CHANGEMENTS D'ÉTAT DES CORPS

84. Lois de la fusion. — Énoncé. — Le phénomène de la lusion des corps, que nous avons défini ci-dessus, est soumis à deux lois expérimentales.

1° Sous une pression constante, lout corps entre en fusion à une lempérature déterminée el invariable pour chaque substance qu'on appelle point de fusion.

2" Dès que la fusion d'un corps est commencée, la température cesse de s'élever et reste égale au poiht de fusion jusqu'à ce que celle-ci soit complète,

Vérification, — On vérifie les lois de la fusion par les procédés mêmes qui servent à déterminer exactement les points de fusion.

Cas général. — Le cas le plus simple est celui où l'on à à sa disposition une masse notable du corps à expérimenter. On le chaulle directement dans un vase en verre de Bohème (fig. 57@het l'on plonge la boule d'un thermomètre (bien calibré et bien vrifié) dans la substance en fusion, On note le point d'arrêt de la colonne pendant la durée du changement d'état, et on constate: |" que ce point d'arrêt est toujours le même pour une même substance, chimiquement définie ; c'est le point de fusions 2 que ce point d'arrêt est constant aussi longtemps qu'il reste des parcelles de la substance non fondues,

Si l'on a soin, pendant l'observation du point d'arrêt, de remuer les couches restées liquides, et si l'on fait la correction de température relalive à la portion de la tige du thermomètre qui m'est pas immergée, on obtient le point réel de fusion.

Cas particuliers. — Quand on n'a qu'une faible quantité de lt substance, on opère autrement. On en introduit quelques mil grammes dans un tube effilé, presque capillaire et à parois minces, ël l'on à soin d'établir le contact du corps avec Im paroi

FUSION ET SOLIDIFICATION. Lu

interne du tube par une fusion préalable suivie d'un refroïdissement. Le tube ainsi préparé est fixé à la tige d'un thermomètre, de manière que la boule de celui-ci se trouve à la hauteur de la masse figée, et l'on plonge le systéme (fig. 576) dans un vase en verre de Bohème contenant de l'eau, de la paraffine blanche ou de l'huile d'amandes douces, suivant la température qu'on doit atteindre. On chauffe graduellement, en remuant doucement le liquide avec le systéme, et l'on saisit le point où la masse figée se liquéfie et devient transparente. Cette température (corrigée de l'erreur due à l'émersion d'une partie de la tige) donne le point de fusion.

Remanque. — Pour certains corps qui se ramollissent avant de fondre et passent par un état pâteux avant d'arriver à l'état liquide, il n'est pas possible de déterminer avec précision le point de fusion. C'est ce qui 4 lieu, par exemple, pour les verres de différentes espèces, dont la: fusibilité est très varisblé avec leur composition.

589. Chaleur de fusion : travail consommé. — [l'après la 2 loi, la température d'un corps en fusion reste constante pendant toute la durée du phénomèné, et cela quelle que soit Fig. 576.

l'intensité de la source de chaleur. Toute la chaleur communiquée pendant la fusion disparait done comme chaleur sensible; d'où l'on conclut qu'elle est consommée par le travail interne nécessaire pour obtenir l'état moléculaire qui constitue la fluidité.

Si l'on mélangeait d'abord 1 kilogramme d'eau, à 0, avec le inêéme poids d'eau à 799, on aurait immédiatement 2 kilogrammes d'eau à 590,5, lempéralure moyenne entre celles des deux liquides mélangés. Mais si l'on mélange 1 kilogramme de glace pilée avec un égal poids d'eau à 790, la glace fond aussitôt et l'on obtient 2 kilograrames d'eau à 09, On voit par là que, sans changer de température, el uniquement pour fondre, 1 kilogramme de glace

GANOT-MANELVIUEN. M

absorbe la quantité de chaleur qui serait nécessaire de 09 à 790 1 kilograrmme d'eau: Cette quantité de rar sente done a chaleur de fusion de la glace. =.

Définition. — En général, Ja quantité de chaleur nécessaire pour fondre l'unité de poids d'un solide, sans élévation de tempéralure, est ce qu'on appelle proprement sa chaleur de fusion.

Chaque substance a une chaleur de que re qu'on peut déterminer par l'expérience.

586. Fusion aqueuse ou Dissolution. — Un cage se diesoul lorsqu'il se liquélie par suite de d'aflinité qui s'exerce entre ses molécules et celles d'un liquide. La gomme-arabique, le sucre, plupart des sels se dissolvent dans l'eau. Cé phénomène est évidemment un passage de l'état solide à l'état liquide ÿ c'est nouveau mode de fusion, On l'appelle soit fusion aqueuse, — par opposition à la fusion sèche ou fusion ignée, + plus ordi-

nairement, dissolution.

Chaleur absorbée par la dissolution. — Pendant D" dissolution. de même que pendant la fusion, il y a disparition d'une quantité plus ou moins considérable de chaleur, C'est pourquoi la dissolotion d'un sel d‘termine, en général, un -abaissement de tempére ture.

Cependant, pour certaines dissolutions, la température s'élève au lieu de s'abaisser. Cela lient à ce que, dans ce "eas, lavdissolution proprement dite est accompagnée de la combinaison du corps dissous avec le liquide, phénomène chimique qui s'opère avec dégagement de chaleur. Par suite, suivant querc"estl'un des deux effets qui prédomine, ou suivant qu'ils sontrégaux, il ya production de froid ou de chaleur, ou maintien de la température iniliale.

587. Solidification : définition et lois. — Nous avons ww que la solidification est le passage de l'état liquide à Pétat solide, Le phénomène est saumis à deux lois, qui sont les réciproques dt celles de la fusion et qui se véritient de la même manière.

1° La solidification se produit, pour chaque corps, à une tempéralure fire, qui est précisément celle de la fusion:

Cette loi est générale; cependant elle comporte quelquesexceptions apparentés, qui sont dues à ce que plusieurs causes peuvent abaisser le point de solidification.

2 Du moment où la solidification commence, jusqu'à ee qu'elle soil complète, la température reste constante.

L'expérience fait voir que la chaleur qui redevient sensible pendant la solidification est rigoureusement égale à celle qui disparait pendant la fusion.

588. Cristallisation. — Généralement les corps qui passent lentement de l'état liquide à l'état solide affectent des formes géométriques déterminées (tétraèdres ou cubes, prismes, rhomboëdres, ete.) qu'on nomme cristaur. Si c'est un corps à l'état de fusion ignée, comme le soufre on le bismuth, qui se solidifie, on dit.que la cristallisation se fait par voie sèche; inais si c'est un corps tenu en dissolution dans un liquide, on dit que la cristallisation se fuit par voie humide, C'est en laissant évaporer lentement les liquides qui tiennent des sels en dissolulion que ceux-ci cristallisent, La neige, la glace naissante, les sels nous offrent des exemples de cristallisation. Les flocons de neig: présentent des figures d'une symétrie particulièrement remarquable. L'alun offre aussi un très hel exemple de cristallisation (fig. 577).

Fig. 577,

589. Formation de la glace. — Fleurs de la glace : expérience de Tyndall. — On sait que l'eau se congêle à 0°, et prend alors le nom de glace,

La glace a une tendance à cristalliser qui se manifeste dans les formes de fougères arborescentes que l'on voit sur les carreaux de vibre, en hiver, quand la vapeur d'eau vient s'y congeler. Dans un bloc de glace la structure cristalline n'est pas apparente, à cause de l'enchevétrement et de la soudure des cristaux les uns avec les autres. Mais si l’on fait traverser un bloc de glace par un faisceau de rayons solaires, comme l'a fait Tyndull, la chaleur décristallise, en quelque sorte, lu masse intérieure et elle désagrège les éléments cristallins qui la constituent : ils deviennent alors visibles par projection. La figure 578 indique le dispositif de l'expérience de Tyndall, et montre en même temps des apparences qui sont projetées successivement sur l'écran. Où leur donné le nom de fleurs de lu glare.

590. Changements de volume dus aux changements d'état . — Force expansive de la glace. — L'eau, en se refroidissant, ne se contracte que jusqu'à la température de 49,

etelle se dilate à partir de ce point jusqu'à 09: Or cet accroissement de volume augmente encore au DURS la congélation, et la glace n'a qu'une densilé égale à 0,950 : c'est pourinee em = quoi elle flotte à la surface de l'eau.

La glace en se formant développe une force expansive considérable, qui fait éclater les vases qui la contiennent.

Les pierres diles gélives se délient après la gelée, pen l'eau qui a pénétré dans pores s'y est dilatée en se pe gelant.

On cite H à ce propos l'expérience du Williams,

d'eau, après en avoi idemet amie a mo d'un lampon de bois. Au mo-

ment de la congélation, le tampon de l'une d'elles fut lancé avec force à une grande tance, et un bourrelet de glace s'accumula sur les bords de l'orifice (fig. 579). Le tampon de l'autre bombe résista, mais la bombe elle-même fut crevée.

L'eau n'est pas la seule substance qui augmente de volume en se solidifiant, La fonte de fer, le bismuth, l'antimoine, présentent le même mène. En général, les autres substances, comme le mercure, Je phosphore, le soufre, la stéarine, la cire, se contractent au moment de la solidification, ; 591. Exceptions aux lois de la fusion et de la solidification : Influence de la pression extérieure. — \a pression exlémietre, quand elle est très intense, peut amener uni Éhangement Sexe,

Fig. 578.

en plus ou en moins, dans la température de fusion ou dans celle de solidification. ;

L Effets généraux de la variation de pression. — Pour les corps qui se dilalent en passant de l'état solide à l'état liquide, et qui se contractent dans le passage inverse, — ce qui est le cas le plus général, — la pression extérieure est un obstacle à l'augmentation de volume et facilite ki contraction : l'accroissement de pression extérieure doit donc amener une élévation de la température de fusion et un abaïssement de li température de solidification.

Fig. 579.

Pour les substances, au contraire, qui se contractent en passant de l'état solide à l'état liquide, et qui se dilalent dans le passage inversé, la pression extérieure doit avoir des effets inverses; elle favorise la solidification et s'oppose à la fusion : elle abaissera donc la température de fusion et élèvera la température de solidification.

Certaines considérations théoriques avaient amené depuis longtemps M. James Thomson (d'Édimbourg) à ces conclusions, et des expériences directes, dues à Bunsen, à M. William Thomson el à M. Amagat, les ont depuis pleinement confirmées.

IL. Vérification expérimentale. — 4° Expériences de Bunsen. — Bunsen a mis en évidence le retard de la fusion par l’accroissement de pression (fig. 580).

U prit on simple tube, doublement recourbé, analogue à une sorte de baromètre à siphon, qu'il ferma à ses deux extrémités, après y avoir \inltoduil Va substance à étudier de # en f, du mercure de f en b, eù de l'air de ben a. On chaulfe dans un bain l'appareil par sa partie inférieure ; \e mercure est chaniiè

en mème temps que la substance; la dilatation du mercure comprime l'air, dont la force élastique réagit sur la substance et la soumot à ne pression croissante, Au moment de fa fusion, on note d'une part la température du bain, ét d'autre part le volume occupé par la masse d'air «8 d'où l'on déuit b pression.

Bunsen à opéré sur le blanc de baleine ou spermaceti et sur la paraffine, Voici

quelques-uns de ses résultats,

3 x “À Pressionse 07 1 "ee Blanc de baleine. Températures de fusion. 47,7 49,9 SP Pressions. . .. , 1,2 "4 "fine 400

Paraffine . . : : } Températures de fusion. 463 4809 ans

2 Expériences de sir W. Thomson. — M. W. Thomson a manifesté au contraire l'accélération de la fusion par l'accroissement de pression,

[a opéré sur la glace, qu'il comprimait dans une espèce de piézomélre.

Il a constaté que le point de fusion s'élève d'une manière continue depuis 0 jusqu'à 0,129 lorsque la pression augmente depuis 4 atm. jusqu'à 16 atm.; pur suite In fusion estmvanote à mesure que la pression s'accroit.

3° Expérience de Mousson. — La fusion de la glace par la compression et la congélation de l'eau par la sont rendues manifestes, — sans être mesurées, — par l'expérience suivante, due à Mousson :

L'appareil se compose d'un tube d'acier très dpais (fig. 581), qu'on fermu à sa partie inférieure par un bouchon à vis el à sa partie supérieure par une sorte de piston plongeur à vis. On emplit le tube d'eau, on y introduit une bille de métal avant de le refermer, puis on le relourne de manière que la bille Lombe et repose sur la base du piston, et on l'introduit, en cet état, duns un mélange réfrigérant ; Veau se congéle et applique solidement ta bille contre la pointe de ln vis, On manœuvre alors celle-ci, de manière à l'enfoncer dans le cylindre d'acier et à exercer ainsi

Fig. 580. Fig. 681. sur le bloc de glace une pression erois-

sante qui peut s'élever à plusieurs milliers

d'atmosphères. Cela fait, si l'on débouche l'appareil, on y retrouve un bloc de glace, et entre la glace et le bouchon à vis est logée ln bille métallique,

On est obligé d'admettre que la pression «a fait fondre In glace, que la bille est alors tombée à travers le liquide, lequel s'est congelé de nouvean en um bloc solide, au moment de la décompression.

502, Solidifioation des liquides par la pression. — Expériences de M,

— M, Amagat a obtenu lu solidification proprement dite de plusieurs liquides par la pression au moyen d'un appareil spécint,

Le liquide reofermé dans un cylindre d'acier reçoit ln pression par l'intermédinire du mercure; le cylindre porte dans le même axe, bien en fnéë un de l'autre, deux regards très résistants formés por deux petits cylindres de quarts; un faisceau lumineux traverse ces rogards 0 vient tomber sur une ‘unetle au moyen de laquelle on voit la solidification s'accomplire.

Plusieurs corps en se solidifiant preanent dans ces conditions une forme

cristalline parfaitement nelle; les cristaux qui viennent se déposer sur la face interne des regards peuvent être projetés et photographiés. Lu figure 382 est la reproduction de photographies ainsi oblenues par M, Amagat avec le chlorure de carbone, inconnu jusqu'alors à l'état solide, sous des pressions atleignant 1200 atmosphtres,

Avec l'eau M, Amogat a produit le phénomène inverse; on voit le liquide

congelé su liquéfier sous la pression et les cristaux se former quand on décomprime lentement (fig. 583).

On peut constater, par les mouvements des cristaux, ce fait non moins instructif que, dans cé dernier cas, les cristaux sont plus légers que l'eau li-

quide, tandis que c'est le contraire quand ils sont obtenus par compression : ils sont alors plus lourds que la partie liquide non encore solidifiée.

Ces expériences ne sont pas seulement qualitatives, elles permettent de déterruiner la pression sous laquelle se produit le changement d'état à chaque températures ainsi le chlorure de carbone se solidifie

à — 199,5 sous une pression de 210 atm.