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Sur le pouvoir rotatoire des solutions d’acide tartrique
G. Bruhat, M. Pauthenier
To cite this version:
G. Bruhat, M. Pauthenier. Sur le pouvoir rotatoire des solutions d’acide tartrique. J. Phys. Radium,
1927, 8 (3), pp.153-160. �10.1051/jphysrad:0192700803015300�. �jpa-00205287�
SUR LE POUVOIR ROTATOIRE DES SOLUTIONS D’ACIDE TARTRIQUE
par MM. G. BRUHAT et M. PAUTHENIER.
(Faculté des Sciences de Lille.)
Sommaire. 2014 Les auteurs ont déterminé expérimentalement la dispersion rotatoire de deux solutions étendues d’acide tartrique, l’une à 1 pour 100, l’autre à 0,25 pour 100.
Les mesures, faites avec
unarc au mercure, s’étendent de la raie jaune 03BB = 578 m03BC à la raie ultraviolette 03BB = 313 m03BC. Les deux solutions présentent encore la dispersion anor- male avec changement de signe dans l’ultraviolet. La comparaison de ces mesures à celles qui ont été réalisées par Nutting pour une solution concentrée montre qu’il y a, pour les concentrations inférieures à 1 pour 100 et pour toutes les longueurs d’onde, un accroisse- ment rapide, dû à l’ionisation, de la valeur algébrique du pouvoir rotatoire.
L’étude des diagrammes de Darmois montre que l’ion tartrique ne doit pas être considéré, au point de vue dispersion rotatoire, comme indépendant des deux consti- tuants dont on admet la présence dans les solutions concentrées. Dans la dernière partie du travail, les auteurs cherchent, avec Astbury, à interpréter les phénomènes par la
superposition des effets de deux groupements dissymétriques, existant à l’intérieur de la molécule d’acide tartrique, le groupement lévogyre ne pouvant être fixé dans sa structure dissymétrique que par l’action des molécules voisines.
1. Introduction. - On sait que la dispersion rotatoire dans le spectre visible de l’acide tartrique en solution aqueuse est anormale et présente un maximum : le pouvoir rota-
toire augmente, en mème temps que le maximum se déplace vers l’extrémité violette du
spectre visible, quand la concentration diminue. La variation de la dispersion rotatoire, en
solution dans l’eau pure ou en présence de sels, obéit à la règle de Darmois : on peut donc l’expliquer en admettant que les solutions contiennent deux types différents de molécules,
l’un dextrogyre et l’autre lévogyre, la proportion de molécules lévogyres étant d’autant plus grande que la concentration est plus forte. Comme les solutions étendues d’acide tartrique
donnent des abaissements cryoscopiques normaux (Raoult), elles doivent contenir unique-
ment des molécules normales COOH-CHOH-CHOH-COOH : c’est cette molécule qui forme le
corps droit. L’un de nous a proposé autrefois (1 ) d’identifier le corps gauche avec un poly-
mère de l’acide tartrique ; en partant du fait, établi expérimentalement, que les pouvoirs
rotatoires en solution aqueuse sont bien représentés par des fonctions linéaires de la con-
centration, et en appliquant la loi d’action de masse à l’étude de l’équilibre entre les deux
types de molécules, de Mallemann (2 ) a montré que la polymérisation doit se réduire à la formation d’une molécule double : il pensait d’ailleurs qu’il s’agissait de la formation d’un
éther-oxyde, avec élimination d’eau, plutôt que d’une véritable polymérisation,
Depuis ces travaux, un fait expérimental important a été apporté par les mesures de
Longchambon (3) sur l’acide tartrique cristallisé : il a trouvé, pour la dispersion rotatoire
des cristaux, une valeur très voisine de celle que les auteurs précédents avaient admise pour le constituant gauche des solutions, et il en a déduit que ce constituant gauche, qu’il appelle l’acide tartrique a, n’est pas un anhydride ni un éther interne, mais n’est autre que l’acide tartrique ordinaire, tel qu’il se trouve dans le cristal. Le constituant droit, qu’il appelle acide tartrique ~3, se forme aux dépens de l’acide a par dilution ou par élévation de température.
Il paraît naturel d’admettre que cette transformation d’acide x en acide ~ devient com-
plète lorsque la dilution devient infinie : c’est du moins la conclusion à laquelle conduit l’application de la loi d’action de masse lorsqu’on suppose que la forme a est un polymère
(1) BRUHAT (G.), Thèse, Paris (1914).
,1’) DE MALLEMANN (R.), J. Phys., t. 4 (1923), p. 18.
(3) LoNGCHAMBON (L.), Comptes Rendus, t. t78 (t924), p. 1828.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0192700803015300
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de la forme ~. On obtient alors le pouvoir rotatoire de l’acide tartrique ~ en extrapolant,
pour c
=0, les formules linéaires qui représentent la variation du pouvoir rotatoire des solutions en fonction de la concentration c. Lowry et Austin (1) ont fait remarquer que le
pouvoir rotatoire ainsi obtenu présente encore une dispersion anormale: d’après eux, il
passe par un maximum pour une longueur d’onde voisine de 4 :5001. Les anciennes mesures
d’Arndtsen (a) conduisent d’ailleurs à un résultat analogue : le pouvoir rotatoire extrapolé
pour c
=.0 d’après ces mesures continue à croître jusqu’à la longueur d’onde la plus
courte (4384 1) qu’elles ont atteinte, mais la courbe de dispersion présente, à partir de
.4 800 À, une inflexion très nette montrant qu’on s’approche certainement d’un maximum.
Il semblerait donc nécessaire d’admettre que l’acide tartrique ~ possède encore une dispersion anormale; mais alors l’explication des anomalies par l’hypothèse de- deux com- posants perd une partie de son intérêt, puisqu’elle n’explique plus que la variation avec la concentration sans expliquer complètement l’existence des anomalies de dispersion. C’est pourquoi Lowry et Austin préfèrent admettre que la dispersion de l’acide 8 est normale,
mais que les solutions infiniment diluées contiennent encore un mélange en équilibre des
deux acides oc et a. Malheureusement, il paraît difficile de comprendre, en se plaçant au point de vue des lois des équilibres physico-chimiques, à quel type de réaction peut corres- pondre une concentration en acide ~ qui soit, pour les c,oncentrations moyennes, fonction linéaire de la concentration totale c, sans tendre. vers zéro avec elle.
La discussion que nous venons d’esquisser repose sur l’extrapolation, pour c
=0, des
mesures d’Arndtsen et de Lowry-Austin, dans lesquelles la concentration est toujours
restée supérieure à 5 pour 100 et la longueur d’onde supérieure à 4358 Á. Il serait intéres- sant de disposer de mesures correspondant à des concentrations nettement plus faibles, et
à des longueurs d’ondes plus courtes, de façon à dépasser largement, du côté ultraviolet, le maximum présumé : nous avons essayé, dans le présent travail, de réaliser de telles
mesures.
2. Résultats des mesures. - Nos mesures ont été effectuées pour les raies ultra-
,violettes de l’arc au mercure, à l’aide d’un dispositif dont nous donnerons ailleurs la
description détaillée; nous en donnerons simplement ici le principe. Les différentes radia- tions sont isolées par un double monochromateur à prismes de quartz ; le polarimètre est
constitué par deux Glazebrooks collés à la glycérine ; un dispositif automatique permet d’enregistrer sur une plaque photographique une série d’impressions correspondant à des temps de pose égaux et à des positions de l’analyseur séparées par des rotations égales, de
l’ordre d’une dizaine de minutes. La mesure des noircissements au microphotomètre Fabry-
Buisson permet de tracer la courbe des flux lumineux transmis en fonction de l’azimut de
l’analyseur: l’azimut d’extinction est défini par le diamètre de cette courbe.
Les principales erreurs proviennent des lames de quartz, perpendiculaires à l’axe, qui
ferment la cuve polarimétrique, et en particulier des défauts de planéité et de parallélisme
de leurs faces; des différences d’épaisseur de l’ordre du micron produisent dans l’ultra- violet des rotations de plusieurs minutes. L’emploi des méthodes photographiques permet
heureusement de réduire sans inconvénient l’étendue du faisceau utilisé, et nous avons pu obtenir d’excellentes extinctions en le limitant par un diaphragme circulaire de 3 mm disposé
contre la lame d’entrée. Nous avons d’autre part employé, au lieu d’un tube polarimétrique
du modèle usuel, une cuve rectangulaire, que nous pouvions remplir et vider (par siphon- nage) sans la déplacer : on est ainsi certain d’utiliser la même partie des lames dans l’étude
préalable de la petite rotation que produit leur ensemble et dans la mesure de la rotation de la solution. Il nous est toutefois difficile, étant donné la qualité très moyenne de nos
lames, d’affirmer qu’il n’y ait pas eu là des erreurs de l’ordre de la minute.
Les mesures ont été faites par notre dispositif photographique pour les principales
raies de l’arc au mercure comprises entre 436 et 313 m~,; la cuve employée avait une lon-
gueur de 213 mm. Nous les avons complétées, pour les radiations jaune et verte du mercure,
(1) LOVRY j’r,-31 ) et AusriN (P.-C.), Comptes Rendus, t. 178 (i924), p. 1902.
(1) ARNDTSEX, Ann. Chim. et Phys., t. 54 (1858), p. 403.
par des mesures faites, pour un tube de 40 cm, avec un polarimètre de Landolt éclairé par
un monochromateur Bruhat.
,Nous avons d’abord étudié une solution d’acide tartrique dans l’eau à 1 pour 100, puis
une solution à 0,25 pour 1 00, obtenue en étendant la première d’eau distillée jusqu’à un
volume égal à quatre fois l3 volume initial. Toutes les mesures ont été faites à la i elllpé-
rature de 20ùC. Le tableau ci-dessous donne les rotations observées ac, ainsi que les pouvoirs
rotatoires spécifiques [a] qui s’en déduisent :
Les valeurs des pouvoirs rotatoires spécifiques sont également représentées par les deux courbes en traits pleins c
-0,01 et c
=-0,0025, de la figure 1.
La précision des mesures de rotation étant de l’ordre de la minute, l’erreur sur le pouvoir rotatoire spécifique est de l’ordre de 1* pour la solution à 1 pour 100, de l’ordre
de 3" pour la solution à 0,25 pour 100. Les erreurs sont peut-être un peu plus grandes pour
la raie 3i3 mp. : à cause de l’absorption déjà notable de l’acide tartrique pour cette radiation,
nous avons dû, pour ne pas dépasser pour chaque pose une durée de cinq minutes, rem- placer le diaphragme de 3 mm par un diaphragme de 5 mm; les pouvoirs rotatoires sont
d’ailleurs beaucoup plus grands en valeur absolue, de sorte que l’erreur relative n’est certainement pas augmentée.
3. Discussion des résultats.
-Nos mesures mettent nettement en évidence l’exis- tence d’une anomalie de dispersion de l’acide tartrique en solution aqueuse étendue : même pour la solution à 0,~~ pour 100, la rotation, droite dans le spectre visible, devierlt gauche
dans l’ultraviolet. Le tracé des courbes montre que le changement de signe de la rotation s’effectue vers 360 mit pour la solution à 1 pour 100, vers 350 my pour la solution à
0,9~ pour 100. On remarquera d’autre part la rapidité avec laquelle le pouvoir rotatoire croît, en valeur absolue, dans l’ultraviolet. Ce sont là les caractères déjà signalés par
Nutting (’) dans l’étude qu’il a faite de la dispersion rotatoire dans l’ultraviolet d’une solution concentrée (8,fi pour dOO en poids) d’acide tartrique : les pouvoirs rotatoires qu’il
a observés sont représentés par la courbe en traits pleins p
=0,~~6 de la figure 1. La com- paraison de nos résultats avec ceux de Nutting montre que, pour une longueur d’onde quel-
conque, le pouvoir rotatoire augmente toujours en valeur absolue avec la dilution, et que le maximum et le point d’inversion de la rotation correspondent à des longueurs d’onde
d’autant plus courtes que la dilution est plus grande.
C’est d’aiileurs le résultat qualitatif que donnent, pour les concentrations plus fortes,
les mesures dans le spectre visible; on s’en rendra compte par l’examen des courbes en traits pointillés de la figure 1 : les deux plus basses (p
=0,55 et p
=0,30) représentent
les mesures obtenues par Lowry et Austin (2) pour des solutions à 55 et à 30 pour i00 (en poids) d’acide tartrique; la plus haute (c= 0) représente les valeurs du pouvoir rotatoire
pour des concentrations nulles, déduites de leurs mesures par extrapolation linéaire. On
remarquera toutefois que nos mesures semblent indiquer, pour les longueurs d’onde des maxima, des valeurs nettement plus faibles que celles que prévoient Lowry et Austin; elles
s’accorderaient mieux, à ce point de vue, avec les résultats que fournit, pour une concen-
(1) NUTTÏNG (P.-G.), Phys. Reta., t. 17 (19ù3), p. 1.
(’) LOWRY (T.-.) et AUSTIri (P.-C.), Phil. 7rans. Roy, Soc. London, t. 222 (1922), p. 2q.
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traction nulle, l’extrapolation linéaire des anciennes formules d’Arndtsen (courbe en traits pleins c == 0). En ce qui concerne les valeurs absolues des pouvoirs rotatoires, les nombres que nous avons obtenus pour la solution à 1 pour 100 sont un peu inférieurs à ceux que
Fig. i.
fournit l’extrapolation des formules linéaires de Lowry et Austin; la différence, d’envi-
ron t8, c’est-à-dire de 5 à 10 pour 100, n’est guère supérieure aux erreurs possibles dans
nos mesures de rotations; on peut également l’attribuer à une erreur de notre part sur la
concentration, car nos expériences avaient pour objet de rechercher le maximum de la
dispersion plutôt que les valeurs absolues du pouvoir rotatoire, et nous n’avons pris
aucune précaution particulière en ce qui concerne la pureté de l’acide tartrique employé.
Mais, si les valeurs obtenues pour le pouvoir rotatoire de la solution à 1 pour 100
sont un peu inférieures à celles que prévoient Lowry et Austin, les valeurs obtenues pour la solution quatre fuis plus étendue sont, au contraire, nettement plus grandes : dans le spectre visible, les pouvoirs rotatoires augmentent de 45 à 75 pour 100 lorsqu’on passe de l’une à l’autre de nos solutions. La variation est cette fois très largement supérieure aux
erreurs expérimentales ; l’erreur sur la concentration n’intervient pas, puisque la seconde
solution est préparée en étendant la première à un volume connu. Nos mesures mettent
donc à nouveau en évidence le fait, connu depuis longtemps pour la raie D (1), que les
formules linéaires ne sont plus applicables aux solutions très étendues ; la variation du
pouvoir rotatoire avec la concentration devient plus rapide lorsque la concentration devient inférieure à 0,5 pour 100. Elles montrent comment ce même phénomène se retrouve tout le long de la courbe de dispersion rotatoire : pour une longueur d’onde quelconque, dans
le spectre visible ou dans l’ultraviolet, il y a à peu près autant d’intervalle entre nos deux
courbes, correspondant aux deux concentrations 0,25 et i pour 100, qu’entre .la courbe de notre solution à 1 pour 100 et la courbe de Nutting relative à une solution à pour 100.
4. Conclusions. - Au point de vue physico-chimique, la modification de la loi de variation du pouvoir rotatoire en fonction de la concentration indique l’apparition d’une
nouvelle réaction pour les concentrations inférieures à 1 pour 100 : il ne semble pas douteux
qu’il s’agisse de la dissociation électrolytique. C’est en effet pour ces concentrations que la proportion d’ions, calculée d’après les mesures de conductivité, commence à devenir appréciable ; d’ailleurs des mesures récentes de Vlès et Vellinger (2) indiquent que le pou- voir rotàtoire des solutions étendues pour la raie jaune du mercure varie bien suivant les lois qu’indique la théorie de la dissociation électrolytique lorsqu’on modifie le PH par addi- tion d’acide chlorhydrique ou de soude.
Il n’est donc pas possible d’attribuer une signification physique à la courbe de disper-
sion rotatoire qu’on obtient en extrapolant pour une concentration nulle les formules - linéaires d’Arndtsen ou de Lowry et Austin : la solution., infiniment étendue ne contient
plus, comme corps actif, que des ions tartriques divalents. Il parait probable que la dis-
persion serait alors normale : les solutions de tartrates neutres, qui, d’après la théorie
moderne des électrolytes, doivent être entièrement dissociées à toute concentration, ne présentent aucune anomalie de dispersion, même dans l’ultraviolet (Nutting) ; mais il
faudrait sans doute, pour faire disparaître les anomalies sans addition d’alcali, employer
des solutions 10 fois ou 50 fois plus étendues que les nôtres.
’
L’interprétation par l’existence de deux constituants a el p des variations du pouvoir
rotatoire des solutions de concentration supérieure à 5 @pour 100, ou des solutions conte-
nant des sels neutres, repose sur le fait que les droites qui leur correspondent dans le diagramme de Darmois sont parfaitement concourantes, comme le montre la figure 2 ;
cette figure reproduit le diagramme relatif aux raies 578 et 436 mp. de l’arc au mercure, publié
dans ce Journal par de Mallemann : nous avons toutefois porté en ordonnées, au lieu des
pouvoir rotatoires spécifiques, les pouvoirs rotatoires moléculaires. Les solutions très étendues contiennent un troisième constituant, l’ion tartrique ; il n’y a à priori aucune
raison pour que les droites qui leur correspondent concourent avec les précédentes. On peut pourtant essayer de tracer sur le mème diagramme la droite relative à l’ion tartrique, en portant en ordonnées les pouvoirs rotatoires moléculaires des tartrates neutres : c’est ce
que nous avons fait sur la figure 2 pour différents tartrates, en partant des valeurs données par Lowry et Austin. Il est remarquable que les droites obtenues passent à peu près par
le point de concours des droites relatives aux solutions d’acide tartrique. Nous avons tracé
un diagramme analogue pour les raies 578 et 313, en utilisant les quelques mesures de Nutting sur des tartrates neutres et sur une solution d’acide tartrique concentrée, et nos
(t) BREItER, Rec. 7rav. Chitn. Pays-Bas, t. 6 (988 ~), p. 258.
Cl) VLÈ8 (F.) et VELLiNGER (E.), Comptes Rendus, t. 180 (1925), p. 142.
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propres mesurer sur la solution à 0,25 pour 100 ; ici encore, les différentes droites sont à peu près concourantes (fig. 3).
Il serait évidemment prématuré de tirer des conclusions trop nettes de l’examen de ces
diagrammes, tant à cause de l’insuffisante précision des différentes mesures sur la raie 313mp.
qu’à cause de l’incertitude où nous sommes de la signification exacte des mesures sur les
Fig. 2.
sels neutres, et des raisons pour lesquelles les différents tartrates donnent des droites diffé- rentes (1), Mais on ne peut s’empêcher de trouver que des diagrammes, dans lesquels
(1) Cet article était déjà écrit lorsque nous avons eu connaissance d’une note de Vellinger -Comptes
t. 183 (3 novembre 1926), p. 7411 ] montrant que la dispersion rotatoire de l’acide tartrique tend
vers celle des tartrates lorsqu’on élève d’une façon quelconque le pH. àI. Yellinger remarque comme nous que, sur le diagramme de Darmois relatif aux raies ’a î 8 et 436 my, la droite des tartrates passe par le point de
concours de celles relatives à l’acide tartrique, et il en déduit comme nous que les solutions ne conüien,ent que deux formes fondamentales, correspondant à l’acide du cristal et à l’ion divalent. Il semble d’ailleurs, dans son interprétation, s’en tenir aux considérations classiques d’ordre purement chimique. Notre point de vue se rapproche davantage de celui qu’a exposé 12. Darmois [Bull. Soc. franr. Phys., (i926),n’ 238].
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