Comptes rendus de l'Académie des sciences, W avr \ ASS

6k0 CHALEUR.

poration de l'éthylène liquide a lieu dans l'éprouvette + reliée à une machine pneumatique Bianchi par le tube de plomb ». L'éthylène liquide est contenu dans le réservoir x, entouré d'un mélange de glace et de sel, Il arrive enspar de petites ouvertures latérales ménagées à l'extrémité €’ du tube æw, dont la portion b' est plongée dans une pâte formée d'acide carbonique solide et d'éther, Au fond de l'éprouvette à pied y se trouve du chlorure de calcium ayant pour but d'éviter tout dépôt de rosée sur «, de facon qu'il soit possible de voir tout ce qui passe dans le tube à gaz; { est un thermomètre à hydrogène donnant des indications sur les températures atteintes. 3° Résultats. — L'oxygène liquide est incolore el transparent comme l'acide carbonique. Il est très mobile et forme un ménisque très met !.

L'azote s'est liquéfié moins aisément, Ayant été refroidi dans un tube en verre à — 1569 el comprimé jusqu'à 150 atmosphères, il ne s'est pas liquéfié, Si l'on produit alors la détente lentement et si, en diminuant la pression, on ne descend pas au-dessous de 50 atmosphères, l'azote se liquéfie complètement,

Ce liquide est incolore et transparent, comme l'oxygène el comme l'acide carbonique. Il présente d'abord

Fig. 614, un ménisque bien distinct, mais il

s'évapore si rapidement , qu'il ne

reste à l'état statique des liquides stables que pendant quelques

secondes. W faudrait probablement le maintenir à une température

ar gi à — 1569 pour le conserver plus longtemps à l'état iquide

Enfin l'oxyde de carbone a été liquéfié dans les mêmes con-

1. Lo point critique de V'oxygbne esk plus bas que ls température d'ébuilition de l'éthylène sous la pression atmosphérique : est yon \ Ca EA ve l'avait atteint qu'en joignant au froid A8 à Véxaquration de Vialiylene Ve Wah

résullant de la détente.

LIQUÉFACTION DES GAZ ET DES VAPEURS. üs1

ditions que l'azote, Le liquide était incolore, le ménisque était très visible (21 avril 1883).

655. Température critique des gaz. — Expériences d'Andrews. — Autrefois on admettait que, quelle que fût Lx température d'un gaz, il existait Loujours une pression sous laquelle le gaz se liquéfiait; le tout était d'atteindre cette pression,

En 1864, les expériences d'Andrews sur l'acide carbonique l'ont conduit à cette conclusion qu'il y a une température au-dessus de laquelle toute liquéfaction est impossible, quelle que soit La pression. C'est cette température qu'il appelle lempéralure critique.

Ce physicien comprimait l'acide carbonique dans un tube formé d'une partie capillaire de 1,25 mm de diamètre et d'un tube plus large (25 mm). Le gaz pur était contenu dans la partie capillaire et partiellement dans le tube plus large où il était obturé par tn index de mercure, La partie capillaire du tube à gaz émergeait seule de l'appareil et pouvait étre portée à des températures connues au moyen d'in bain d'eau. Supposons que l'on comprime le gaz à température constante, à 13°, par exemple. La pression augmentant, le volume gazeux diminuait ; la liquéfuction commençait sous la pression de 48%",9, et l'on observait alors une brusque diminution de volume AB, comme le montre la figure 612 Puis on comprimiait le gaz liquéfié dont la compressihilité est beaucoup moindre que celle du gaz.

A 21°,5, les mêmes phénomènes sé passent, mais la liquéfaction est relurdée (61%) et elle correspond à une diminution de volume moindre AB. La température s'élevant encore, le point de liquéfaction recule Fig. 61%

CPP g. 612.

de plus en plus, la diminution

de volume Lend vers géro, Le

iménisque perd sa courbure de plus en plus: elle finit par devenir plane, indicise et par disparaître lorsque la température est voisine de 31°, Un peu au-dessus, à 22°,5 par exemple, il n'y a plus de liquéfuction, en ce sons que l'isotherme ne présente plus de partie rectiligne; il en est de même pour toutes les températures supérieures à 50,92, qui est la fempéralure critique de l'acide carbonique (voir la définition des lignes isothermes, $ 725, NI),

La pression critique est la limite vers laquelle tend la pression de ln vapeur saturée lorsque la température tend vers la température critique: si l'on considère l'unité de masse d'un corps, le volume qu'il oceupe à la température eritique et sous la pression critique esi son volume critique, et sa densité, rapportée à l'eau à 4", est sa densité critique. On dit alors que ce corps est à son point crilique C.

Les nombreuses expériences faites postérieurement à Andrews ont contirené ses conclusions et en ont montré l'absolne généralié; aussi connail-on ONE d'hui les éléments critiques d'un Lrés grand nombre de corps sumyles 6 conte |

posés. Ainsi, pour l'oxygène, le point critique est — 118", la pression crilique est 50 atmosphères et la densité critique est 0,405.

Beuanque. — 1° Courbe chitique. — Le lieu des points À et 1 fig. 612) est une courbe qui à roçu le nom de courbe critique, Chaque fois que le point M, seprésentatif de l'état du fluide, tombe à l'intérieur de cette ligne, le Anide est en partie à l'état liquide, en partie à l'état de vapeur salurée. À l'extérieur, sur GA ou BL, il affecte, au contraire, un état parfaitement homogène. On peut aller de l'état P, appartenant à l'isotherme du gaz, à l'état Q, appartenant à mn isotherme liquide BL, en passant par une suite continue d'états homogènes PC'Q, L'homogénéilé cesse si le cycle des états successifs de la masse fluide rencontre la courbe critique. S'il s'agit de l'unité de masse du fluide, la partie reciligne AB représente la différence des volumes spécifiques u' — de la vapeur siturée ot du liquide à ln température 1, l'ordonnée Of représente la force élustique maxina de la vapeur à la même température,

2° Distinction théorique d'un gaz et d'une vapeur, — Les expériences d'Andrews permettent de préciser la noliou, assez vagué autrefois, de gaz ot de vapeur. On peut dire avec lui qu'un corps gazeux est un gaz au-dessus de la lompérature critique, une vapeur au-dessous, Dès lors, une vapeur peut être liquéfiée por la pression seule ; un gax ne Le peut pas sans le secours d'un ahaissement de température, Ainsi, l'acide carbonique est un gaz au-dessus de 30 92, et une vapeur au-dessous de cètte température.

654, Explication du point critique, — 1° Tdorie de Janin, — Janin Qit rentrer le Mit expérimental du point critique dans la loi générale de la val

Soit un liquide en présence de sa vapeur suturée dans un vase dont le volume varie peu sous l'influence de la chaleur, À inesure que lt température s'élève, la densité du liquide diminue de plus en ; au contraire, ln densité de la vapeur saturée augmente rapidement ot d'une manière continue, Done à une certaine température ces deux densités doivent devenir égales, La température crilique seralt done la /: ure où un liquide et sa vapeur saturée ont la méme densité, En offet, à ce moment la vapeur ne tend plus à occuper la partie supérioure, ni le liquide la partie inférieure; la surface de siparation doit cesser d'étre distinete, puis la masse se mêler avec des stries ondoyanteset mouvantes et enfin le tout devenir homo 5

Jusque-là on peut dire que la (héorie de Jamin est entièrement vérifiée par l'expérience, En particulier, l'égalité des deux sortes de densités à la tenrpéra- Lure eritique est vérifiée par ce fait que, dans les isothermesd'Androws, supposbos co nombre infini, celle qui correspond à la température critique posséde at point qui correspond à la pression critique une tangente horizontale qui est ln limite des parties reclilignes des autres isothermes. L'égalité des deux densités est done, dans cette représentation graphique, pour ainsi dire la définition du point erilique, D'ailleurs, au point de vue expérimental, les physiciens qui ont étudié la variation des doux densités au voisinage de Ja tomipérature eritique, MM. Cailletet et Mathias, Baltelli, Amagat, S, Young, sont arrivés à ln sndme conclusion.

Mais où la théorie de Jmmin n'est plus vraie, c'est lorsqu'il admet que, l'état liquide persistant au delà de la température critique, la diminution de densité du liquide par la dilatation doit se continuer an delà de lu température eritique, de méme que l'augmentation do la densité de vapeur saturée. Donc en comprimant suffisamment le gaz au-dessus de la température critique on de vrait rassembler le liquide à ln partie supérieure du vase ot ablenir le retour nement du ménisque. L'expérience n'a pas confirmé cette prévision (Caillotot),

2 l'aporisation totale. — W tt Wien se garder de TA dort

critique Te, définie par Les isothermes d'Andrews ex \ eux à ave li température Le à laquelle a \ieu a" vaporisation. mars Les dive la disparition du ménisque d'un Viquide ebanfiè, en AFS Que At,

dans un espace sensiblement double du volume initial du liquide, La température L. comme l'ont montré MM, Pellat, Galitzine et Sloletow, est inférieure à T. de quelques dixièmes de degré.

655. Courbe des densités. — Supposons qu'on ail déterminé expérimentale ment, pour un corps, la densité du liquide et celle de la vapeur saturé cela jusqu'à la température critique Te. Portons en ordonnées ces deuy sor de densités, et en abscisses les températures; d'après ce qui précède, les deux courbes À et H (fig. 615) devront se raccorder, pour ln température critique, en un point G où la tangente est parallèle à l'axe des ordonnées.

La courbe ACB, considérée comme courbe unique, est la cuwrbe des densités, Coinme les expériences de MM. Cailletet et Mathias l'ont montré, elle a sensiblement la forme d'une parabole dont l'axe serait très pou incliné sur l'axe des abscisses En particulier, le heu des milieux des cordes parallèles à l'axe des or données est une droite, Ce fait a dté confirmé réconment M. AmagaL.

M. Mathias a montré en outre que la densité critique d'un corps est très sensiblement égale du ticrs de la densité du liquide prise à la température ln plus éloignée possible de la température crilique.

L'expérience prouve que le coefficient angulaire du diamètre rectiligne est toujours négatif ; il s'ensuit que, s le méme intervalle de Lempérature, la variation absolue de la densité du liquide est loujours plus grande que celle de la vapeur saturée.

636. Lois des états correspondants, — Un ensemble de lois remarquables est dû à M. Van der Waalx, qui les a énoncées comme conséquences d'une formule célébre qu'il donnée pour représenterlesisothermes de l'expérience d'Androws.

Soient p. e,{ la pression, le volume et la température centigrade de l'unité de poids d'un fluide dont les constantes ériliques correspondantes sont +, + ct 0 l'osons avec M. Van der Waals

Fig. 615.

p=ir, P=NS#, 273 + 1=T = m6 = m (273 + 0),

c'est-à-dire mesurons p, v el T en prenant comme unités les constantes critiques. Cela adinis, prenons deux corps définis pur

Nous dirons que les pressions p et p' sont correspondantes si l'on a

p'=uz où > =

Les volumes 0, seront correspondants si l'on n

La * U=ne L'—=Ns où =—.

Les températures Ÿ = 275 + 1, T'= 275 + L' seront correxpondantes si l'on a

T=me, T'=me, où % se

Cela étant, les lois des états correspondants peuvent s'énoncer ainsi : Si lan considère plusieurs corps à des températures correspondantes :

1° Leurs pressions de vapeur saturée sont correspondantes;

2 Leurs densités de liquide sont correspondantes;

5 Leurs densités de vapeur saturée sont correspondantes.

La première loi a été vérifiée par M. Van der Waals sur les pressions de vapeur saturée de l'éther et de l'acide sulfureux, déterminées par Sajotchewski

La loi relative à la densité des liquides a été l'objet de vérifientions pari culièrement probantes de la part de M. Mathias et de M, Sydney Young, Le expériences de ce dernier physicien montrent même que la théorie des étais correspondants est généralement applicable à ces densités dans £oute l'étendue de l'état liquide, de sorte que, connaissant la densité critique d'un premier corps, on peut calculer celle d'un second corps par une simple proportion, eonnaissant deux densités de liquide correspondantes.

La loi relative à la densité de vapeur saturée est celle qni se vérilie Je molns bien; elle n'est vraie que si l'on ne s'écarte pas trop de la température critique.

De la discussion des résultats de M, S. Young, fuite par M. Mathias, 11 mésulle que le théorème des états correspondants ne peut pas s'appliquer à tous les corps pris en bloc, mais que, si l’on groupe les corps en séries, le théorème conserve toule sa valeur pour les divers corps d'une même série.