TENSION MAXIMUM DES VAPEURS
596. Définitions. — Nous avons vu que le passage de l'étal liquide à l'état gazeux porte le nom de vaporisatian.
Évaporation et ébullition. — Tantôt les vapeurs ne se forment que lentement à la surface des liquides ; on dit qu'il y à éraporation; tantôt il y a ébullition, c'esth-dire production rapide de vapeurs dans la masse même du liquide.
Liquides volatils et liquides fixes. — On appelle liquides volatils ceux qui peuvent se vaporiser à toute température, et liquides fires ceux qui ne donnent de vapeurs à aucune température : telles sont les huiles grasses.
Solides volatils. — H est des corps solides, comme fn glace, l'arsenie, le camphre et les matières odorantes, qui donnent immédiatement des vapeurs sans passer par l'état liquide, À une température suffisamment élevée, tous les métanx se faporisent.
Coloration des vapeurs, — es vapeurs sont transparentes,
comme les gaz, et généralement incolores; il n'y a qu'un petit nombre de liquides colorés dont les vapeurs soient elle-mêmes colorées.
Force élastique ou tension des vapeurs — Comme les gaz, les vapeurs possèdent une force élastique, par laquelle elles exercent sur les parois des vases qui les contiennent des pressions plus ou moins considérables.
Si l'on fait passer une goutte d'éther dans la courte branche, qui est fermée, d'un tube de verre en siphon (fig. 586), à moitié rempli de mercure, et qu'on plonge le tube dans un bain d'eau à 45° environ, on voit le mercure s'abaisser lentement dans la petite branche : l'espace ab se remplit évidermment d'un gaz dont la force élastique fait équilibre à la colonne de mercure ed el à la pression atmosphérique qui s'exerce en d. Or ce gaz n'est autre chose que de la vapeur d'éther. Si l'on refroidit l'eau du vase, où si l'on retire le tube du bain, ce qui produit le même effet, la vapeur qui remplissait l'espace ab disparait rapidement, et la goutte d'éther se reforme.
597. Formation des vapeurs dans le vide, — Lorsqu'un liquide est introduit dans le vide, la formation des vapeurs est instanlanée.
En effet, si l'on fait passer quelques gouttes d'eau, d'alcool et d'éther respectivement dans des tubes barométriques B, C, D, plongeant dans une même cuvelte à mercure (fig. 587), on remarque qu'instantanément les niveaux du mercure baissent plus ou Fig, 586. moins dans les divers tubes. Or ce n'est pas le poids du liquide introduit qui déprime le mercure, car ce poids n'est qu'une fraction très petite de celui du mercure déplacé. Il y a donc eu, pour chaque liquide, ane production instantanée de vapeurs dont la force élastique a refoulé la colonne mercurielle.
Si l'on compare chacun des tubes à vapeur à un tube témoin À où l'on a conservé le vide sec, on constate que la dépression est plus grande dans le tube à alcool que dans le baromètre à eau, et plus grande dans le tube à éther que dans les deux autres. On peut done résumer ces faits par les deux énoncés généraux suivants :
tions d'éther dans le tube Dion | d'abord la dépression s'accroit, puis elle demeure constante,
l'éther introduit reste liquide, ïi
txcès liquide au contact de l'atmosphère gazeuse. On dit aussi que la vapeur a atteint alors sa lension maximum. Si l'on fait varier le volume occupé par la vapeur, la tension maximum reste la même, pourvu que la température soit constante et qu'il y ait loujours un excès liquide, La lension maximum augmente avec la température; mais pour une température donnée elle est indépendante de la pression.
On démontre aisément ce fait en broduisant la vapeur saturante — avec excès liquide — dans un tube barométrique gradué, qu'on peut faire plonæer plus ou moins dans une cuvette profonde (fig. 588).
Au contraire, les vapeurs non saturées (non en contact avec leur liquide générateur) sont comparables aux gaz
et en possédent toutes les propriétés.
En effet, si l'on n'introduit dans le tube (fig. 588) qu'une très petite quantité d'éther, afin que la vapeur qui se forme n'atteigne pas l'état de saturation, on peut vérilier que la vapeur se comporte comme un gaz ordinaire, et que sa force élastique varie avec le volume qu'on fui fait occuper, conformément à la loi de Mariotte.
599, Détermination des tensions maxima de la vapeur d'eau au-dessous de zéro. — Expériences de Gay-Lussac. — L'eau, même à l'état de glace et à une température inférieure à 0°, émet de la vapeur. C'est Gay-Lussac qui en a le premier déterminé la tension maximum. Il s'est servi de deux tubés barométriques remplis de mercure et plongeant dans une mème cuvette (fig. 589). L'un d'eux, À, qui est droit, est purgé d'air et d'humidité; il sert de baromètre ; l'autre, CB, est recourbé de manière qu'une partie de la chambre barométrique plonge dans un mélange réfrigérant. Si l'on fait passer un peu d'eau dans la petite branche B, on voit baisser le niveau du mercure en C. La dépression diminue quand la température du mélange baisse, depuis 4,60 mm à \asant'a 0,55 mu à — 50°.
Remarque, — Dans cette expérience, la partie B et la partie C du baromètre mouillé ne sont pas toules les deux à la du mélange réfrigérant; mais, d'après le principe de Walt on principe de la paroi froide, la tension maximum de la, vapeur est la méme partout, el correspond à la plus basse des deux lempé ralures.
600. Principe de Watt ou de la paroi froide. — Lorsque dieu vases clos, contenant un même liquide à des températures inégales, sont mis en communication, la tension de vapeur qu s'établit finalement dans ces deux vases. n'es pas, cormmeon pourrait le croire, la lension moyenne entre celles qui existaient
Fig. 590.
déjà dans chacun d'eux. Par exemple, soient deux ballons, l'un, À, contenant de l'eau à zéro, et l'autre, B (fig. 590), contenant de l'eau maintenue à 1000, Tant que les ballons ne communiquent pas, la tension est égale, dans le premier, à. 4,6. mn, et dans le second à 760 mm, Mais aussitôt que la communication est établie, à l'aide du robinet C, la vapeur du ballon B, en vertu de son excès de Lension, se précipite en À, mais s'y condense immédiatement, puisque le ballon est maintenu à zéro. Il en résulte que la vapeur ne peut acquérir dans le ballon B une tension supérieure à celle du ballon A; il y a donc simplement distillation de B vers À, sans accroissement de Lension.
On peut donc poser ce prineipe général, énoncé pour la prermière fois par Watt: Lorsque deux vases, à des températures inégales, el contenant le même liquide en excès, communiquent entre
eux, la tension de la vapeur est la même dans ces deux vases, et Gale à ntm masi qu rond à la plus basse des
deux températures.
| 601. Détermination des tensions maxima de la vapeur d'eau entre zéro et 100 degrés. — Expériences de Dalton. — Dalton à mesuré les lensions maxima de la vapeur entre 09 et 1009, 1 se servait de deux baromètres A et B (fig. 591), plongeant dans une marsite de fonte pleine de mercure el placée sur un fourneau. L'un, B, est sec; l'autre, À, contient la vapeur d'eau. L'un et l'autre sont maintenus dans un manchon de verre rempli d'eau, où l'on plonge un thermomètre T, On chauffe graduellement la marmite, et par suite l'eau du manchon, et l'on note alors, de degré en degré, sur une échelle E, la dépression qui se produit progressivement dans le tube A. Les différences de niveau observées (réduites à 0°) font connaitre les tensions. C'est en opéraut ainsi que Dalton le premier a conslruit une Table des tensions marima de la vapeur d'eau de 00 à 1009, 602. Détermination des tensions
de
gnault. — Doléripiion de l'appareil.
— Regnault a perfectionné l'appareil de Dalton. I a remplacé le manchon par une caisse de tôle MN (fig. 592) dont le fond porte deux tubulures, dans lesquelles les extrémités supé- Fig. #91.
rieures des deux tubes À et B s'en-
gagent, maintenues par des feuilles de caoutchouc, Le baromètre à vapeur B est relié à un petit ballon a, à l'aide d'une tubulure dé cuivre à trois branches (représentée en O sur la droite du dessin). La branche supérieure de cette tubulure établit la comrmunication avec une machine pneumatique par l'intermédiaire
d'un D ä ponce sulfurique.
sé n. — Ayant que les tubes soient fixés dans la caisse, on introduit dans le ballon a une petite quantité d'eau, dont on fait
si Ji
distillér une portion dans le tube B en chauffant légèrement le ballon, On fait alors le vide : l'eau distille d'une manière continue du ballon et du tube barométrique vers le tube D, qui condensé les vapeurs, Lorsqu'on a vaporisé plusieurs grammes d'eau, tout l'air contenu dans le tube et dans le ballon 4 été entrainé et l'on ferme à la lampe le tube capillaire qui relie la tubulure à trois branches au tube B. On remplit d'eau la caisse MN, on chauffe doucement soil sur un fourneau,
| : sions de la vapeur.
Pig. 902 C'est ainsi que ke-
goault à construit une
Table des tensions maxima de la vapeur d'eau RL aéro et 500, 1 >
Expériences k usagé pour mesurer la forcé élastique de la vapeur d'éau à « supérieures à 100, l'un par Dulong et + Arans = 1 ui mr sm cu 1844. Nous nous contenterons de décri de ia à
Principe de La méthode, — Elle consiste it faire boul e un \ élos, sous une pression connue d'avance, et à mesurer Ja t spérature de éhu lition, Elle est fondée sur ce fait d'expérience, que qu'a
ébullition, la force élastique de la vapeur qui se dégage est précisément égale à la pression 7 supporte le liquide (607).
Descriplion . — L'appareil se compose d'un vase de enivre € tüg. 595), hermétiquement clos et rempli d'eau jusqu'au tiers environ, Quatre thermométres traversent le couvercle : deux plongent dans les premières couches du liquide, et les deux autres dans les couches inférieures, Du vase € part un tube AB qui va s'adapter au goulot d'un ballon de verre M, de 9 litres de capacité, rempli d'air, Le tube AB est entouré d'un manchon p, dans lequel cireule un courant d'eau froide tombant d'un réservoir E. De la partie supée rieure du ballon M!partent deux tubes : l'un communique avec un manomètre
Fig. 595.
à air libre O3 l'autre HI, qui est en plomb, nveo une machine pneumatique , ou avec une pompe foulante, suivant qu'on veut raréfer l'air du ballon où le comprimer, Enfin, le réservoir K est rempli d'eau à la température ambiante. Üpération. — 1° Soit d'abord à mesurer la tension au-dessous de 100. On met l'extrémité du tuyau de plomb en communication avec la machine preumatique, on raréfie l'air dans le ballon M et, par suite, dans le vase C. Si l'on chauffe alors doucement ce vase, l'eau qu'il renferme entre en ébullition, à une température d'autant moins élevée que l'air a été plus raréfié, c'est-à-dire que ln pression est plus faible. l'ailleurs les vapeurs se condensent dans le tube AB, où elles subissent un refroidissement permanent, el \a pression \ndgnée primitivement par le manométre n'augmente pas : par suile, a \enson [CN |
de la vapeur, pendant Ia durée de l'expérience, reste égule à ln pression qu'exerce sur le liquide l'air du gazomètre, On n'a plus qu'à lire simultanément le manomètre et les thermomètres pour détérminer la tension de la vapeur à une température connue, Laïssant ensuite rentrer un peu d'air dans les tubes et dans le vase C, afin d'augmenter la pression, on fit une nouvelle observation, et l'on continue ainsi jusqu'à 1007.
% Pour mesurer la tension de ln vapeur an-desens de 100%, on fait communiquer le tube H' avec une pompe foulante, su moyen de laquelle on soumet l'air du ballon et du vasé C à des pressions croissantes, supérioures à celle de l'atmosphère. L'ébullition se trouve alors retardée (612), et il suflit d'observer simultanément le manomètre el les thermomètres pour avoir les tensions de la vapeur au-dessus de 100,
Résultats, — Regnault a construit deux tables donnant les tensions maxima de la vapeur d'eau, l'une depuis — 109 jusqu'à 4000, et l'autre de 1009 à 2509, Les nombres de Ja première table ont été déterminés directement par l'expérience; ceux de la seconde ont été calculés à l'aide d'une formule d'interpolation
log F = a + bat + cëf,
F est la tension maximum en millimètres de mercure, 4 la température (évaluée au thermomètre à air) el a, b, ce, x, à cinq constantes qu'on a calculées à l'aide de cinq valeurs de F mesurées directement à des températures connues, régulièrement espacées entre les températures extrêmes. Les résultats donnés par cette formule empirique sont sensiblement d'accord (à 1/400 près) avee ceux de l'expérience.
Ces tables montrent que la tension de la vapeur d'eau croit suivant une loi beaucoup plus rapide que la proportionnalité à la température. Ainsi les lensions sont
4,6 mun à 2 ntm à 120,6 H,98 — à so 10 — à 180,5 760,0 — à 100 2% — à 20,9
Rewanques, — 1° Formule de Duperray. — On à proposé plusieurs autres formes de la formule d'interpolation (Roche, Bertrand, ete.). Celle de Duperray, F — 04, où F représente la pression (en Kg par em), et 0 la température (en cenlaines de degrés), convient pour les applications industrielles.
> Expériences de MM, Caillelat et Colardeau. — Par une méthode spéciale, ces physiciens ont mesuré les Lonsions maxima dé ln vapeur d'eau jusqu'à 64°, Lompérature où ils ont fixé le point critique de ln vapeur d'eau : la tension vorrespondante est de 200,5 at.
604. Tensions maxima des vapeurs de divers liquides. — La vapeur d'eau, à cause de ses nombreuses applications, a d'abord été seule l'objet des recherches des physiciens, Dalton avait admis, pour les autres liquides, que Zewrs tensions maxima sont égales pour des tompératures également éloignées de leurs points respectifs d'ébullition, Regnault, par les mêmes procédés qui lui ont servi à mesurer les forces élastiques de là vapour d'eau, a aussi déterminé velle des vapeurs d'un certain nombre de liquides, 11 a constaté que cette lot
de Dalton ext tout à fait inexacte.
605. Tensions maxima des dissolutions salines ou acides. — Lorsque l'eau, où tout autre liquide, tient en dissolution un sel, un acide, une substance rca 9 à certes honmonir que, à température dgale, Mie dt
vapeur est moindre que lorsque le liquide est à l'état de pureté, el d'autant Br p la dissolution est plus concentrée.
Si la substance dissoute est elle-même volatile, la tension des vapeurs mélangées qui se produisent est moindre que la somme de leurs Lensions respectives à température égale.
