pas toujoui’s; cela tient à plusieurs causes.
D’une part, la vapeur d’eau qui occupe la partie supérieure de la cloche n’est (ju’imparfailement absorbée ; d’autre jiart, à mesure (|ue la couche superlicielle de l’acide absorbe la vapeur d’eau, elle devient de moins en moins concentrée, et son afûuité pour l’eau diminue rapidement.
M. Carré a constiuit un appareil dans leipiel ces causes de lenleur de l’expérience sont écartées, et qui permet d’obtenir, en quelques instants, une masse de glace assez considérable.
Il SC compose (fig. 230) d’un réservoir en plomb qui contient l’acide sulfurique. \ l’une des extrémités s'élève un tube qui se recourbe deux fois, et â l’extrémité duquel on assujettit, à l’aide
APPAREII, r>E M. CAKRÈ.
(l’un cnoiilcliouc, une carafe contenant de l’eau. L’autre extrdinitcdu réservoir est en communication avec une pompe pnenmati(]ue. Au levier de la pompe .s’adapte nne tige métalli(|ue (|iii met en
Fig. 230. — Appareil de M. Carri'.
mouvement, pendant que celle-ci fonctionne, un agitateur placé dans l’acide. De cette façon la surface de celui-ci est continuellement renouvelée, l’absorption se fait régulièrement, et l’eau de la carafe est rapidement congelée.
249. Cryophore. — Le cryopliore de Wollaslon s«! compose d’un tul)e recourbé terminé par les deu.\ boules A et B ; on a introduit de l’eau dans l’appareil et on a fermi‘ h la lampe au mo-
