CHANGEMENTS D'ÉTAT DES CORPS

249. Lois de la fusion et de rébollition. Fixité des points de fusion et d'ébnDitien , sous pression constante. — Les variations ({uantitatives do la chaleur sont une des causes les plus fréquentes du changentent d'état des corps. Quand on ajoute de la chaleur aux corps , ou fait passer les solides à l'état liquide, 1« liquides à l'état gazeux. Une soustraction de chaleur opère les transformation^ inverses : liquéfaction des corps jçazcux et solidification des liquides.

Il n*est pas douteux que tous les corps, à l'exception de ceux qui , comme!» carbone et beaucoup de composés organiques, brûlent ou se décomposent avw facilité, ne puissent se présenter sous les trois états solide, liquide et gazeux, suivant le degré de la température. On (?st parvenu à fondre les substiuic4?$ les plus réfractaires, telles ([ue le platine, le silicium, l'iridium etc., en les soumettant à l'action de la flamme du chalumeau à gaz hydrogêne et oxygène. Il n'y aqin* ciiKj gaz, Vliydroffène , V oxygène, V azote, le hio,cyde (Vazote et Yox\fde. àt carbone, qui n'aient pas encore pu être li(iuéfiés, à fjuelque basse température qu'on les ait exposés.

On appelle jwint de fusion, la température à laqiu*lle un corps |iasse J» l'état solide à l'état liciuide, et point d'éhidliiion , la température à la<iuelie un liquide se vaporise , |en tant, du moins, qu(* ce changement d'état prenne ïisûs^ sance au sein même de la masse li({uide , .sous forme de bulles de vapeur qui montent à la surface et se dégagent]. Le point de solidification , eVst-à-Ji^ la teinj»érature à laquelle un liquide repjf^se à l'état solide, ne difl'èn» pis sensiblement du point de fusion. Ainsi le thermomètre marque toujours (►', iju'ihi le plonge dans la glai;e fondaiiU; ou dans de Ti'au qui se congèle. *

Les lois de la fusion et de l'ébullition s^ont les suivantes :

4" Pour chaque saUntance ^ sons une même pression, les jnyints de fuii"" et (rêbullitinn so)d fu:cs.

[2" Pendant toute la durée de la fusion ou de Véhullition , la tenip*''ratttf^ de la substance reste stationnaire; eu chautVant plus ou moins fortement, *«• ne fait qu'activer jilus ou moins h» changement d'état, .sans élever jwurtvla^ température. )

Néanmoins, moyennant ceitaines précautions, on parvient à maintenir un corps à VùUiy liifuide à une température bien au-dessous de celle de stMi |»oiii' habituel de solidification. Si, par exemple, on garantit l'eau contre tout »'branlement , on peut la refroidir jus<|u'à — tK)" sans (|u'elle se congèle; mais a^^ la plus légère agitation suflit pour la faiie passer en masse à Tétai solide. ^'^ phénomène, (\n\m désigne ^ous le nom de surfusion, ne constitue pa»"»'" exception à la loi de fixité du point dt» congélation ; car, au moment on l'ea" s<» transfonne en glace, la température remonte en général et subilenu'n? à *^

CHANGEMENTS d'ÉTAT DES CORPS. 487

I de la pretsion sur les points de fusion et d'èbnllition. » Leg et d*ébuUition varient avec la pression extérieure : ils s'élèvent uand la pression augmente^ et le point d'ébullition beaucoup Lt de fusion. Cependant le fait n'est pas général pour la fusion , 3rra tout ù l'heure .

e la pression sur Tébiillition est si grande que les fluctuations L hauteur barométrique suffisent pour la mettre en évidence, bout à la température de lOO» que sous la pression normale de nètrc tombe à 730, Tébullition se produit déjà à 99o; si, au conon atmosphérique s'élève à 770, le point d'ébullition de l'eau est 5. Dans le vide , sous une pression de 4™"» de mercure , l'eau pérature voisine de O»».

*ëbuUitîon par raccroisscment de la pression, il suffit de chauffer le los : la vapeur qui prend naisRance , ne pouvant sMchapper, exerce une t avec la température, et le liquide ne peut jamais bouillir. On se sert I marmite de Papin. Cet appareil consiste en un vase mdtallique à pa- , fermd par un couvercle qu*on maintient solidement fixé au moyen ^crou fait partie d*une sorte dMtrier qui prend son point d^appui sur le nite. Le couvercle est muni d*uue soupape pressée plus ou moins foroids. Si Ton échauffe de Tcau dans ce vase, la tcmpérattire du liquide n plus ju8qu*à ce que la soupape soit soulevée par la force élastique luite. Au moment où la vapeur s'échappe, la température redescend à ter de nouveau quand la soupape se referme, et ainsi de suite. — On emde Papin pour extraire des substances organiques, telles que les osi t qui ne se dissoudraient que difficilement à la température de 100^.

as, facilement fusibles, sont très-propres à montrer l'influence :ur la température à laquelle a lieu la fusion. C'est ainsi que )nstaté (jue le blanc de baleine {sperma ceti) fondu se solidifie pression d'une atmosphère, et seulement à 50o,0 sous une presinosphères. La glaccî fait excoption à cette règle. Comme elle ime plus grand que l'eau à la même température, il en résulte de fusion s'abaisse, au heu de monter, quand la pression augmettant des iiiorc<»aux de glace à Faction d'une presse, on peut dre toutes les formes imaginablefï, parce qu'une pailie de la id la pression augmente et se congèle de nouveau, sitôt que la Telle est aussi la raison pour laquelle , en comprimant de la la transforme en un hlor dr glace.

)int de fusion et le point (rébullition dépendent de la pression , yen de l'action comhint''e (h» la chaleur et de la pression, proines substances d<îs changements d'étal, qu'il serait impos.siblo is-difficile d'obtenir par la seule addition de la chaleur ou par la ule.

gmentation de la pression agit, en général, dans le mf'^me sens ent de la température, et inversement, la diminution de la ut à une élévation de temi)érature ; il s'ensuit que le froid, déle grande pression, produit l'effet d'un froid beaucoup plus incontraire, eu diminuant hi pression en même temps qu'on ac-

croît la température, on obtient ce que donnerait une température plus êkw. Tel est le principe qui a été utilisé pour liquéfier les gaz. On peut obtenir Facide carbonique à l'état liquide, en le soumettant à une compression énerjnquc dans un vase qu'on entoure de glar^î , ou mieux d'un mélange réfrigérant.

251. Fosion des alliages et des solutions salines. — Indépendamment do la pression, il y a encore d'autres causes qui influent sur la température à laquelle les corps changent d'état. Ainsi, le point de fusion des alliages diffère, non-s«ilement <le ceux des métaux composants , mais encore de la moyenne do leuh points de fusion; en général, il est plus bas. Tandis que le plomb, par exemple, fond à 3300 et l'étain à 230o, un alliage formé de parties égales de ces deux métaux entre en fusion à ISO^; si on augmente la proportion de plomb, le point de fusion s'élève et ne devient égal à celui <le l'étain (jue quand la proportion d^ plomb est double. Un alliage composé de <leux parties de bismuth , une jvirtie de plomb et une d'étain (alliage de H. Rose) fond déjà à 94°; la tempéntured»* fusion du bismuth est d'environ 265".

D'après les expériences de M. Heintz, les mélanges d'acides gras offrent b même particularité que les alliages : le point de fusion du mélangt* est moins élevé que celui de chacune des substances «jui entrent dans sa coniposili'Hi. L'acide stéari(iue fond à (59*', l'acide palniitiiiue à 62" ; un mélange de trente parties d'acide stéarique, et de soixante-dix d'acide palmitique est déjà fu>ible à 5i>.

L'eau tenant des sels en dissolution présente des phénomènes du n^'m»* genre : le point de solidification est abaissé. (r4»stpour cela que l'eau donner*'' congèle à une tenipérature plus basse (|ue l'eau douce. Quand on ajoute deui pallies <le chlorure de sodium à cent parties d^eau, l'eau de la solution ne ^^ à l'état solide qu'à la température de — '1**,2; si la proportion de sel s'élève a 42 %, la congélation n'a lieu qu'à — 7o,2.

251*. £ballition des solutions salines. Influence de l'adhésion snr le point d'ebuUition. — I-kI présence d'un s<»l dans Teau retardt» aussi rébullition , hiiMi »|»'' l'eau seule se vaporise.

Pour h»s solutions «le sel marin, le point d'ébullition s'élève presque |m»|*'r' tionnellement à la quantité de s<^l dissous : aiiisi 7,7 **/„ de chlorure de s<Hiiuiii font monter le point d'ébullition de 4"; avec 39,7 j>arties de sel, réKAalii'n est de 8". Nous ne pouvons guère attribuer ces écarts du point d'ébullition dr .solutions salines qu'aux eflets de la cohésion ; il semble qur les molécules 'i» sel, en raison de l'attraction qu'elles exercent sur les molécules th* l't'aii. empêchent ces dernières de prendi*e la tonne gazeuse. Dans les alliagi*s, an iHtntraire, la force de cohésion qui unit entre elles les molémles de chaque nièni. parait être aflaiblie, et on s'<>xplique ainsi (Miunpioi les alli.iges sont en •lénêrjl plus fusibles que hîs métaux dont ils sont formés.

dette manière de voir est étayée par ce fait qut» le contact du liquide avei tu; corps solide, c'est-à-dire un simple eflet d'adhésion , suftit fiour cli.in;:«r l' point d'ébullition; la température à la<iuelle Ixïut un liquide varie, tii •'tl^'tun |>eu selon la nature du vase dans lequel on le chauffe. IMus la foire d'aiili*"

CIIANT.EMENTS d'kTAT DES CORPS. ^489

sion du liquide pour la substance du vase est considérable , plus le point d'ébullition est élevé : l'eau , pur exemple , bout à une température un peu plus grande dans un vase de verre que dans un vase de fer; son point d'ébuUition est ordinairement de lOl*» dans le verre, et seulement de 100® dans le fer. Quand on laisse la surface intérieure d'un vase de verre en contact avec de Facide sulfurique ou de la potasse caustique , la température d'ébullition de l'eau monte de 3 à 5 degrés, mémo après qu'on a lavé soigneusement le vase. Si, au contraire, on jette des fragments de métal dans le liquide, le point d'ébullition s'almisse aussitôt; ainsi , pour faire bouillir de l'eau à 100> dans un vase de verre, il suffit d'y introduire des fragments de platine.

252. Vaporisation des liquides au-dessous du point d'ébullition : évaporation. InOntnce de la pression sur l'évaporation. — Ce n'est pas seulement à la température de l'ébullition que les liquides volatils passent à l'état gazeux ; de leur ^ur&ce se dégagent continuellement des vapeurs à des températures bien plus basses que celle de l'ébullition ; on dit alors qu'il y a évaporation, L'évaporation diflere de l'ébullition en ce (|uc dans le premier cas les vapeurs ne prennent uaisjiance qu'à la surface, tandis qu'elles se forment' simultanément dans toute la ina.sse d'un liquide bouillant ou plutôt contre les parois du vase (cf. § 249).

L évaporation se produit à toutes les températures compatibles avec l'état liquide, mais ellee.st d'autant plus lente que la température est plus basse. Nous avons vu, § 250, que la diminution de la pression fait descendre le point d'ébullition , et (|ue dans le vide les liquides peuvent bouillir à des températures extrùmement basses ; de là nous devons conclure qu'en général, les liquides ont toujours une tendance à se vaporiser, et qu'ils ne sont maintenus à l'état liquide que grâce à la pression extérieure , aidée en partie, comme on l'a vu <lans le paragraphe précédent , à la fois par la cohésion et par l'adhérence aux corps solides.

En ajoutant de la chaleur à un li<iuide, on augmente sa tendance à passer à l'état gazeux, et on Unit ainsi par triompher de la résist^mce qu'opposent à la ^^porisation la pr(»ssion extérieure ainsi ([uc les forces de cohésion et d'adhésiori.

253. Influence de la cohésion et de l'adhésion sur la formation des vapeurs. ** On sait rpie la diflusion des gaz suit les mêmes lois cpie leur écoulement «lansle vide; il en résulte que l'évaporation d'un liquide ne peut être emprrfiée ni par la pression de l'atmosphère lii par celle d'un autre gaz, <|uelqu(* forte qu'elle soit.

Il n'en est plus de même pour les molécules situées dans Tintérieur de la inasi^e liquide ; le poids de ratmos])hèr(» pressi; sur elles comme le ferait un <^rps solide, car la couche superficielle du liquide remplit à l'égard des couches suivantes Toflice d'un piston. On comprend i\c< lors que la vapeur ne puis.se ^former au sein dt> la niasse liquide <pi'à partir du moment où sa tension de- ^nl capable de soulever cette sorte de piston ; c'est ca qu'on peut obtenir, soit eu diminuant la pression extérieure , soit ««n chautlant. La tninptlrature de ^^uUitioH sera donc celle pour lotpielle la vapeur possède une force êlas^

tique Ht) peu supérieure à /^ pression extérieiire, augmentée des fortt*it cohènion et d'aiihésion (Dalton), Ces deux dernières lorces sont les seule <jti le liquide ait à vaincre pour tioiiitlii- dans le vide.

[Les expériences de Si. Dufour ont inontri^ le retard de rébullitinn dertn ordinaire ou distilléo , comnio un fait général , quand on provoque l'ébulUlioa par la diminution de la pression, la température rcHtant coni^tante, et quf k liquide a subi anlérieurement plusieurs réchauirements , de uianière à débirrasser les solides tju'il baif^nc de la couche d'air qui y est adhérente; !«"(• tards observas vont jusrju u 20 et même 30 degrt^s.

M. Dufour pense qu'il y a lieu de modifier de la manière suivante l'iami de la loi de Uallon relative ù la température do l'ébullîtion :

» L'ébullition d'un litjnide à une pression déterminée peut se produire wt lement à partir d'une température minimum qni l'st celle où la force éWt que de sa vapeur fait <>quililire !x la pression extéiieurc. En d'autres '.emna l'ébulliliou est possible ii partir du point indiqué par la loi de Dalton : tm " elle se produit on réalité à dos températures variables, é(fale8 oti supérifure a à ce point-là , suivant les conditionti dans lesquelles ie liquide est placé.»

Parmi les causes qui provoquent l'élmllition A partir du minimum de tem* pératui-e où ce phénomène est possible , il timt placer en première ligne le «•• tact des paz. D'après M. Dufour, le contact dos solides n'a d'inlluenre i|uejHr la couche d'air qui y est adliéreute.

On ne peut pour ainsi diie pas faire bouillii- de liquide non en contait w nn corps solide ; c'est ce qu'on observe iinand un maintient des globules liquides en suspension dans un autre liquide de même densité.]

[2S3-. Etat sphéroîdal on colélacUon des liquides. IncomlmatlbUit» momantMi dw tiasua Tivants. — l'u phénomène dos plus romaiiiuablos se maniM' ifuand on introduit uti liquide volatil dans un vase préalablement chauffé â w température notaldeineut supt'hem* an pnint d'ébnilition du liquide, i' deridt'r, au lien ilc .vi> niotfre A iMnii' lir, so nssemble en nn ^dobulf liu^ pide, aux boiils arrondis et diVliiqiir* ti>s (Kig. 270), qui tourne sans ces* sur Ini-nième, et qui ne Unit pard^ {Kuiiitiv qu'au bout d'un tem|K av^ long. I^' liquide esl, comme un dit," l'rtiil «phi-riiiiliil , expn'ssiou imain' née par M- Bouligny.

tie phénomène, élndié ixnir l.i pf^ mière fois |iar I^ideufrosl, et ihi'<v< pai' nn certain nombre de physiiie».

an nimdiiv descpiels il tunvieiil 'if (riter M. Uontigny, s'cxplii|ue par l'.d" scnci' de cimlnii entre le liquide et la surlace chaude. L'expérience siiiviiiit' est pniltimte à cet égard : sur une plaque de métal poli, suflisamment vlanSt*

U tnrrue lurcluiilTw i

CHANGEMENTS d'ÉTAT HES CORPS. 491

'aide d'une lampe à alcoûl (Fig. 277). on projette une goutte d'eau qui prend »ît(\t l'état iipliéroîdel ; en plaçant une bougie demêro l'appareil, on voit «•distinctement la flamme briller entre le Rloliulr et la plaque. M. PogndorfT a reconnu de son ...'

lé qu'un courant élec- ,^ j^^

ique ne peut passer du ~•,'^ •fc-MÉBl*

[uide au métal , ce qui

ffit pour prouver qu'il

y a pas contact.

Quant à lu cause cgiii

Qp^che irn liquide vola-

de toucher une surface h-rlinude, elle réj^ido I

uw l'action de la cha- pir. xtt. — Eip.irj ur, qui diminue de plus iii«iJe f» i'*"i «i 1 plus radhésioii des liiiàe* aux solides. 11 arrive donc nn moment où le contact ces.«c d'avoir lieu ; le ipiule n'étant alors soumis qu'à l'inllucnce de sa culiésion, prend une forme Âèrique; en même temps il s'évapore ])ar sa -siitTare: de là, formation d'une >uclie de va)M.'ur qui s'interpose entre le i^lobnle et la surface surcliauffée. ■ chaleur n'est plus transmise an liquide que par rayonnement, et l'évapora- . ossufQl pour empêcher la température de s'élever jnsqu'au point d'ébullition. lui que snit le liquide expérimenté, sa teni peinture à l'état s)>héroïilal a toumrs iHé Imnvée inférieure à son point d'êhullition. Pour l'eau . par exemple. 1 lem|ii'-rature i-este au-dessous de 100"; pour l'éther, elle n'atleint pas 36". Ipour l'acide sulfureux liquide elle est plus liasse que — 10". Aussi peut-on Nigi-ler de l'eau, en la vei-sant dans une capsule de platine portée au rouge 1 mfermaiU de l'acide sulfureux liquide (Faraday).

Lm phénomènes île caUfurUon dont il vient d'élre question rendent compte 'an certain nomlire de faits qui paraissent inexplicables au pi-emiei' abord, inù, il est reconnu qu'on peut plonger la main dans du plomb fondu, toucher eb fonte en fusion, passer la langue sur un fer roufje, sans se brûler. Il fani foir suin li)uti<fois de [u-ociJder à ces expériences avec lialiilelé et rapidité. 'incnmbu.''tibilité moun-ntanée île la |M<au et des nmipieuses dans ces circimsiDati est due à ta pi-ésenic de l'Iiuuiiditii ipii recouvi-e cx's tissus; l'eau, en i^ncc «lu métal iniaiidescent, passe â l'état spliéroïdal, et emjuVlie le conicl. On fait bien, du reste, de mouiller préala})lement la peau avec de l'eau nu veux encore avec de l'éther. |

[253". Tapeurs non latnrées et Tapeurs à l'état de eatoration. — T^s i-aiieurs Ksèdcnt des propriété!' ilistiinles. suivant ipi'elles se trouvent ou non en court avec un excès de liquide tiénérateur ; dans le pivinier las, elles sont diles turét* et elles diffl-ieiit alors des gaz eu ce que , pour une lenqiératnre donie, on ne pe-ut faire varier leur fnire élastique, ni en augmentant ni en dimiunt leur volume.

Au contraire, les vapeurs fion suturée», c'est-à-dire non en contact avec un

492 CIÏALFXTl.

excès du H(iinde générateur, sont comparables aux gaz sous tous les rapportv] Nous avons vu que les gaz ont la propriété : 1« d'occupt^r un espace dont la grandeur est en raison inverse de la pression supportée par le gaz (1^1 il»» Mariotte); 2« de se dilater par la chaleur de telle sorte que raccroissemeiil de volume soit proportionnel à l'augmentation de températ\ire (cf. § 245).

On peut aisément prouver par Texpérience que les vapeurs non saturée*, comme les gaz permanents, obéissent à ces deux lois, la loi de MîH'iotte n toi d'ailleurs absolument exacte qu'entre certaines limites. Introduisons dans la cliambre barométrique un certain volume de vapeur d'un liquide, de l'êtlier par exemple, nous verrons aussitôt le niveau du mercure descendre |»ar ?uiy de la force élastique de cette vapeur. On peut, à volonté, augmenter ou (iiniinuer la pression, en enfonçant plus ou moins le tube barométrii|iuMl3n<: i^ bain de mercure que renferme la cuvette; on voit alors l'espace occupé jKirb vapeur varier en raison inverse de la pression , celle-ci étant chaque tm> r^'ale à la pression atmos[»héri(iue diminuée de la hauteur de la colonne merciiriellf .soulevée.

La loi de Mariotte applitpiée aux vapeurs est d'a\itant plus exacte qik- la pression est plus faible. Dans le voisinage de la pression qui fait repa^^^T Ir fluide aériforme à Tétiit liquide, la force élastique de la vapeur croît bien nioin* rapidement que le volume ne dimhme, et elle finit par attt»indre un maximiu» qu'elle ne peut dépasser, au moment où apparaît à la surface du niercuiv uiif couche du licpii^le volatil provenant de la condensation de |a vapeur, Si,«li«' les limites où la loi de Mariotte est applicable, on a déterminé une diniinulitHi de volume par Taugmentation de la pression, on peut rétablir le volume piiioitif, en élevant d'un certain nombre de degrés la température de respi»' •!'» contient la vapeur.

254. Force élastique des vapeurs à l'état de saturation. — Si on intnNlvii^ dans une série de tubes barométriques difl'érents liquides volatils, lt*ls ijuo '1' l'eau, de l'alcool, de l'éther, et s'il y a un (»xcés de liquide, on obser\«' f*'' la* dépression du mercure varie avec la nature de la substance introduit*^. \<^^ môme que la température est identique pour tous les tubes : le meniiri* ^•' tient ]ilus bas dans le tube qui renferme de l'éther que dans celui qui a n'^'' de l'alcool , et plus bas dîuis ce derniei- que dans le tube «ù se trouve IVan.

On nomme tension de la vapeur la force d'expansion en vertu de laqu»^lli^ filfait équilibre à une certaine colonne de mercure pour une température «loiin»^'. On peut mesurer la tension maxima ou force élastique îles vapeurs aux dill»rentes temi)ératures en opérant , comme nous venons de l'indiquer, r\*>t-â-»lin' en évaluant la hauteur de la colonne mercurielh» soulevée. Um» autre niéllu-l»* consiste à appliquer la loi énoncée dans le Jj 25IÎ, à savoir qu'un liipiide eiitp" en ébullition à la température pour laqueUe la tension de sa vapeur fait t'-{nilibre à la pression extérieure. Si donc on fait bouillir un liquide sous um* certaine pression , il sulTira de mesurer cettt» pnssion ainsi que la tem|»ératur' <rébulliti(U) |M)ur avoir la force élastique d«* la va|)eur à ladite teiii|K*ratur»- C't'st en se basant sur ce princi|)e que Dulong (»l Petit ont mesuré la tfiM"' maxima de la vapeur d'eau à dilléi-entes températun's. I-.es i-echerches le> |»l"*

ClIANCEMENTS D'ËTAT DES CORPS. 493

ctes et Ies4)lus rùcentes ont élé faites par M. Rognaiill et par M. Magniiii; s ont montré que la force Mastique de la vapeur croit bien plus rapidement ' la lempératiire.

otu reproduisonii danii le lablean suÎTant la partie des résuIlRts obtenu* par SI. Rc. oit, dont on peut avoir besoin pour cflcctucr les corrcctioua indïrjaëeB dans les MT et 34S reiatÏTCineut aux poids et aux dcnsilët, [ou pour enlenlcr la quantité de eni d'eau contenue Abu» un voliunu donn<! d'air, et par suite l'étal hygri/métrigye du

Tahit âaforea 4la*tiipiei de la vapeur d'eau depiiU — 10^ jusqu'à ItXfi.

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