ÉVAPORATION

L'action de la chaleur sur les corps solides et sur les liquides n'a pas seulement pour effet de faire passer la matière de l'état solide à l'état liquide, mais encore celui de transformer les liquides en gaz aériforme.

Cette dernière propriété est désignée sous le nom général de vaporisation, et l'on appelle vapeurs les fluides aériformes résul-

tant de ce changement d*état. Dans le cas où les vapeurs ne se forment que lentement à la surface des liquides, on dit que le liquide s'évapore et qu'il y a évaporation. L'évaporation est donc une production lente de vapeur à la surface des liquides.

Quand un liquide est mis: 1° au contact de Tair; ou 2f^ qu'il est placé dans un espace vide, il se dégage constamment de sa surface supérieure de la vapeur, dans i^ la vapeur s'intercale lentement entre les molécules d'air qui l'entourent, et dans 2® se répand rapidement dans le vide placé au-dessus de cette surface. L'équilibre ne s'établit et la production de vapeur ne cesse que lorsque l'atmosphère ambiante est saturée de vapeur ou que l'espace vide renferme cette vapeur avec le maximum de tension qu'elle peut acquérir à la température de l'expérience. Si Tatmosphère et l'espace vide sont limités, la saturation est possible et la formation de la vapeur a un terme» l'évaporation cesse ; s'ils sont illimités ou que le gaz se renouvelle sans cesse, la production de la vapeur est incessante et dure tant qu'il reste du liquide.

Giroonstances qui facilitent et accélèrent l'évaporation. — Ces

circonstances sont :

i« La température.

29 La proportion de vapeur du même liquide répandue déjà dans l'atmosphère ambiante.

3^ Le renouvellement de cette atmosphère.

4« L'étendue de la surface d'évaporation.

L'élévation de la température accélère l'évaporation par l'excès de force élastique qu'elle communique aux vapeurs.

EBULLITION, SES LOIS

Si la source de chaleur est assez active et placée au-dessous de la surface libre du liquide, on remarque que des bulles de vapeur plus ou moins grosses se forment à la partie inférieure de la surface du vase en contact avec la source de chaleur et pénètrent dans la colonne liquide en s'élevant rapidement. Partant de ce fait, on appelle donc ébullition la production rapide de bulles de vapeur dans la masse liquide et venant crever à sa surface. Particularités qui se présentent dans un liquide chauffé à sa partie inférieure, prenons l'eau pour sujet d'expérience; au début, des bulles se séparent du liquide et montent à sa surface ; ces bulles sont de l'air dilaté; puis enfm viennent des petites bulles de vapeur qui se forment sur tous les points de la surface chauffée, traversent les couches du liquide dont la température est moins élevée ; elles se condensent dans sa masse avant d'atteindre la partie supérieure.

C'est de la formation et de la condensation successive de ces premières bulles de vapeur que la masse liquide augmente en partie de température et qui donnent lieu au bruissement qui précède ordinairement l'ébullition ; puis enfin après toutes ces marques préliminaires, de grosses bulles de vapeur succèdent aux petites, s'élèvent également pour venir crever à la surface liquide : c'est alors le point précis de départ de l'ébullition. Ce phénomène donne lieu aux trois lois suivantes :

1*> Pour une pression donnée, l'ébullition ne commence qu'à une température déterminée qui varie d'un liquide à un autre, mais qui est toujours la même pour le même liquide maintenu dans les mêmes conditions de pression.

Ainsi l'eau soumise à la pression de 0™,76 bout à 100<>, et c'est à iOO<> que la tension maximum de Teau distillée est égale à 0°»,760 d'une colonne de mercure et c'est à ce point normal de la pression atmosphérique qu'est placé le point d'ébullition. De Teau placée dans une atmosphère raréfiée laquelle n'exerçant plus qu'une pression de 91"*°*,98 bout à 50® et réciproquement d'après la loi de Daiton, À une température de 50<», correspond une pression de 9l°*",98. Toute variation à cette loi est l'indice que le liquide employé est composé de plusieurs liquides inégalement volatiles ou bien d'un liquide qui se décompose progressivement sous l'influence de la chaleur.

2<* Quelle que soit l'intensité de la source de chaleur, dès que l'ébullition a commencé, la température du liquide reste stationnai re.

3*^ Pendant le phénomène de l'ébullition, la pression du fluide ou la force élastique de sa vapeur est égale à la pression extérieure qui s'exerce à sa surface.

Tableau d'ébullition de quelques liquides et corps à la pression de 0'°,760.

Acide sulfureux iO«

Lther chlorhydrique !!•

Acide sulfurique anhydre 25»

lilner sulfurique pur 35",5

Sulfure de carbone 48»

Chloroforme 63o,5

Alcool 79o,7

Benzine 80*

Acide azotique 86«

Eau distillée 100*

Essence de térébenthine 157«

Phosphore 290«

Acide sulfurique concentré 325«

Mercure (au thermomètre & air) 350»

Soufre 400»

Cadmium (Sainte-Glaire Deville et Troost). . '860»

Zinc (Sainte-Glaire Deville et Troost) .... 1040°

INFLUENCE DES SUBSTANCES EN DISSOLUTION DANS LES LIQUIDES SUR LA TEMPÉRATURE d'kBULLITION

Toute substance en dissolution dans un liquide lorsqu'elle n'est point volatile, ou qu'elle Test moins que le liquide retarde le point d'ébullition d'autant plus que la dissolution est plus concentrée; la nature des vases, ainsi l'on a remarqué que dans un vase en verre le point d'ébullition sous la pression normale de 0'"760 peut être porté à ICI® et même 105<> quand les parois du vase ont été lavées avec de l'acide sulfurique concentré, M. Gay-Lussac attribue cette particularité à la cohésion du verre avec l'eau; l'absence de l'air ou d'autre gaz en dissolution dans le liquide sont également des causes de retard. Ainsi, pour les substances en dissolution dans l'eau, il a été constaté que Peau saturée par les sels suivants bout à des températures bien difTcrentes :

Eau saturée de sel marin, c'est-à-dire que chaque litre de cette eau renferme 350 grammes de sel, ne bout qu'à 109<^.

Saturée d'azote de potasse, ne bout qu'à 116®.

Saturée de carbonate de potasse, ne bout qu'à 135**.

Saturée de chlorure de calcium, ne bout qu'à 179°.

Pour le lessivage des condenseurs on emploie la potasse ou la soude afin d'élever le point d'ébullition.

Dans les vases de verre, où la température d'ébullition peut être portée à 106°, il suffit d'ajouter un simple fragment métallique pour ramener le point d'ébullition à 100® sous la pression de 0'»,760.

Influence de Tabsence de l'air sur la température d'ébullition. — L'eau contient en moyenne le 1/20 de son volume d'air en dissolution sous la pression de 0°*,760, Aussitôt que l'on raréfie l'atmosphère placée audessus de sa surface, on voit de nombreuses petites bulles apparaître au contact des parois intérieures du vase.

^S' *75. Ces bulles ont deux origines ;

elles proviennent : 1® de la couche gazeuse adhérente aux parois, et cette couche d'air est d'autant plus importante que les surfaces métalliques sont plus rugueuses ; c'est ce qui indique que les surfaces de chauffe des

chaudières doivent présenter les aspérités de la tôle naturelle et que des tôles polies seraient désavantageuses dans la construction des chaudières.

Quand le vase est en verre l'élimination de Tair contre les parois peut être obtenue par le lavage que nous avons déjà indiqué et par des ébullitions successives, et dans ces conditions le contact de l'eau avec les parois existe complètement; l'expulsion complète de l'air renfermé dans la masse d'eau est toujours imparfaite et les expériences qui ont été faites par M. Donny, physicien de Gand, l'ont été dans cette condition. 11 prit un tube de verre de diamètre étroit ayant subi les préparations de nettoyage et de lavage indiquées à cet effet. Ce tube est muni de trois boules à l'une de ses extrémités et renfermant une petite quantité d*eau distillée bouillie comme il a été dit, le tube est ensuite fermé. Toutes les précautions ayant été prises, l'air étant expulsé préalablement par des ébullitions successives, ainsi que l'air renfermé dans l'espace libre du tube ; on plonge l'extrémité du tube renfermant l'eau dans un bain de chlorure de calcium dont la température de Tébullition est de 179® ; comme la température de ce dernier peut être portée à une température un peu inférieure à 179'» sans atteindre l'ébullition, à l'aide d'un thermomètre, on pourra donc suivre ce qui se passera dans le liquide soumis à l'expérience et noter exactement le point de la température correspondant à son ébullition. Dans ces conditions, on a constaté que le point d'ébullition de l'eau s'élevait à 135**, avant, l'eau était inerte, mais à ce point précis l'eau est violemment projetée dans les trois boules et le choc est amorti par leurs volumes croissants, sans adjonction des boules, le tube serait brisé.

L'absence de l'air dans le tube et dans la masse constitue donc la cause de ce soulèvement de l'eau.

Comme résultat pratique et conséquences à tirer de cette expérience : c'est que dans les chaudières à vapeur tout en conservant leurs surfaces propres; c'est-à-dire non recouvertes de couches épaisses de dépôts salins-calcaires, il faut conserver une certaine rugosité à leurs surfaces verticales baignées par le liquide, à leur surface de chauffe, et si l'on doit rester sous pression, ou plutôt comme l'expression maritime consacrée à cette position, rester sous les feux, il faut alimenter ailn d'avoir toujours de l'eau renfermant de l'air. 11 pourrait résulter des inconvénients à rallumer une chaudière qui aurait déjà servi et dont l'eau n'aurait pas été renouvelée ni aérée par une alimentation partielle. 11 est à remarquer que tous les accidents que Ton signale aux chaudières des locomotives se produisent toujours au sortir des dépôts : il se produit des explosions tellement violentes que les débris sont projetés avec une force extraordinaire et que l'expression explosion rend parfaitement l'idée du fait qui se produit.

Un excès de pression donne lieu à une déchirure, à une déformation dans les parties les plus faibles, les moins résistantes, ce qui peut arriver quand ces parties sont portées à une température anormale, il y a fuite dans ce cas, mais non explosion. Ces explosions sont une vraie détonation, il y a donc une cause anormale qui les produit, et cette cause ne faut-il pas la rechercher dans l'état particulier de Teau. Y eût-il incertitude qu'il est prudent d'éviter le cas particulier qui semble les faciliter.

Influence de la presBion sur la température de Tébullition. — Encore une des causes qui fait varier le point d'ébullition c'est la pression, ambiante du moment. A 100<» l'eau distillée sous une pression de 0°*,760 bout, et il est parfaitement établi, par de nombreuses expériences, que le degré de ce point varie avec les pressions qui varient avec l'altitude, variations de pressions que l'on peut aussi obtenir à l'aide des pompes pneumatiques munies d'un baromètre indiquant les variations de pression.

Sur le mont Saint-Bernard où la pression atmosphérique n'est plus que de 0°»,550 à 0™,570, la température de l'eau correspondant aux points d'ébullition indiqués n'est plus que de 90 à 95**.