CHAPITRE IV

BU CHANGEMENT d’ÉTAT DES CORPS PAR LE CALORIQUE-/

270. Nous avons vu, en traitant des différons états de? corps et des différentes puissances qui agissent dans la nature , que l’on pouvait raisonnablement attribuer la solidité , la liquidité et la fluidité élastique, à des équilibres plus ou moins stables qui s’établissent entre les forces de cohésion et la force de répulsion des particules du calorique. Mais celte proposition est, en quelque sorte, démontrée, par la facilité avec laquelle la plupart des corps peuvent passer de l’état solide à l’état liquide , et de l’état liquidé à l’état de fluide aériforme, par des additions de calorique , qui doivent augmenter les puissances de répulsion : i°. parce qu’elles augmentent réellement le nombre des molécules du calorique; 20. parce qu’elles les placent plus près les unes des autres.

L’étude des cliangemens d’état des corps présentant un des points les plus imporlans des recherches physiques.

nous considérerons successivement la fusion des solides, la solidification des liquides , la conversion des liquides en vapeur, la condensation des vapeurs en liquides, et enfin les propriétés des vapeurs , isolées ou dans lehr mélange avec les gaz.

9.71. De la fusion ou liquéfaction des solides. — La plupart des corps qui existent à la surface du globe sont naturellement, h l’état solide , aux températures ordinaires de ses différentes régions; mais lorsqu’on pénètre ces corps de calorique , ils sont susceptibles de passer à l’état liquide à différons degrés de température , qui sont indiqués soit par le thermomètre, pour les températures médiocres, soit par les pyromètres, pour les températures élevées , comme nous le dirons en parlant de la mesure du calorique. On donne , en général , le nom de fusion à ce phénomène , et l’on nomme terme de fusion le degré du thermomètre ou du pyromètre auquel le corps devient liquide.

On reconnaissait autrefois un assez grand nombre de corps, que l’on regardait comme infusiblcs ou apyres ; mais depuis l’invention du chalumeau à gaz oxygène et hydrogène, on ne connaît presque plus de ces sortes de corps.

Lorsqu’on échauffe peu-à-peu un corps solide, il commence par se dilater progressivement suivant les lois que nous avons indiquées , et chaque addition de calorique devient sensible et mesurable au moyen du thermomètre; mais lorsqu’on arrive au terme de fusion, le corps devient liquide, non dans toute sa masse à-la-fois, mais portion par portion; en sorte que chaque addition de calorique liquéfie une partie du corps. Si, durant ce temps, on observe avec un thermomètre la température du corps qui sc fond , on voit qu’elle reste la même malgré les additions évidentes de calorique. La glace est très-propre à répéter ces expériences et à faire connaître les lois de la liquéfaction.

l\ 3 DU CUANGEMEM' n’ÉTAT DES CORPS

Si i on place, dans une chambre dont l’almosphère est a io°, une masse de glace pilée , ou de neige, dont la température est o°, et qu’on y plonge un thermomètre, on verra cette glace se fondre peu-à-peu , en absorbant le calorique des corps environnons , sans que le thermomètre s’élève; il sera même encore à o° lorsque la totalité de la glace sera devenue liquide. Black a fait le premier cette remarque intéressante, et en a conclu que le calorique absorbé par la glace entrait en eombinaison avec elle pour former l’eau liquide, et lui a donné le nom de calorique latent ou de calorique combiné, il a cherché à mesurer la quantité de ce calorique, qui se combine pour former l’eau liquide en cessant d’être sensible au thermomètre , et il y a réussi par l’expérience suivante : Si l’on prend un kilogr. d’eau liquide à o° et un kilogr. d’eau à 770, et qu’011 les mêle rapidement, ou obtiendra une masse de 2 kilogr. d’eau qui se trouvera à 58°5; c’est-à-dire, que la température du mélange sera précisément la moyenne arithmétique entre les deux températures primitives, et que les 770 de température qui appartenaient à l’un des deux kilogr. d’eau se seront uniformément répandus dans les deux kilogr. Mais si l’on prend un kilogr. d’eau solide , ou de glace , à o" , et un kilogr. d’eau à 770, en les mêlant ensemble la glace fondra peu-à-peu, et on obtiendra 2 kilogr. d’eau liquide à o°; c’est-à-dire, que les 770 de température auront disparu complètement pour fondre un kilog. de glace. D’où l’on peut conclure que la glace, en se fondant, absorbe ou rend latent autant de calorique qu’il en faut pour élever le même poids d’eau liquide à 770.

Un phénomène du même ordre a lieu pour tous les corps solides cjui se liquéfient; seulement ia quantité de calorique absorbé est différente pour chacun d’eux , et en général beaucoup moindre que pour l’eau. Nous verrons ces résultats confirmés par les phénomènes de solidification.

Les conséquences des principes que nous venons d’établir sont extrêmement multipliées et intéressantes. On peut remarquer, par exemple , que si la fusion de la glace n’exigeait pas une grande addition de calorique , à l’instant même où, dans la succession des saisons et après de ferles gelées, la température se trouverait au dessus de o°, toutes les neiges et toutes les glaces accumulées pendant 1 hiver se fondraient rapidement et produiraient d’énormes inondations. Nous ferons observer aussi, qu’en conséquence des mêmes principes il n’est pas indifférent d’appliquer sur une partie du corps que l’on a intérêt à refroidir , de l'eau liquide à o° , ou de la glace h la même température; car l’eau liquide enlevera à cette partie du corps assez de calorique pour se mettre à la même température; mais l’action ira en diminuant à mesure que l’eau s’échauffera , tandis que la glace enlevera une quantité de calorique capable de porter de l’eau liquide ii 770, sans pourtant cesser d’être h o°. On a trouvé dans ce moyen une grande ressource thérapeutique, particulièrement dans les maladies du cerveau, et l’on a coutume d’appliquer la glace contenue dans une vessie , pour éviter l’écoulement de l’eau qui se forme.

Nous donnons ici une Table des degrés de température auxquels beaucoup de solides se fondent; on concevra la valeur des indications des degrés du thermomètre et du pyromètre, en lisant le Chapitre sur la mesure du calorique,

11 est essentiel de remarquer que les termes de fusion sont aussi les termes de congélation ou de solidification , sauf quelques modifications qui seront indiquées dans l’article suivant. Celle Table est en partie extraite du Dictionnaire du docteur Lire; les degrés du thermomètre sont marqués t , ceux du pyromètre , p ; les corps qui ne fondent qu’au chalumeau de Broock sont marqués chai.

DU changement d’état des corps

Table des températures auxquelles différens corps passent de l'état liquide à l’état solide , ou de l’état solide à l’état liquide.

Elher sulfurique . — 45ll,33 <•

Ammoniaque liquide . — 43,33 t.

Acide nitrique . (Poids spécif. i,4*4)» — 43,55 t .

Acide sulfurique . (Poids spécif. i,64i5). — 42,77 *•

Mercure . — 09, 44

Acide nitrique. ..... ( Poids spécif. 1,407). — 54, 5o t.

Acide sulfurique . (Poids spécif. 1,8064 ). — 02,22 t.

Acide nitrique . ( Poids spécif. 1,0880). — 27,80 t.

Id . (Poids spécif. 1,5290). — 19,66 t.

Id . ( Poids spécif. 1,2583). — 27,6,5 t.

Eau-de-vie . — 21,66 t.

Acide sulfurique . (Poids spécif. 1,8076). — 17, 22 t.

Acide prussique pur . de — 15,55 à — 15 t.

Sel commun . . . (25 -j- Eau 75). . . — 15,55 t.

Id. . ...... (22,2 — Id. 77,8 ). . — 13,77 t .

Muriate d’ammoniaque. . . . (20 -(- Id. 80). . . — 15,55 f.

Sel commun . ( 10 -j- Id. 90). . . — 12, 5o t.

Id . (16,1 -j- Id. 80,9). . — 10,27 *•

Huilerie térébenthine . — 10,00 t.

Vins forts . — 6,66 t.

Tarira le de potasse et de soude. (5o -}-Eau5o.). . . — 6,11 t.

Huile de bergamote . — 5, 00 t.

Sang . . — 0,89 t.

Sel commun. . . ( 6,25 4" Eau 90,75 ). — 5,66 /.

Nitre . (i2,5o Id. 87,50). — 3,53 t.

Sel commun . (4, 16 -f- Id. 96,84). — 2,5o t.

Couperose . (4, 16 -j- Id. 58,4). • — 2,22 t.

Vinaigre . — 2,22 f.

Sulfate de zinc . (53.5 4. Eau 46,7). — 2,5o t.

Lait. . . . . . . . — 1,11 t.

Eau. . » . — . 0,00 f.

Huile d’olive . 2,22 t.

Soufre et phosphore. . . . ( Parties égales). . . 4,44 t.

Acide sulfurique. .... (Poids spécif. 1 ,7.4 1). . 5,56 t.

Id . ( ld . 1,780). . . . 7,78 t.

TAn LE CALORIQUE

Jluilc d’anis . 10,00 t.

Acide acétique concentré . 10,00 t.

Suif . (Docteur Thomson ). . 55,33 f.

Phosphore . l\2,22 i.

Stéarine provenant de graisse de porc . 4:!>78 t.

-Spermaceti . . . 44 >44 *•

Suif . • * . . ( JNicholson ). . . . 52,78 t.

Acide margarique . 66,67

Potassium, . 56,88 t.

Cire jaune . 61,11 t.

Id. Id . 65,oo f.

Cire blanche . 68,53 t.

Sodium . 90,00 t.

Soufre . (Docteur Thomson). . io3,35 t.

Id . (Docteur Ilope). . . 112,22 t.

Étain. • . . . - . . 227,77

Bismuth . -f 246,66t.

Plomb . . 522,22 î.

Zinc . (Suivant sir H. Davy). 36o,oo t.

Id . (Suiv. M. Brongniart). 670,00 t.

Antimoine. . . 45i,66?(.

Argent . 20° p.

Cuivre . •-.... 27 p.

Or . 32 p.

Cobalt . 120 p.

Fer . i5o p.

Nickel . 160 p.

Manganèse . 160 p.

Platine . chai.

Tungstène. . chai.

Molybdène . chai.

Titane . clial.

Urane. ...... chai.

Chrome . chai.

Colombium . chai.

Rhodium . clial.

Iridium . clial •

Osmium . chat.

Cérium . chai.

/|(J nu changement d’êtat des coups

2yy. De la solidification des liquides. — Presque tous les liquides que nous connaissons peuvent passer h l’état solide par l’abaissement de la température ou par une soustraction suffisante de calorique ; mais parmi les liquides en général, il faut distinguer ceux qui , comme l’éther, l’alcool , le mercure et ordinairement l’eau , présentent cet état aux températures ordinaires de l’atmosphère , et ceux qui ne se forment qu’à des températures élevées, naturelles ou artificielles , comme les métaux fondus. Lorsque les premiers prennent l’état solide , on donne à ce phénomène le nom de congélation. Lorsque les seconds reprennent l’état solide qui leur est ordinaire, on dit qu’ils se figent ou se solidifient.

On conçoit facilement que les liquides qui deviennent solides doivent présenter des phénomènes inverses de ceux que présentent les solides qui se liquéfient , et que ces deux états différens doivent se succéder précisément à la même température; en sorte, par exemple, que la glace commence à se fondre à o°, comme l’eau commence à se geler à o°. Cependant il y a des circonstances dans lesquelles un corps liquide peut être refroidi au-dessous de la température où il commencerait à fondre s’il était solide, sans pour cela se congeler ou se figer. L’eau présente sons ce rapport des phénomènes remarquables que nous allons indiquer.

Si l’on place dans une chambre dont la température soit à G° au-dessous de zéro , une masse d’eau très-claire et privée d’air, et qu’on la laisse dans un repos absolu, celle eau se refroidira peu-à-peu jusqu’à l^i température de la chambre , sans qu’il se forme cependant aucune quantité de glace. Mais si l'on vient à faire vibrer le vase de verre qui contient l’eau, ou à ébranler la table qui le supporte, il se formera tout-à-coup une certaine quantité de glace, et l’eau liquide se trouvera tout-à-coup

PAR LE CALORIQUE. l^~

portée h la température île o°. M. Gay-Lussac a même réussi, en couvrant l’eau d’une couche d’huile, h la refroidir jusqu’i'i 1 1° au dessous de zéro sans qu’elle se gèle. Au reste, l’eau trouble, ou qui contient de l’air, ou qui est agitée , commence toujours à se geler au terme propre de la congélation , qui est le o° du thermomètre centigrade. Beaucoup d’autres corps partagent celle propriété, qui semble avoir quelque rapport avec les étals électriques des particules auxquels on est maintenant porté à attribuer les phénomènes de cristallisation.

L’expérience que nous venons de citer peut servir à prouver que si la glace absorbe, pour se fondre en eau liquide, 770 de chaleur, l’eau liquide, en devenant glace, perd ou laisse dégager une égale quantité de calorique. On a , en effet , remarqué qu’en abaissant la température de l’eau à 5°, 5 au-dessous de zéro, il se formait environ 1 de glace dans la masse d’eau , et qu’en même temps toute la masse d’eau se réchauffait depuis — 5°, 5 jusqu’à o"; ce qui suppose que de A de glace il s’est dégagé assez de calorique pour échauffer l’eau de 5%5. Or, i4 fois 5°, 5 donnent en effet 77°.

Cette propriété de l’eau liquide, d’exiger une grande soustraction de calorique pour passer à l’état solide, explique beaucoup de phénomènes naturels. S’il en était autrement, nos lacs, nos rivières, et toutes les eaux qui nous environnent se prendraient subitement en masses solides, aussitôt que la température se trouverait au-dessous de zéro: tandis qu’au contraire il ne se forme d’abord qu’une petite pellicule de glace , qui commence toujours par la face supérieure des liquides, parce que l’eaü à o° , est plus légère que de l’eau à 4°,5 , celle pellicule va croissant peu-à-peu quand le froid persiste, jusqu’à ce qu’enfin les rivières se prennent, ce qui n’arrive guères en France que par un froid de — 10".

DU changement d’état des codes L’eau qui se gèle offre encore un phénomène mécanique remarquable : elle augmente de volume de près de r'~ c’està-dire, de plus du double de la dilatation qu’elle éprouve en s’échauffant de o° à îoo". On attribue cette dilatation à la force de cristallisation qui tend à arranger les molécules de l’eau de manière à former des prismes qui se croisent sous des angles de 120“ et Go”, disposition qui comporte nécessairement des vides qui n’existaient pas dans l’eau liquide. Cet accroissement de volume de la glace se fait avec une force extrêmement considérable ; car les académiciens do Florence ont fait crever , par la congélation de l’eau , une boule d’or dont la résistance pouvait être évaluée à 10,000 kilog. , et nous voyons tous les jours des vases trèssolides et même des masses de pierre considérables se briser par la congélation de l’eau qu’ils contiennent dans leur capacité ou qui s’est infiltrée dans leur intérieur.

Une circonstance bien remarquable pour les chimistes, et que nous devons noter ici, c’est que les corps solides peuvent devenir liquides, ou réciproquement, par d’autres causes que des additions ou des soustractions de calorique , et , par exemple , en vertu des affinités chimiques. C’est ainsi que la glace mêlée à un sel déliquescent se fond, et que l’eau liquide jetée sur de la chaux vive sc solidifie : dans le premier cas, le mélange manque du calorique nécessaire pour constituer de l’eau liquide; il en enlève aux corps voisins, et sa température paraît extrêmement basse; dans le second cas, au contraire, l’eau devenant solide par son affinité pour la chaux , laisse dégager tout le calorique qui lui était combiné, et il se produit une températuro très-élevée.

P\n LE CALORIQUE.

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