MELANGE AVEC LES UQUIDES

n. Mélange des gax avee les liquides.

S76. Lorsqu'un gaz est mis en contact avec un liquide, l'eau, par exemple, il peut y avoir action chimique, et le gaz disparait et se dissout en se combinant avec ce liquide. Quand il n*y a pas action chimique, une partie du gaz est encore absorbée, mais elle est très petite. C'est ainsi que Teau naturelle contient toujours un peu d'air, comme on peut le reconnaître par divers moyens. C'est là un phénomène physique ; car la masse d'un même gaz ainsi mélangé avec un liquide, varie d'une manière continue avec la pression, et il suffit de faire le tide autour du liquide pour qu'il abandonne le gaz logé dans ses pores.

Ce gaz apparaît alors sous forme d'une multitude de petites bulles qui montent à la surface. C'est par ce moyen que Boyle, et après lui les académiciens de Florence, découlent l'air dissous dans l'eau. L'air se sépare encore de ce liquide par une forte compression et par la congélation ; de là l'origine de ces petites bulles allongées dont se trouvent souvent criblés les blocs de glace.

D'autres liquides que l'eau possèdent la propriété de dissoudre certains gaz. Le mercure n'est pas dans ce cas : il ne se mélange, sans action chimique, atec aucun gaz;

Quand on veut recueillir les gaz dissous dans un liquide, et en mesurer l.i luantité, on remplit avec ce liquide un ballon de verre V [fig. 325), muni d'un lobe de dégagement également rempli de ce liquide, et on le porte à l'ébullition pendant quelques minutes. Les gaz dissous se séparent, et on les recueille dans one éprouvette graduée e, placée sur le mercure. En faisant l'analyse du mélange recueilli , on connaît ensuite la proportion de chacun des gaz, qui se trouvait dans le volume de liquide sur lequel on a opéré.

377. Lois dn mélange des gaz avec les llqnldes. — \° La température ^iont constante, un liquide dtssovt toujours une même fraction de son volume i'vn gaZj quelle que soit la pression extérieure de ce gaz, le volume dissous ilont rapporté à cette pression. Cette loi, trouvée en même temps par MM. Dalton et Henry de Manchester, peut s'énoncer ainsi : les poids d'un ^éme gaz dissous sont proportionnels à sa pression. On peut encore dire qu il y a un rapport constant, quelle que soit la pression, entre la densité du gaz et ^^lle de V atmosphère du même gaz qui se trouve au-dessus du liquide après

Fig. 325.

CORPS GAZEUX

Vabsorption, Ce rapport se nomme le coefficient d'absorption du gaz. Pour l'acide carbonique, 1 oxygène, l'azote et Fhydrogène, ce coeflGcient est égal h i ; 0,046 ; 0,025; 0,02, à la température de 10° à 12°.

2® Lorsque plusieurs gaz se trouvent en présence d'un même liquide^ chacw d'eux est absorhé comme s il était seul. Cette loi, due à M. Dalton, signifie que la quantité absorbée de chaque gaz est proportionnelle à sa pression particulière dans le mélange gazeux après ï absolution, et la même que si les autres gaz n'existaient pas. C'est pour cela que l'air dissous dans l'eau est plus riche en oxygène que l'air atmosphérique, qui contient 0,21 de ce gaz et 0,79 d'azote. En effet, l'eau dissout 0,046 d'oxygène rapporté à la pression particulière de. ce gaz dans l'atmosphère, c'est-à-dire à la pression H X 0,21 , H étant la pression atmosphérique ; sous la pression H , ce volume serait 0,046 X 0,21 = 0,00966. L'eau dissout 0,025 d'azote sous la pression H x 0,79, ou bien un volume 0,025 X 0,79 = 0,01975 à la pression H. L'eau -contient donc 0,00966 d'oxygène contre 0,01975 d'azote, ce qui fait environ 33 pour cent d'oxygène et 67 d'azote ; ce que l'expérience confirme. C'est au moyen de l'oxygène dissous dans l'eau que respirent les poissons et les autres animaux aquatiques. 398. Expériences de M. Bnnsen. — Les lols qui précèdent ont été soumises à de nouvelles vérifications, par M. Bunsen, au moyen d'une méthode beaucoup plus précise que celles qui avaient pu être employées avant lui ; il a étudié, en outre, l'influence de la chaleur sur le coefficient d'absorption * .

La fi g. 326 représente l'appareil destiné à mesurer l'absorption. Le mélange du gaz avec le liquide se fait dans une éprouvettc renflée dans sa partie moyenne H et calibrée avec soin. L'extrémité inférieure porte une virole à vis, représentée à part en V, qui s'ajuste dans un écrou e, de manière qu'on peut, en faisant tourner la vis, appuyer fortement l'ouverture de l'éprouveltc contre une plaque p garnie de caoutchouc vulcanisé. La pièce ep s'ajuste dans une cavité du pied de l'appareil. Un manchon en verre nn enveloppe le tube; il peut se fermer au moyen d'un couvercle c qui s'appuie sur l'éprouvetle et sert à la maintenir.

Avant de la visser à la pièce ep, on remplit l'éprouvetle de mercure sec, et la renversant sur la cuve à mercure, on y fait passer une certaine quantité de gaz

Fig. 320.

1 Annales de chimie et de physique^ 3<^ série, t. XLIIL p. 496.

MÊL\NGË AVEC LES UQUIDES. 359

bien sec, dont on mesure le volume, la pression et la température. On y

introduit ensuite de Veau purgée d*air par rébullition, au moyen d*un flacon

muni d*un bec qu'on a scellé pendant que l'eau était bouillante, et dont on brise

la pointe sous le mercure. On visse ensuite la pièce e/>, sous le mercure, après

quoi on l'ajuste au pied de l'appareil. On verse ensuite dans le manchon, du

mercure dont on peut faire varier le niveau au moyen du tube latéral / et du

robinet r, puis de l'eau. On dévisse ensuite un peu l'éprouvette pour que

l'équilibre de pression s'établisse entre son intérieur et le manchon, puis on

l'abaisse de manière à la fermer, et on agite vivement l'appareil pour dissoudre

le gaz. On ouvre de nouveau l'éprouvette pour rétablir la pression à l'intérieur,

on l'agite après l'avoir refermée ; et ainsi de suite, jusqu'à ce que le volume du

gaz ne paraisse plus diminuer. On observe alors ce volume, la température,

donnée par ie thermomètre ô, et la différence des niveaux de l'eau et du

mercure dans l'éprouvette et dans le manchon.

Supposons que la température n'ait pas varié, et désignons par V et P le volume et la pression du gaz au commencement de l'expérience, par v et p les mêmes quantités à la même température à la fm, et par u le volume du liquide. La température n'ayant pas varié, les pressions pourront être prises pour les «lensités, la masse du gaz avant l'absorption sera VP, et après l'absorption, ^P+upx, en représentant par x le coefficient d'absorption. Égalant ces deux

^eurs, on aiu'a x = — ( v).

Par cette méthode, M. Bunsen a reconnu que les lois de MM. Dalton et flenry sont exactes, dans les mêmes limites que la loi de Mariette pour l'air. I^ vérification de la loi pour les mélanges gazeux s'est faite en comparant la imposition du mélange après l'absorption, déduite de cette loi, avec celle que donnait l'analyse chimique.

^ La chaleur modifie en général le coefficient d'absorption. M. Bunsen a déduit ^'expériences faites sur divers gaz, de 0"" à âO"", les formules empiriques Suivantes :

-^«ote a = 0,020346 — 0,00033887 ( + 0,00001 H SOf-'

^^yle. a = 0,3U74 — 0,0010449 i + 0,000025066<2

^Jde de carbone a = 0,032874 — 0,00081632< + 0,000016421 <2

^aïdesmarais a — 0,05449 — 0,0011807 i + 0,000010278(2

^^thyle a = 0,0871 — 0,0033242 ( + 0,0000603 (2

^aïoléfianl a = 0,25629 — 0,00913631 ( + 0,000188108(2

Acide carbonique a = 1,7967 — 0,07761 ( + 0,0016424 (2

Le coefficient d'absorption du ^az hydrogène, égal à 0,0193, ne varie pas ^«isibleraent avec la température. Celui de Voxygène n'a pu être obtenu par la "ïélkode ci-dessus, le gaz pur étant absorbé par le mercure. M. Bunsen a

360 CORPS GAZEUX

procédé en faisant Tanalyse de Tair extrait de l'eau ; et ayant trouvé les i résultats, de i"" 4 23"", il en a conclu que les coefficients de ces deux gaz varient de la môme manière avec la température, et que le rapport de ces coefficients est égal à 2,02^5. Si Ton désigne par A le coefficient de l'air, para celui de Tazote et par o celui de l'oxygène, et si Ton admet que 100 d'air en volume contiennent 20,96 d'oxygène et 79,04 d'azote, la loi conduit i la formule A = 0,2096 o -+- 0, 7904 a .

M. Carius a appliqué la méthode de M. Bunsen à la détermination des coeflficients d'abso'rption de divers gaz par l'alcool absolu entre 0° et 25**, et il les a représentés aussi par des formules empiriques de la forme a = a — pf +7^'. Pour Yoxygène et Yaiote, a est indépendant de t. Enfin, M. Scliœnfeld a éwlué par la méthode chimique, les coefficients d'absorption dans l'eau, du chlore, de l'acide sulfureux et de l'acide sulfhydrique, entre 0° et 20"*; et MM.Roscoeei Dittmar ont opéré, par une méthode spéciale, sur l'acide chlorhydrique et le gaz ammoniaque. Pour ces deux gaz, dont l'eau dissout jusqu'à 500 fois son volume, il y a action chimique entre le gaz et l'eau, et les lois de MM. Henry et Dalton ne s'appliquent plus. Ces lois paraissent convenir cependant encore à des gaz dont l'eau prend plusieurs fois son volume, comme l'acide sulfureux, dont le coefficient est environ 50.

379. Problème. — Etant donnés plusieurs gaz mélangés, renfcnnés dans un vase clos qui contient un liquide pur dont le volume est v, on demande la quantité de chacun de ces gaz qui sera absorbée par le liquide.

Soit V le volume du mélange gazeux, d, d\ d" les densités qu'y possèdent les divers gaz; a, a', a" ... leurs coefficients d'absorption, et enfin a:, x'.x'..les densités inconnues des gaz qui restent dans le volume V après l'absorption. Ces densités seront ax, a'x\ a'x"..., dans le liquide; et comme chaque gai se comporte comme s'il était seul , et que sa masse ne change pas, on aura les équations Vd = Vx -f vax ; Vrf' =^x' -k-va'x' , Vd" = Vx* 4- vc'j', pour déterminer x, x\ x\,., et, par suite, les quantités absorbées vax, va'x'y va^x" ...

380. Conséquences. — Il résulte dcs lois qui précèdent que, si un liquide satui^é d'un gaz est porté dans une atmosphère qui en contient moins que celle dans laquelle la dissolution s'est fiiite, une partie du gaz dissous se dégagera, jusqu'à ce que le rapport des densités du gaz extérieur et du gaz dissous soit égal au coefficient d'absorption. Si l'atmosphère extérieure ne contient pas do gaz dissous et est indéfinie, tout le gaz disparaîtra de la dissolution. C'est pour cela que le gaz hydrogène recueilli dans une éprouvette reposant sur l'eau, se trouve bientôt mêlé d'air et d'azote, qui se dégagent de ce liquide pour se répandre dans un espace qui n'en contient pas. Comme l'eau est en contact avec l'air atmosphérique en dehors de l'éprouvette, et tend toujours à se saturer, le gaz qu'elle perd au-dedans lui est restitué à l'extérieur, ce qui fait que l'éprouvette en reçoit une nouvelle quantité, et cela jusqu'à ce que l'air intérieur ait une pression égale à celle de l'atmosphère. En môme temps le gai