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Sur l’absorption dans l’ultra-violet des solutions d’acide tartrique : Influence de la concentration.
G. Bruhat, J. Terrien
To cite this version:
G. Bruhat, J. Terrien. Sur l’absorption dans l’ultra-violet des solutions d’acide tartrique : Influence de la concentration.. J. Phys. Radium, 1930, 1 (10), pp.351-364. �10.1051/jphysrad:01930001010035100�.
�jpa-00233035�
SUR L’ABSORPTION DANS L’ULTRA-VIOLET DES SOLUTIONS D’ACIDE TARTRIQUE :
INFLUENCE DE LA CONCENTRATION.
par MM. G BRUHAT et J. TERRIEN
(Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure).
Sommaire. 2014 Le but du travail est d’étudier comment varie avec la concentration
l’absorption des radiations ultra-violettes par les solutions aqueuses d’acide tartrique
droit. Les mesures ont été faites, par photométrie photographique, pour les radiations
03BB
=2804 Å et 03BB = 2537 Å de l’arc au mercure, purifiées spectralement par un monochro- mateur double
L’absorption est généralement différente d’un échantillon d’acide à l’autre, et elle peut
varier avec le temps par suite de l’attaque par la solution des parois de verre du fl con où on la conserve ou du tube où on la place pour les mesures. On s’est donc astreint à ne comparer entre elles que des solutions obtenues par dilution d’une même solution con- centrée et à opérer aussi rapidement que possible; les dernières mesures ont été faites dans des tubes de silice.
Les nombres obtenus ont été corrigés pour tenir compte de l’absorption de l’eau de la solution, qui a, chaque fois, été déterminée directement. On a souvent obtenu pour l’ab-
sorption de l’eau des valeurs deux à trois fois plus faibles que les valeurs classiques de Kreusler : il est donc certain que les nombres donnés par cet auteur sont trop forts dans la région 2800-3500 angstrôms.
La discussion des différentes formules théoriques proposées montre que c’est la loi de Beer qui doit vraisemblablement représenter le mieux les variations de l’absorption d’un
corps normal avec la concentration. Les résultats obtenus avec les tubes de silice ne
présentent pas, par rapport à cette loi, d’écarts supérieurs aux erreurs d’expérience ; les écarts sont d’ailleurs du sens et de l’ordre de grandeur prévus par la théorie de de Mallemann.
L’absorption des solutions d’acide tartrique, pour des concentrations allant de 0,16 à
3.3 mol. gr. par litre, suit donc aussi exactement la loi de. Beer que celle de n’importe quel
corps normal; comme l’étude précédemment faite des formules de dispersion rotatoire, l’étude de l’absorption indique qu’il n’y a pas lieu de conserver l’hypothèse de l’existence de deux formes différentes de la molécule d’acide tartrique.
I.
-INTRODUCTION
.
1. Le probléme de l’acide tartrique. - La dispersion rotatoire de l’acide tartrique,
étncliée pour la première fois par Biot en 1838, a paru nettement anormale, le pouvoir
rotatoire spécifique subissant des variations importantes sous l’influence de divers facteurs,
tels que la température, la nature du solvant, la concentration. L’interprétation d’Arndtsen
en 1858, qui fait appel à la superposition de deux dispersions normales, a été depuis adoptée par la plupart des nombreux auteurs qui ont travaillé sur ce sujet. On a admis que l’acide tartrique pouvait exister en solution sous deux formes, dont chacune corres-
pondrait à l’un des deux termes de la formule de dispersion ; lorsque changerait la propor- tion des deux variétés, les coefficients de ces deux termes seraient modifiés, faisant ainsi varier l’allure de la courbe de dispersion. Cette idée était confirmée par le fait que les.
dispersions rotatoires des solutions d’acide tartrique permettent d’établir un diagramme
de Darmois à droites concourantes, comme dans le cas d’un mélange de deux corps.
actifs.
Avec plus ou moins cl’arbitraire, on a supposé successivement que ces deux constituants
pourraient provenir d’une combinaison avec le solvant, d’une polymérisation, etc.; de nombreuses études n’ont jamais permis de mettre en évidence aucune de ces réactions;
plus récemment on a fait appel à l’isomérie dynamique, et diverses hypothèses ont
été émises sur la structure des isomères possibles (’ ). On peut ainsi rendre compte de
(1) G. BRUHAT, Traité de Polarimétrie, éditions de la Revue d’Optique, pp. 262 à 272.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01930001010035100
l’influence du solvant et de la température ; mais si l’on se borne aux changements de concentration, la loi d’action de masse prévoit que la proportion des deux isomères doit rester constante : il faudrait admettre qu’elle n’est pas applicable, puisque le pouvoir rota-
toire peut dans ces conditions passer du simple au triple dans le vert, au décuple dans le
violet.
2. Formules de dispersion rotatoire.
-A vrai dire, notre connaissance de cette
dispersion anormale était encore, il y a deux ans, fort limitée; ce n’est qu’en 1928 que des courbes de dispersion ont été déterminées avec précision dans l’ultra-violet, grâce aux
mesures faites par Descamps (1). Aucune des formules proposées jusqu’alors, pour repré-
senter les rotations observées dans le visible, ne rendait compte de ces nouvelles mesures.
D’ailleurs la détermination de quatre constantes d’une formule de Drude du type
à partir des rotations laisse toujours assez d’arbitraire. L’un de nous (2) a pensé atteindre
une certitude beaucoup plus grande en déterminant la constante ).0 par l’étude de l’absorp-
tion dans l’ullra-violet. Au contraire de ce qui se passe pour le pouvoir rotatoire, la varia-
tion de l’absorption avec la longueur d’onde ne dépend pratiquement pas des bandes
d’absorption situées en dehors de la région spectrale étudiée; elle a permis d’obtenir avec
une bonne précision la longueur d’onde de résonance )B0
=2330 Á. Cette même longueur
d’onde devait sans doute figurer dans la formule de dispersion rotatoire; les calculs faits ont entièrement vérifié cette hypothèse. La connaissance de ),o a permis de déterminer
sans arbitraire les trois autres constantes, et les formules obtenues, tout en exprimant avec
une exactitude comparable à celle des formules antérieures les rotations observées dans le
visible, ont le grand avantage de rester valables pour l’ensemble des mesures de Descamps
dans l’ultra-violet. De plus, on peut penser que cette formule, au lieu d’être purement empirique, a une signification plus intéressante, puisqu’elle établit conformément aux
relations de Drude un lien entre l’absorption et la dispersion rotatoire de l’acide tartrique,
la longueur d’onde qui figure au terme négatif ayant une interprétation physique bien
définie.
Ces formules ont été appliquées avec le même succès aux solutions aqueuses dont les concentrations vont de c
=0,01 à c
----0,5; or elles ne diffèrent que par de très petites
variations des coefficients A et B.
3. Interprétation des formules de dispersion rotatoire. - Si l’on admet que les variations du pouvoir rotatoire de l’acide tartrique sont dues à la présence en proportion
variable de deux formes différentes de la molécule de cet acide, on doit admettre que le coefficient B des formules de dispersion mesure la proportion de la forme gauche, à laquelle correspond la bande d’absorption ~o étudiée. Or ce coefficient varie de 17,78 à 18,2i, il ne
s’écarte pas de plus de 1,25 pour 9 00 de sa valeur moyenne 18. S’il y a une modification
quelconque, elle ne porte que sur une portion extrêmement faible des molécules. Des variations du même ordre, et même supérieures, ont été trouvées pour des corps comme le saccharose, le glucose ou le lévulose, et s’expliquent facilement par de petites déforma-
tions de la molécule, dues aux variations du champ moléculaire; le pouvoir rotatoire est
en effet, comme l’a montré de Mallemann, extrêmement sensible à ces petites déforma- tions, insuffisantes pour modifier l’absorption.
Ainsi chacun des termes de la formule de dispersion ne présente par rapport à la loi
de Biot que des écarts de faible importance ; les solutions d’acide tartrique ne nous parais-
sent fortement anormales que par la compensation approximative, purement fortuite, des
rotations composantes, qui donnent dans le visible une rotation totale dix à cinquante fois plus petite.
L’étude de la dispersion rotatoire conduit donc à penser qu’il n’y a aucun inconvé-
(1) R. DascAMpa, Thèse, Bruxelles, 1928.
(2) G. BRUHAT et R. LECRts, Ann. de Phys., 13 (~ 930)~ p. 5.
nient à renoncer aux interprétations physico-chimiques ,des anomalies de l’acide tartriqtie, interprétations qui se sont toutes heurtées à de très sérieuses difficultés ; les deux termes de la formule de dispersion correspondraient, non pas à deux molécules différentes, mais à
deux groupes d’électrons de la même molécule.
4. But du travail actuel.
-Il était intéressant de chercher à confirmer cette hypo-
thèse par l’étude d’une propriété optique autre que le pouvoir rotatoire. S’il y a dans l’acide tartrique deux constituants, et si la proportion de celui qui correspond à la fois au
terme négatif en 1/ (kil
-À02) des formules de dispersion et à la bande d’absorption ~.o
vient à varier, l’absorption moléculaire, dans les régions où elle ne dépend pratiquement
que de cette bande d’absorption, doit varier dans le même rapport. On avait déjà essayér
dans le travail cité plus haut, de comparer les absorptions de deux solutions de concentra- tions différentes ; mais les résultats de cette comparaison ne paraissaient pas très sûrs.
L’appareil employé - spectrographe Féry sur la fente duquel on formait, à travers la solution de substance absorbante, l’image de la source lumineuse,
-se prêtait bien à la
détermination simultanée des valeurs relatives des absorptions d’une solution pour toutes les raies du spectre, mais pour les raisons que nous développerons tout à l’heure,
-diffu-
sion de la lumière dans le spectrographe, déplacement en profondeur de l’image de la
source causé par l’introduction de la solution
-il était mal approprié à la détermination de leurs valeurs absolues.
Aussi avons-nous entrepris avec un montage différent une série de mesures destinées spécialement à étudier les variations de l’absorption avec la concentration. Nous nous sommes limités aux deux longueurs d’onde À
_2804 et X = 2537 A. et nous avons étudié
une série de solutions, dont les plus concentrées contiennent jusqu’à 50 gr d’acide, et les plus diluées 2,5 gr pour 100 cm3, limite de dilution à partir de laquelle on ne pourrait plus négliger la dissociation électrolytique. C’est à l’exposé de ces mesures et de leurs résultats
qu’est consacré le présent article.
II. MONTAGE ET MÉTHODE DE MESURE
5. Principe. - Le montage employé diffère surtout du montage précédent en ce que
l’appareil dispersif, placé primitivement après la cuve d’absorption, a été placé avant elle ;
mais la méthode de photométrie photographique employée est restée la même. Le principe
est donc le suivant : un faisceau parallèle de lumière monochromatique, d’intensilé constante, traverse successivement deux polariseurs et la cuve absorbante contenant la
solution, et donne enfin une image sur une plaque photographique. L’angle des directions principales des deux polariseurs permet d’affaiblir l’intensité du faisceau dans un
rapport connu ; en lui donnant des valeurs convenables, avec des poses d’égales durées, on
obtient sur la plaque des images dont les densités, mesurées au microphotomètre, permet-
tent de tracer la courbe de noircissement photographique. Si l’on remplace la cuve conte-
nant la solution par une cuve moins épaisse, ou par une cuve pleine d’eau, il faut pour obtenir les mêmes noircissements augmenter l’angle des sections principales des pola- riseurs, d’une quantité qui permet de calculer la différence des deux absorptions due
soit à la réduction de l’épaisseur traversée, soit à la substitution de l’eau.
,N ons avons traduit les résultats en densité optique par centimètre y ; le rapport des
intensités avant et après la traversée d’une épaisseur z cm de solution est donné par
6. Production de la lumière monochromatique. - Il était évidemment nécessaire pour notre dessein de se placer dans la région, qui s’étend de 3 600 à 2 400 Ã, où l’absorp-
tion ne dépend que de la bande dont la longueur d’onde )B0 correspond au terme négatif des
formules de dispersion rotatoire. Nous avons cherché d’autre part à réaliser des densités
optiques de l’ordre de 2 à 3, qui se prêtent le mieux aux mesures de la photométrie photo-
graphique, avec des longueurs à la fois maniables et facilement mesurables, c’est-à-dire
.qui ne dépassent pas quelques décimètres pour les solutions étendues, et ne d’eviennen pas inférieures au centimètre pour les solutions concentrées : cette condition oous conduisait à nous placer dans l’intervalle de longueur d’onde compris entre ~ 500 et
2800 A.
Dans cette région l’absorption varie très rapidement, la densité optique pouvant
croître de 20 pour 100 dans un intervalle de 10 À. Il est donc nécessaire que la longueur
d’onde de la lumière employée soit parfaitement définie. Cette condition est à peu près impossible à réaliser avec une source lumineuse donnant un spectre continu : c’est pourquoi nous avons adopté l’arc au mercure à enveloppe de quartz, et nous avons choisi
pour nos mesures deux des raies les plus intenses qu’il donne dans cette région, les
raies 2804 et ~53 7.
Un monochromateur simple n’eût pas suffi pour isoler l’une d’elles avec toute la
pureté désirable; on aurait eu, à cause de la diffusion inévitable dans tout spectrographe,
une quantité appréciable de lumière parasite, pouvant d’ailleurs avoir une longueur
Fig. 1.
d’onde très différente; ce défaut prend une grande importance pour la lumière diffusée venant des radiations très intenses du début de l’ultra-violet, qui non seulement ne sont
pas absorbées, mais produisent sur la plaque photographique une impression beaucoup plus forte que les radiations de la région ~~00-~~00 1. Si par exemple la densité optique y z est égale à 3, c’est-à-dire si la cuve ne transmet que i/1 000 de l’énergie qu’elle reçoit, il
suffit que la lumière incidente comprenne en plus 1/i 000 de lumière parasite non
absorbée pour que le flux total transmis soit 2/1 (l00 au lieu de ~/i 000 et que l’on comment
sur la densité optique une erreur absolue de l’ordre de log. 2
=0,3, c’est-à-dire une erreur relative d’au moins 1Q~ pour 100.
Il était donc nécessaire d’utiliser un monochromateur double : nous avons fait construire à cet effet un monochromateur du type de Van Cittert (1), utilisable
dans l’ultra-violet, avec des prismes de Cornu en quartz et des lentilles achromati-
ques quartz-eau (2) . La figure 1 en donne le schéma général ; une description détaillée a déjà été publiée ailleurs (1); le simple déplacement de la fente F dans son plan permet de
passer d’une radiation à l’autre, tout en conservant à la sortie un faisceau d’orientation et d’ouverture constantes, dont la pureté spectrale ne laisse rien à désirer.
7. Montage géométrique. - Le trou de sortie S’ du monochromateur, où se forme
en définitive une image rigoureusement monochromatique de la partie la plus lumineuse
de l’arc au mercure, laisse passer le faisceau à utiliser. Un objectif 0, (fig. 9) donne de S’
(1) P.-H. VAN CuiERT, d’Optique, 2 (1923), p. 51 ; 5 (1926), p. 393.
(2) L. et E BLOCH, Rev. d’Optique, 6 (1921), p. 31.
(~) G. BRUHAT, Rev. 9 (1930), p. ’193.
°
une image 1 à l’infini; sur le trajet du faisceau parallèle ainsi obtenu sont disposés le pola- riseur, l’analyseur monté sur un cercle divisé, et le tube contenant le liquide absorbant;
eufin un d’euxième objectif 02 donne sur la plaque photographique placée dans son plan local une image du trou S’.
Nous avons cherché à réaliser un montage tel que le diamètre de cette dernière image
ainsi que l’ouverture du faisceau qui la forme ne soient pas modifiés lorsqu’on interpose ou qu’on change la cuve absorbante. A cet effet nous avons choisi les ouvertures des objectifs
et de la cuve assez grandes pour que les deux diaphragmes qui définissent le faisceau, dans
le milieu compris entre les deux objectifs, soient les images 1 et A du trou S’et de la lentille
1/1, qui définissaient le faisceau dans le milieu qui précède l’objectif 01.
Nous avons cherché à obtenir dans la traversée du tube un faisceau parfaitement parallèle, en rejetant à l’infini le diaphragme 2. Dans ces conditions, la cuve se compor- tant comme une lame à faces parallèles dont l’épaisseur peut varier de 0 à 40 cm, l’image
finale est toujours aa point sur la plaque photographique, et chaque point de la plaque reçoit des rayons qui avaient la même orientation pendant la traversée de la cuve absor-
bante ; l’angle que font les rayons extrêmes dans l’air est égal au diamètre apparent de
Fig. 2.
-Montage géométrique. L’échelle des lonâueurs_est 10 fois celle des hauteurs.
S’ vu de 0, ; en réalité le trou S’ n’est pas couvert entièrement par l’image du trou S qui a 0,6 mm de diamètre (ceci facilitait les réglages du monochromateur~ ; cet angle est donc
Q,6 = 2013- ou ~3’. Les objectifs ont une ouverture de 1 cm et des distances focales de 9 et 90 150
6 cm; l’image obtenue sur la plaque a donc un diamètre de 0,6 X 6/9 _-_ 0,~ mm. Le microphotomètre n’en utilise qu’une partie centrale qui a un diamètre deux ou trois fois, plus petit ; les rayons réellement utilisés font donc entre eux dans la cuve un angle
d’environ 10’.
Les objectifs sont des triplets quartz-fluorine dont la distance focale ne varie pas de
~,,~ pour i 000 depuis l’extrémité rouge du spectre visible jusqu’à la partie utilisée de l’ultra-violet : la mise au point peut donc être faite par observation visuelle en lumière blanche. On emploie à cet effet le faisceau fourni par l’arc électrique A (fig. 1) et renvoyé
dans l’appareil de mesure, à la place du faisceau monochromatique, par l’introduction du
prisme à réflexion totale Q. On règle la position de l’objectif 01 par rapport au trou S’ en
s’aidant d’une lunette astronomique réglée pour l’infini, puis la position de l’objeclif 02 par
rapport à un verre dépoli substitua à la plaque photographique en s’aidant d’un petit microscope.
Les polariseurs sont des prismes de Glazebrook collés à la glycérine; ils conservent
leur transparence poor toutes les radiations ultra-violettes de l’arc au mercu re. Le second est porté par un cercle divisé permettant de lire le quart de minute, et le zéro à partir duquel on compte ses rotations est déterminé, avec une précision du même ordre, par l’observation visuelle en lumière blanche.
Les tubes de mesure sont cylindriques, de diamètre intérieur 14 mm, les longueurs
utilisées sont 5, 10, 20, 30, et 40 cm; les bouts rodés parallèles sont fermés par des galets
de quartz taillés perpendiculairement à leur axe cristallographique, l’un droit, l’autre
gauche. La mise en place des tubes se fait en substituant au faisceau ultra-violet le faisceau de lumière blanche donné par l’arc A et le prisme Q ; ce faisceau défini par le trou S’ et le
diaphragme D a une étendue un peu supérieure à celle du faisceau ultra-violet, et l’on
s’assure qu’il passe librement dans le tube et n’est pas diaphragmé par l’objectif 02.
8. Constance de la source. - Les mesures n’ont de sens que si l’intensité du fais-
ceau initial conserve une valeur constante pendant toute la durée d’une même série de poses. L’arc au mercure utilisé était une lampe Cotton à vif éclat, à enveloppe de quartz;
enfermé dans une boîte de bois, sans autre refroidissement que celui créé par le tirage
d’une courte cheminée, cet arc prend un régime très régulier ; toutes les deux minutes
environ, une goutte de mercure passe d’une électrode dans l’autre, les mettant en court-
circuit ; il a été remarqué (1) que pour des poses durant une minute, les variations d’inten- sité qui peuvent en résulter sont absolument négligeables. Nous avons contrôlé à nouveau
que l’impression photographique est bien régulière lorsque la tension moyenne aux bornes de la lampe reste constante.
Nous avons étudié de plus comment elle varie si, en modifiant les résistances en série dans le circuit de la lampe, on fait varier cette tension moyenne de quelques volts autour de la valeur normale qui est environ 30 volts; les points obtenus se groupent assez bien au voisinage d’une courbe qui montre que l’intensité croît avec le voltage; son logarithme augmente d’environ 0,1 quand la tension augmente de 1 volt. Ces variations ne semblent d’ailleurs pas assez fidèles pour qu’on puisse en tenir compte pour une correction du noircissement photographique. Il suffit heureusement, pour obtenir une constance satis- faisante de la tension aux bornes, de prendre quelques précautions simples : alimenter
l’arc par une batterie d’accumulateurs convenablement chargée, ne s’en servir que lorsqu’il
est allumé depuis assez longtemps, éviter les variations de température du laboratoire, et si le voltmètre marque une tendance à monter progressivement, agir très légèrement sur
le rhéostat de la lampe. On arrive ainsi à ce que le contrôle du voltage aux bornes ne
décèle pas, entre les cycles successifs qui séparent les chutes des gouttes rle mercure, de
changements supérieurs à 1 /~ de volt. De tels changements ne produisent pas, sur les
logarithmes des intensités, de variation supérieures à 0,025, et l’erreur relative à craindre
sur la mesure d’une absorption log IlIo ne dépasse certainement pas 1 pour 100.
Notre méthode de mesure fournit d’ailleurs par elle-même la vérification du fonction- nement régulier de l’arc, en même temps que de l’homogénéité de la plaque photogra- phique ; en effet chaque mesure comporte l’obtention de plusieurs courbes de noircissemenl photographique, et un contrôle très précis est fourni par le fait que les points obtenus pour
chaque courbe s’alignent bien (droite de noircissement normal) et que les courbes peuven bien être superposées par une translation parallèle à l’axe des logarithmes des éclaire-
ments.
9. Correction de l’absorption de l’eau. - La mesure porte sur des solutions
aqueuses d’acide tartrique ; il est donc nécessaire de connaître l’absorption de l’eau pour
en déduire celle de l’acide lui-même. Il n’a pas été publié, à notre connaissance, d’autres
mesures d’absorption de l’eau, dans la région qui nous intéresse, que celles de Kreusler (1).
En interpolant ses résultats et en les traduisant en densité optique y par centimètre, on
obtient :
Ces résultats sont relatifs à de l’eau fraîchement distillée et conservée dans des réci-
pients en verre d’Iéna; comme nous n’avions pas pris autant de précautions, nous aurions
dû avoir des absorptions plus fortes. A une valeur de y égale à 0,~1~ correspond, pour
un tube de 40 cm une densité optique yz
=0,48, donc une réduction de l’intensité (1) G. BRUHAT et R. LEGRIS, loc. ci t.
(2) H. liREUSLER, Ann. der Phys., 6 {4941), p. 420.
Contrairement à Findication donnée par TsukamoLo (Rev. 7 (1928), p. 402) les mesures de
Kreusler, faites avec deux épaisseurs différentes, tiennent compte des pertes de lumière par réflexion.
dans le rapport de 1 à 3 : nous avons constatc tout de suite que nous obtenions en général
des réductions moins fortes. l,es valeurs pour les coefficients
lion de reau entre 2 ,500 et 3 000.B. sont certainernent troll grandes: la raison en
est sans doute que les épaisseurs qu’il employait étaient trop faibles pour donner de ,bonnes mesures dans cette région.
Nous avons donc été conduits à mesurer, à différentes reprises, l’absorption de l’eau
’que nous employions. Nous avons obtenu, en comparant les intensités transmises par des tubes de 40 et de 5 cm, les valeurs suivantes de y :
On voit combien les résultats sont variables ; les divergences sont dues, d’une part à l’état
de l’eau choisie, d’autre part à l’altération qu’elle subit au contact des parois du tube de
mesure. C’est ainsi que la valseur très faible y
=0,000 (pour f, = 2 804) tient sans doute à
une altération de l’eau du petit tube causée par le remplissage et l’agitation nécessaire, pourlant réduite au minimum, tandis que la valeur particulièrement forte y r 0,0134 est
relative à une eau ancienne, ayant séjourné plusieurs semaines dans un grand, récipient
de verre.
Dans la plupart des cas l’absorption de l’eau n’est pas négligeable devant celle des solutions d’acide tartrique, comme on le verra par les exemples cités à la fin de ce para-
graphe ; elle devient très importante dès qu’on étudie des solutions assez diluées, surtout pour î, _ ~ 804 où l’acide lui-même est peu absorbant. Il est donc absolument nécessaire d’en tenir compte pour atteindre une grandeur propre à l’acide tartrique. Devant l’impos-
sibilité de connaître a priori l’absorption de l’eau, il nous a fallu la mesurer directement
après avoir fait chaque solution, la partie servant à cette mesure et celle jouant le rûle de solvants étant prises à la même masse d’eau. Le mode opératoire finalement adopté était
le suivant : emplir un grand bocal d’eau distillée et agiter; éviter par la suite toute agita- tion ; ne se servir que de cette eau, en la prenant loin des parois au moyen d’un tube de verre ; préparer une série de trois ou quatre solutions et les soumettre aux mesures le plus rapidement possible ; la mesure faite en même temps sur cette eau sert à calculer les ,corrections pour toute la série de solutions.
Voici comment nous avons calculé ces corrections : soit une solution, de masse spéci- fique d, contenant c gr d’acide et d - c gr d’eau par cm3 ; sa densité optique est celle de
l’eau ?/g; on peut en première approximation admettre que l’absorption de l’acide dans cette solution est
Les formules théoriques complètes exprimant l’absorption d’un mélange en fonction des données relatives aux constituants introduisent des facteurs qui dépendent des indices de
réfraction, mais dont la variation est extrêmement faible. On peut les négliger pour les solutions diluées dont l’indice est très voisin de celui de l’eau, et lorsque la cUIiC(’,lltI‘c.‘Zt1011 est plus grande, la correction de l’absorption de l’eau est trop faible pour exiger cette précision.
Voici par exemple les nombres obtenus dans une mesure relative à À = 2 804 Â, où l’eau a donné 0,0134, et où trois solutions étaient à l’étude, les concentrations étant
0,5, 0,~5 etO,l: 1
Pour. la solution à 10 pour 100 nous avons fait la mesure en comparant des longueurs égales de solution et d’eau pure, nous avons obtenu
1 ,0£ et L 0,94 y, - Ys - Ye + O,06Ye- = 0,023 + 0,0008
==0,024..’
Même avec ce mode opératoire la correction est supérieure à l’incertitude de la mesure.
260
On voit par ces exemples, où les corrections (d
--c)ye sont respectivement de
~i-,5 pour 100, 16 pour 1U0 et 35 pour 100, qu’il est essentiel de tenir compte de l’absorption
de l’eau.
,
III. - LES SOLUTIONS
>Nous avons vu combien l’absorption de l’eau pure est sensible aux moindres altéra- t’ons, les solutions d’acide tartrique ont montré elles aussi une diversité très capricieuse
dans leurs coefficients d’absorption; ce n’est que grâce à plusieurs améliorations apportées
tant dans le mode opératoire que dans le matériel utilisé, que nous avons pu obtenir des résultats réguliers. Nous allons montrer, avec la façon dont nous y avons remédié, les
erreurs pouvant venir du choix de l’acide cristallisé à mettre en solution, de la façon de
faire ces solutions, et de les conserver; enfin nous verrons l’influence des tubes de mesure
utilisés.
>
10. Préparation des solutions.
-Plusieurs solutions, cle même concentration,
laitues en dissolvant un poids donné d’acide tartrique droit cristallisé, soumises aux mesures
dès leur préparation ont donné des nombres toujours différents. Les échantillons recrislal- lisés au laboratoire ayant généralement présenté une absorption supérieure (1) à celle de rapide « pur pour analyses Poulenc », nous avons finalement fait les solutions en prenant
l’acide tel qu’il est dans les flacons livrés par Poulenc.
Mais malgré toutes les précautions prises pour éviter l’introduction d’impuretés,
mène avec le même lot d’acide, il est à peu près impossible de reproduire deux solutions
identiques par leur absorption ; les écarts extrêmes entre lis nombres obtenus sur des solutions fraîchement préparées atteignent 1~ pour 1 00.
Il est dane nécessaire, si l’on veut cojïtj)arer des solutions de différentes concentrations,
que celles-ci soient préparée.s par diliiiiort d’mte solution. La solution initiale est faite
en pesant, dans une fiole de 100 cm3, 50 gr d’acide cristallisé sec, à 1 cgr près, précision plus
que suffisante. On verse ensuite de l’eau distillée, choisie avec les précautions indiquées plus haut, sans emplir le flacon; la dissolution est faite à froid, en agitant le moins possible;
lorsqu’elle est terminée, on ajoute ua peu d’eau distillée, jusqu’à remplir exactement les . iOQ cm3 jaugés.
A partir de cette solution mère, des prélèvements sont faits, de volumes connus,
°
mesurés avec des pipettes graduées, et dilués de façon à fournir des solutions contenant
deux, cinq, dix, vingt fois moins d’acide dans 100 cm3.
Les concentrations ont été le plus souvent vérifiées en mesurant le pouvoir rotatoire
des solutions pour la raie verte X
=5461 À du mercure à l’aide d’un polarimètre Jobin et Yvon ; la température doit être prise dans le liquide au moment même de la mesure, et
cornparée à celle de la glace fondante à 1%10 de degré près; la correction de température dépasse en effet 1 pour 100 par degré pour une solution à 50 pour 100; elle est à peine plus iaible pour les solutions diluées. Le résultat a été comparé à celui obtenu par inter-
polii l ion des nombres de T. M. Lowry et P. C. Austin 1’ ) ; l’accord était réalisé avec une
’
précision supérieure au centième.
Il. Evolution des solutions.
-Les solutions, de différentes concentrationsx préparées comme nous l’avons dit, sont certainement comparables entre elles, lorsqu’elles
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sont fraîches ; mais sans que rien dans leur aspect ou dans la grandeur du pouvoir rota-
toire soit modifié, ces solutions s’altèrent dans les flacons où elles sont conservées; si l’on
mesure à quelques jours d’intervalle l’absorption de prélèvements faits sur la même solu- tion, les nombres obtenus augmentent toujours, dans une proportion qui peut atteindre
60 pour 100 et qui n’a rien de
régulier. Les divergences ont été surtout considérables sur
,
les premières solutions faites, qui avaient été versées dans des flacons ordinaires pour y (1) Pourtant, une purification soignée, l’évaporation se faisant dans une capsule de porcelaine, à 3~’, faite,sur une petite quantité d’acide gauche, a permis d’obtenir des résullats sensiblement égaux à ceux des meilleurs échantillons d’acide droit.
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(~) T.-:M. LOWRY et P.-C. of the roy. Soc. London, A. 222 (1922), p. 288.
être conservées avant les mesures. Nous nous sommes astreints par la suite à conserver les solutions dans les flacons jaugés en verre dur où elles avaient été préparées, et à ne
faire aucun transvasement. L’altération ne devient alors sensible qu’après quelques jours
Par exemple :
pour k = 2 804À et c = 50 pour 100 y
=0,133
trois jours après r~
=0,13(i augmentation : 2,3 pour 100 pour X == 2 537 Á et c
=15 pour 100 y = 1,65
deux jours après ~
=1,70 augmentation : 3 pour 100.
Il faut éviter coigneusement toute agitation inutile; ainsi une fraction d’une solution de concentration 15 pour 100, versée du flacon jaugé où elle a été préparée dans un flacon identique parfaitement propre et sec, et agitée quelques instants, a donné un nombre supérieur à celui de la solution initiale de 2 pour 100.
Ces derniers écarts sont assez faibles pour qu’on puisse espérer avoir, grâce à certaines
précautions, des solutions comparables à 1 pour 100 près. Toutes celles d’une même série étaient préparées le plus rapidement possible, en réduisant les agitations au strict minimum,
et étaient soumises aux mesures aussitôt. Dans les dernières mesures, l’ensemble de toutes
ces opérations ne s’est pas prolongé plus de six heures consécutives. Les nombres obtenus
se rapportent ainsi à des solutions toutes parfaitement fraîches, qui n’ont eu de contact
avec le verre des flacons que pendant leur préparation et les quelques instants qui ont précédé la mesure; on espère ainsi avoir une concordance satisfaisante (à 1 pour 100 près environ) entre les solutions étudiées.
12. Attaque des tubes de mesure. - Ces solulions étaient versées dans le tube de
mesure par une tubulure latérale. Les premiers tubes utilisés, en verre ordinaire, exer- çaient une action extrêmement sensible sur les solutions d’acide tartrique (romme sur
l’eau pure). Nous eu avons été avertis par l’incohérence des premiers résultats obtenus
avec ces tubes. Des expériences systématiques nous ont montré que si on laisse en repos la solution dans le tube, l’absorption que subit un faisceau lumineux passant dans la partie
axiale reste bien constante pendant plusieurs heures ; mais dès qu’on agite le liquide, d,~
façon à amener sur le trajet du faisceau les parties qui ont été en contact avec lec patois,
la densité optique augmente de 10 à 9 ~ pour 100, et quelquefois de plus de 30 poui 100 par le brassage complet qui consiste à vider le tube dans un flacon et le remplir à nouveau
avec le même liquide.
Il est bien difficile de s’affranchir de l’incertitude qui résulte de cette altération, lé remplissage du tube créant une agitation inévitable; il est d’ailleurs souvent nécessaire,
pour obtenir un milieu bien homogène et de température uniforme, d’agiter légèrement un
peu après le remplissage ; de toutes façons, les résultats obtenus sont toujours assez
discordants.
C’est pourquoi nous nous sommes procuré des tubes en silice opaque, à surface inté- rieure lisse, de mêmes dimensions et de même forme que les tubes de verre. Malgré
l’inaltérabilité chimique certainement beaucoup plus grande de ces tubes de quartz, nous
avons continué de prendre toutes les précautions imposées lors de l’emploi de tubes de
verre. Les résultats nous ont paru d’emblée parfaitement réguliers.
Il ne semble pourtant pas que les altérations soient complètement supprimées, et leur
mécanisme n’est pas encore élucidé. Notons que l’altération paraît plus forte sur, les
solutions les plus diluées ; enfin, il est très intéressant de remarquer que les différences relatives entre l’absorption de deux solutions différentes de même concentration diminuent très rapidement avec la longueur d’onde, c’est-à-dire à mesure que l’acide tartrique
devient plus absorbant : voici par exemple les nombres que nous avons obtenus, pour des radiations de plus en plus courte longueur d’onde, .en étudiant simultanément deux solu- tions différentes :
Différence pour 100 des abs,,rption-.
IV.
-RÉSULTATS DES MESURES
13. Résultats expërimentaux. -Pour chaque série de solutions, nous donnerons : 11 La densité optique par cm de la solution mère (de concentration 50 pour 100 le plus souvent).
2° Le rapport 2013~- fêtant la densité optique de la solution de concentration cl pour t00’
Y50
obtenue par dilution de la précédente.
~ .3° Le produit de ce rapport par le rapport inverse des concentrations 50 Y, qui
c ?/50
permettra de juger des variations de l’absorption spécifique avec la dilution. Tous les nombres donnés sont corrigés de l’absorption de l’eau.
a) JJlesures avec tubes de verre.
-De ces mesures qui ont été très nombreuses, nous ne- donnerons que les dernières, où l’expérience acquise a permis de prendre des précautions-
efficaces en vue d’opérer sur des solutions fraiches inaltérées ; on verra que l’attaque des
tubes de verre suffit pour faire diverger beaucoup les résultats, surtout pour == 2 t~0~~ A.
où l’absorption de l’acide n’est pas très grande.
TABLEAU I.
-À = 2 H04A. Tubes de verre.
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