DES VAPEURS

279. Nous avons vu que tous les liquides, et peut-être même tous les corps solides, étaient susceptibles de se réduire en vapeur , soit par ébullition , soit par évaporation spontanée. Le genre de fluide élastique qui en résulte est d’une trop haute importance dans lu nature en général , dans la plupart des arts , et surtout en physiologie générale, pour que nous n’en traitions pas d’une manière toute spéciale.

Tour bien concevoir la théorie des vapeurs, il est nécessaire de les considérer d’abord dans le vide, et d’étudier leur formation, leur tension, leur poids spécifique, les effets qu’elles éprouvent des hautes pressions, et l'application de leur puissance aux arts. Il ne sera pas moins nécessaire de les considérer ensuite dans leur méh nice avec les gaz, et particulièrement avec l’air atmosphérique , en déduisant, des phénomènes qu’elles présentent alors , l’explication de quelques circonstances météorologiques.

Dü CHANGEMENT d’état des corps

280. Dès vapeurs dans le vide . — Si Ton fait le vide le plus complet possible, à un millimètre près par exemple, dans un ballon parfaitement sec , et qu’à l’aide d’un double robinet on introduise dans ce ballon une quantité d’eau suffisante pour qu’il en reste un peu à l’état liquide dans le fond du vase, sans y laisser pénétrer l’air, on verra tout à coup la colonne de mercure de l’éprouvette s’élever de plusieurs millimètres, c’est-à-dire qu’il se sera formé dans le ballon un fluide élastique qui pourra soutenir celte colonne de mercure. Ce fluide ne saurait être autre chose que de la vapeur d’eau. Et en effet, si l’on vient affaire communiquer le ballon avec un autre vase vide d’air et contenant du chlorure de calcium, la pression cessera peu à peu , et l’on trouvera que le chlorure de calcium a absorbé de l’eau.

Ayant ainsi démontré le fait de la formation de la vapeur, il faut en rechercher les lois.

a. Un excès quelconque de liquide introduit dans le vase n’augmente point la force élastique. Ainsi le développement de la vapeur s’arrête à un certain terme qui est indépendant de la quantité du liquide.

b . La pression exercée par un même liquide, à la même température, est exactement semblable dans un grand et dans un petit vase , pourvu qu’on ait ajouté un petit excès du liquide , ce qui démontre qu’il se forme toujours une quantité de vapeur proportionnelle à l’espace dans lequel elle peut s’étendre.

c. En introduisant dans un même vase vide , et à la même température, des liquides différens, les hauteurs de la colonne de mercure seront différentes pour chaque liquide; ce qui prouve que la force élastique des vapeurs dépend de la nature du liquide. En général, ceux qui bouillent

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fil

à la plus basse température donnent, toutes choses égales d’ailleurs, des pressions plus considérables.

cl. Si l’on introduit le même liquide dans le même vase à des températures différentes, les pressions croîtront avec les températures. Ainsi, en employant de l’eau à i8°,75, la vapeur soutiendra oraoi4 de mercure ; à ioo° la vapeur en soutiendra om762. Il est facile de voir que la force élastique des vapeurs qui sont en contact avec un excès du liquide qui les forme, croît avec les températures dans une progression beaucoup plus rapide que dans les gaz ou dans les vapeurs isolées. Car un gaz, ayant à o° une force élastique représentée par 1 , aura , sous le même volume , à ioo°, une force élastique représentée par J ,375, c’est-àdire à peu près un tiers plus énergique; tandis que pour l’eau , par exemple, la différence de force élastique sera de 1 à i5o.

On donne le nom de tension des vapeurs à cette force élastique variable par les circonstances indiquées. Cette expression est préférable à celle d’élasticité, attendu que ce n’est pas seulement ici la vapeur qui agit, mais l’excès de liquide lui-même qui tend à se vaporiser; en sorte que , si l’on enlevait la vapeur existante, il s’en formerait immédiatement de nouvelle, qui aurait la même force élastique.

En résumant ce que nous venons de dire , on voit que tous les liquides tendent à se réduire en vapeur dans un espace vide ; que la formation de la vapeur s'arrête quand l’espace en est rempli , ou que la quantité de vapeur est proportionnelle à l’espace; qu’elle est aussi proportionnelle à la température; enfin , que les liquides qui bouillent à la plus basse température sont aussi ceux qui forment le plus de vapeur dans des circonstances données.

La formation des vapeurs étant limitée par la réplétion du vase qui les entoure , et n’étant que modifiée par la na-

turc des corps ©a par la température, il est évident que Ton pourra toujours évaporer complètement un liquide , soit en enlevant continuellement la vapeur par un moyen mécanique, soit en l'absorbant par un moyen chimique.

281. De la tension des vapeurs . — La détermination exacte de la tension des vapeurs à différentes tempéraluies et pour diffèrens liquides étant d’un très haut intérêt, soit piur la théorie, soit pour les applications aux arts, MM. Southern, Robison , Dalton , Lire, Gay-Lussac, Despretz, etc., s’en sont succes>ivement occupés.

On a perfectionné la méthode de l’introduction d’un liquide dans un vase \idc, en sc servant d’un manomètre muni d’un baromètre entier, afin d’apprécier tous les degrés de tension. M. Dulong a même imaginé de placer le liquide dans un vase à part, que l’on fait communiquer à vo onté avec le maromètre. Mais une méthode bien préférable, pour l’exactitude et la simplicité, est celle qu’ont employée MM. Da'ton et Gay-Lussac, et que le docteur Dre a perfectionnée.

Si l’on prend un tube de baromètre rempli de mercure bien purgé d’air, et qu’à travers ce mercure on introduise dans le vide barométrique un petit excès du liquide dont on veut essayer la tension, on verra la colonne barométrique s’abaisser d’une quantité qui sera l’expression exacte de la tension de la vapeur formée.

On peut constater ainsi , à l’aide de plusieurs tubes barométriques placés l’un à côté de l’autre, les différentes tensions de l’eau , de l’alcool , de l’éther, etc. , à la température de l’atmosphère.

Pour observer cctle tension à des températures plus hautes ou plus basses, on peut envelopper la partie supérieure du tube barométrique d’un autre vase, dans lequel on place des mélanges réfrigérans ou des liquides plus ou

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moins échauffés. Mais avec cet appareil le volume de la vapeur augmente rapidement , et Ton ne peut plus faire d’observation passé ioo° pour Peau, parce qu’alors il ne reste plus de mercure dans le baromètre. Le docteur Ure l’a perfectionné d’une manière très remarquable par les moyens suivans :

L’appareil consiste (fig, 119) en un baromètre à siphon BCD, dont la branche BG contient le mercure, tandis que la branche CD, très haute et terminée par un entonnoir, peut recevoir des q an 1 i tés additionnelles de mercure, dans les cas que nous indiquerons tout à l’heure. On établit d’abord la marche de ce baromètre, comparai!» veinent à un autre baromètre ordinaire, en traçant vers le point 6 une portion d’échelle. On fait passer dans la branche B G du baromètre une certaine quantité du liquide dont on veut trouver les tensions; on introduit ensuite le sommet B du baromètre, iuclinéen dehors, dans un ballon A et par une tubulure exactement fermée par un bouchon de liè^e ; on remplît ce ballon d’une huile limpide que l’on peut chauffer à diverses températures, au moyen d’une ou plusieurs lampes à courant d’air. Cela posé* i’huile étant, par exemple, à io°, le mercure s’arrêtera dans la branche CD à un cerlain point b , que l’on pourra marquer au moyen d’un petit cercle élastique de métal; ce niveau sera supérieur à celui du baromètre de comparaison , et donnera la tension du liquide à iô°. Le point a marqué par un petit cercle élastique détermine le volume du vide barométrique : on pourra verser peu à peu par l’extrémité D assez de mercure pour réduire la vapeur d’eau à io° à ce volume primitif, et il y aura alors dans la branche CD une colonne de mercure au dessus du point b , qui exprimera exactement la tension de la vapeur à io°.

De la même manière , si l’on élève la température de

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rhuile dans le ballon jusqu’à ioo°, la vapeur du liquide tendra à augmenter de volume; mais on pourra ajouter peu à peu du mercure dans la colonne CD , de manière à contenir cette vapeur dans les mêmes limites; et au moment où la température sera fixée à ioo°, la hauteur du mercure au dessus du point b exprimera la tension de la vapeur à cette température.

On obtiendra des résultats analogues pour les basses températures en plaçant dans le ballon des mélanges réfrigérans. Pour ce dernier cas , il ne serait pas même nécessaire que tout l’espace qui contient la vapeur fût refroidi ; car, dans un espace quelconque , dont les différens points ne sont pas à la même température , la tension de la vapeur doit nécessairement être proportionnelle à la plus basse , puisque les vapeurs formées dans les points les plus chauds devront nécessairement se condenser dans le point le plus froid.

Les méthodes que nous venons de décrire ne pouvant faire connaître les tensions des vapeurs à de très hautes températures , M. Dcspretz a cherché un rapport entre le poids spécifique des vapeurs et leur tension. Pour faire ses expériences, il a mis un ballon à peser les gaz, parfaitement vide d’air, en communication avec le haut d’un tube barométrique, contenant des vapeurs dont les tensions étaient déterminées par la hauteur même de la colonne barométrique au moment de l’expérience. Il a ensuite pesé avec exactitude le ballon rempli de cette vapeur, dont le volume était bien connu ; ce qui , avec toutes les réductions convenables, lui donnait le poids spécifique des vapeurs sous les différentes tensions. Il a trouvé par cette méthode que le poids spécifique de la vapeur d’un liquide était toujours proportionnel à la tension. Il semblait que cette loi pût s’étendre par le calcul à toutes les températures; mais

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les expériences de M. Cagnard de Latour sont venues prouver le contraire : en effet, ce physicien a démontré que l’alcool , par exemple , est susceptible de se réduire en vapeur dans un espace triple de son volume primitif; que cette vaporisation a lieu à 207° degrés du thermomètre centigrade , et que la pression produite par la vapeur est alors égale à 119 atmosphères; tandis qu’en établissant cette pression dans le rapport des densités, elle devrait être de 224 atmosphères , c’est-à-dire presque double. On ne peut expliquer cette anomalie qu’en supposant que dans les vapeurs condensées l’attraction de cohésion reprend un certain empire qu’elle perd complètement dans les vapeurs dilatées jusqu’à un certain point. Ce qui confirme cette supposition , c’est que dans ces hautes pressions la tension que conserve la vapeur est d’autant plus considérable , relativement, qu’on lui permet d’occuper un plus grand espace.

Il est très important de remarquer ici que tout ce que nous avons dit sur la tension des vapeurs n’est applicable qu’à celles qui sont actuellement en contact avec le liquide qui les produit. En effet, si l’on prend une capacité quelconque remplie d’une vapeur sans excédant de liquide , elle se comportera précisément comme un gaz, à une seule exception près. Par exemple , si on l’échauffe , sa force élastique s’accroîtra dans le rapport de 0,005^5 par degré centigrade : si on agrandit l’espace qui la contient, sa force élastique diminuera suivant la loi de Mariotle; mais si on la comprime ou qu’on la refroidisse, elle présentera des effets qui sont particuliers aux vapeurs. Si on la refroidit au dessous de la température où elle peut exisleravec une pression donnée, une partie de la vapeur reprendra l’état liquide , et tout le calorique latent que cette portion contenait se répandra dans le reste de la vapeur pour main- 2. 5

tenir la température relative à la pression ; en sorte que , dans des refroidissemens successifs et sous une pression constante, des portions de vapeur se condensent pendant que le reste conserve la même force élastique.

Si Ton comprime les vapeurs , il arrive un phénomène analogue au précédent , c’est-à-dire qu’une portion de la vapeur se condense en liquide; mais après cette condensation, la vapeur restante n’a pas plus d’élasticité qu’auparavant, en sorte que le moindre excès de pression suffit pour condenser tout un volume de vapeur. S’il existait , par exemple, un corps de pompe plein de vapeur d’eau, qui fût capable de supporter un piston chargé d’un poids de 100 livres, et qu’on ajoutât une seule livre de plus, la totalité de la vapeur serait réduite en liquide. Ge fait paraît contraire à la théorie que nous donnerons bientôt des capacités caloriques; car la vapeur devrait s’échauffer en se comprimant, et recouvrer, par cette élévation de température, le degré de force élastique nécessaire pour supporter la nouvelle pression. On explique cette anomalie, en disant que la masse des vases étant très grande relativement à celle de la vapeur, leurs parois absorbent l’excès du calorique qui peut résulter de la compression.

Nous donnons ici un certain nombre de tables, qui nous paraissent toutes indispensables pour avoir une idée précise des forces élastiques des différentes vapeurs à diverses températures.

La première est le résultat des expériences de M. Dalton sur la vapeur d’eau, et à des températures qui différaient de 5°, 5, et qui s’étendaient de o° à ioo°. Les points intermédiaires et les degrés au dessous de o° et au dessus de ioo° ont été trouvés par le calcul, en observant qu’il y avait, d’un terme à l’autre, des différences qui présentaient une certaine progression dont la raison elle-même

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variait d’une certaine quantité. Il est facile de s’assurer., en comparant cette table avec des résultats d’expériences directes, qu’elle n’est vraiment exacte que de o° à ioo°. Par exemple , suivant M. Dalton , la tension de la vapeur (T eau à no0 est représentée par io66mm,o6, tandis que , d’après Robison , elle est de ii3omm,oo. Il ne paraît pas même qu’on ait trouvé jusqu’ici de lois régulières, de formules approximative's , qui puissent servir à calculer la tension de la vapeur d’eau à des températures où l’on n’a pas fait d’expériences.

Les quatre tables suivantes, dressées par le docteur Ure, donnent les tensions des vapeurs de l’alcool, de l’éther sulfurique, de l’huile de pétrole et. de l’huile de térébenthine : enfin, nous y avons joint, comme renseignement essentiel, les tableaux des expériences de M. Cagnard de Latour et la table donnée par l’académie poulies vapeurs à hautes pressions.

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Forces élastiques de la vapeur d’eau> évaluées en millimètres , d'après les expériences de M. Dalton , pour chaque degré du thermomètre centigrade. (Tableau tiré de l’ouvrage de M. Biot.

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