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Mémoire)
L. Dunoyer
To cite this version:
L. Dunoyer. Sur la fluorescence des vapeurs des métaux alcalins.(1er Mémoire). Radium (Paris), 1912,
9 (5), pp.177-186. �10.1051/radium:0191200905017700�. �jpa-00242545�
MÉMOIRES ORIGINAUX
Sur la fluorescence des vapeurs des métaux alcalins
(1er MÉMOIRE)
Par L. DUNOYER
[Université de Paris.
-Laboratoire de Mme CURIE.]
1
1.
-Les observations nouvelles dont il s’agira
dans ce mémoire et le suivant peuvent être rangées en
trois catégories. Les premières sont relatives à la
fluorescence de la vapeur de sodium, et, particulière-
ment, aux conditions dans lesquelles cette fluorescence
se produit, en revêtant, suivant ces conditions, diffé-
rents aspects. Ces observations paraissent de nature à
fournir un guide pour l’interprétation de certains
résultats remarquables obtenus par M. Wood. Elles
me donneront l’occasion de résumer et de discuter l’ensemble des recherches faites jusqu’à présent sur
la fluorescence de la vapeur de sodium. Elles ont, en outre, quelque rapport avec des observations récentes de M. Wood et de ses collaborateurs, au sujet de
l’action qu’exercent certains gaz, en apparence inac-
tifs, sur les vapeurs fluorescentes.
J’indiquerai ensuite les mesures spectroscopiques provisoires que j’ai faites sur la fluorescence de la vapeur de rubidium, au sujet de laquelle il n’a
encore paru, à ma connaissance, qu’un court article
de M. Taylor Carter. Je signalerai le résultat à peu
près négatif que j’ai obtenu avec la vapeur de césium.
Enfin je donnerai les résultats de mes mesures sur
la polarisation de la lumière qu’émettent par fluo-
rescence les vapeurs de sodium, de potassium et de
rubidium.
11
Discussion des recherches antérieures sur les modes de production et les caractère de
la fluorescence de la vapeur de sodium.
2. Expérience (le YYiecleixtcrnn et SclunÙlt.
-l,a célèhre expérience de Foucauit sur le renversement de la raie D,
-célébra. il est vrai, après coup, et pas assez remarquée au moment ou elle fut faite.
-date de 18491. C’était une illustration éclatant du
1. I . 1’ >L - ,i i i , Biill.iî>i Je 11 ."v 1 fi 1’/> 1 fi»ii/itJ> iqm>.
i icBric-r 18-HI
principe d’Eulcr sur la résonance, et c’est en appli- quant ce principe, dont l’importance devait devenir si
grande en optique, que Stokes donna, quelques années plus tard 1, l’interprétation classique du phénomène.
Cette interprétation consiste, comme on sait, à assi-
miler l’atome de sodium, vibrant dans la flamme d’alcool salé, à quelques chose de plus ou moins ana- logue, au point de vue mécanique, à une corde
vi hrantc ou à un tuyau sonore,
-assimilation qui pouvait passer pour hardie puisque l’atome de sodium doit effectuer quelque 500 ùOO milliards de vibra-
tions par seconde, tandis que la corde ou le tuyau peuvent en exécuter tout au plus 5000. De même que la corde peut absorber l’énergie vibratoire du milieu anibiant, si cette énergie est de même période que le
son fondamental qu’elle peut émettre, de même
l’atome de sodium, placé dans les conditions phy- siques où il peut émettre la raie D, absorbera, dans
un faisceau de lumière blanche, l’énergie vibratoire
de même période, ce qui produira le rcnversenlent de la raie. Mais ce n’est pas tout ; en absorbant t
l’énergie vibratoire de même période que sa note fondamentale, la corde entre en vibration et émet
cette note ; de la même manière, l’atome de sodium
qui absorbe la radiation 1l, doit rééi-nettre cette radia- tion, diffusée dans toutes les directions.
Quelques années après l’expérience de Foucault,
kirchhoff était conduit, par ses recherches spectrosco- piques avec Bunsen, à généraliser cette conception en
formulant la loi fondamentale qui porte son nom 2.
Pourtant c’est seulement en 1896 que l’expérience
fournit un exemple, assez net, de cette résonance optique que le raisonnement par analogie de Stokes
faisait déjà prévoir.
C’est en effet à cette époque que Wiedemam et 1. Sir W. Tnomsuw, Ailn. dc Chim. el cle [J/ty::,.. 62 1861
1 91.
2. Descriptinn d’une expérience analogie ii celle de Foul’ault : 1,ii»mi>ii, 1/1111111,,1,. du’ ,4l.. do’ Wissensch zu Berlin.
1859) 662
1t .-fUll ri chim, et Phys.. [51 58 1860 254.
La Lmmm démonstration d, la loi est dan- Arm de Chim.
et Phys.. Jj 59 1860. ci la démonstration générale dans [3] 62 1861).
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191200905017700
Schmidt 1 découvrirent la fluorescence de la vapeur de sodium en concentrant un puissant faisceau de rayons solaires sur un petit ballon de verre de 5 cm
de diamètre, contenant un morceau de sodium, et
vide d’air, chauffé au moyen d’un fort bec Bunsen.
La lueur obtenue sur le passage du cône des rayons solaires était verte, mais au spectroscope, on consta- tait, à la place que devait occuper la raie D, une raie large et très estompée. L’expérience donnait tout de
suite beaucoup plus que le raisonnement de Stokes n’aurait pu faire prévoir : la partie la plus brillante
du spectre n’était pas la raie D, élargie, mais une région verte, sillonnée d’une multitude de raies. Cette
région constitue, pour le sodium, le spectre de fluo-
1tescence cannelée. Il y avait aussi une région rouge peu lumineuse.
Wiedemann et Schmidt découvraient, en même temps, la fluorescence de la vapeur de potassium.
5. Recherches de Wood. Les raies D ap par- 1 iennent-elles oit non arc spectre de fluol’escence?
-
La fluorescence cannelée de la vapeur de sodium
a fait l’objet, depuis 1905, d’un assez grand nombre
de mémoires de M. Wood; nous y reviendrons tout à
l’heure, après avoir résumé les premières recherches 2 de M. ii’ood, et les avoir rapprochées de celles de
M. Paccianti 3. Cette discussion est intéressante, à la fois pour éclairer les circonstances des phénomènes,
et pour préciser l’état actuel de la question.
Le dispositif qu’a employé presque constamment M. Wood est le suivant : chauffer le sodium sous
pression réduite dans un tube d’acier terme a ses
deux extrémités par des glaces, à travers l’une des-
quelles passe le faisceau excitateur. Dans les pre- mières expériences on observait la vapeur fluorescente
latéralement, par un second tube d’acier brasé à
angle droit sur le premier, dans la région occupée
par le sodium, et fermé lui-même par une glace. On peut même se servir de tubes de laiton, mais l’acier dure plus longtemps. La région contenant les mot-
ceaux de sodium était chauffée soit électriquement,
soit, de préférence, avec un fort bec Bunsen, pouvant porter la paroi jusqu’au voisinage du rouge sombre.
Dans les expériences postérieures, on a supprimé
le tube d’observation latéral; le sodium est contenu,
en grande quantité, dans un tube d’acier court de
7 à 8 cm de diamètre et d’une dizaine de centimètres de longueur; ce tube est fermé à ses extrémités par des plaques de fer percées chacune en leur centre
d’une petite fenêtre ov ale. Ce tube est introduit dans
un tube un peu plus large et de 80 cm de longueur
1. E. WIEDEMANN el G. S. Scmm)T. Wied. Ann.. 57 (1896
447.
2. WOOD. Pl’OC. Roy. Soc., 69 B1902) 157: Phil. Mag., janvier 1902.
-Woon et lIooRE, Astroph. JoMr.. t8 1903 ;
Phil. Mag., 6 1903 362-374.
5. PUCCIANII, Alti d. R. Acad. dei Lincei Rendiconte, i3
(1904) 433-440.
environ; il est fermé par des glaces et on y fait le vide. On concentre la lumière excitatrice sur l’une des ouvertures ovales et on observe la lluorescence du même côté. Le réglage optique est un peu plus dé- licat, mais l’avantage est que la tache fluorescente s’observe ainsi sur un fond tout â fait noir.
Un autre avantage est de pouvoir employer l’appa-
reil beaucoup plus longtemps sans lc recharger. Les premiers tubes permettaient un fonctionnement de
cinq à six heures; on a pu porter la durée du tube, pour une seule charge, à plusieurs centaines d’heures.
4.
-Cette durée dépend certainement beaucoup, aussi, du degré de vide réalisé dans le tube et de la
température à laquelle le sodium est porté. Mais
malheureusement on ne trouve guère d’indication
sur ces deux points dans les mémoires de M. Wood.
Il semble que, dans certains cas, le tube soit resté constamment en relation avec une pompe, à huile ou
à mercure, en fonctionnement; dans d’autres cas, le tube a eté évacué jusqu’à une pression de 1 mm de
mercure environ, puis le tube de verre mastiqué sur
le tube abducteur en laiton brasé sur le tube d’acier
a été scellé. Dans ce dernier cas, la pression n’a cer-
tainement pas tardé à devenir très supérieure à un millimètre, à cause de la grande quantité de gaz
dégagés par le sodium quand on le chauffe dans le vide.
Le métal employé n’a généralement pas de prove-
nance spécifiée. La plus grande précaution qui pa- raisse avoir été prise pour assurer sa pureté, est de
le fondre dans un creuset, puis de le couler dans le réservoir où on le vaporise. Il est certain que la fusion n’ayant pas été opérée dans le vide, le sodium
ainsi préparé était encore apte à dégager de grandes quantités de gaz. La simple fusion dans le vide ne
suffirait même pas, car le dégagement des gaz ne
commence que vers 290°
-5000 (le sodium fond à 93°).
Cette question de la pression ct des gaz que peut dégager le métal,’a, comme on le verra, une grande importance pour l’interprétation des résultats de M. Wood et la discussion de leur valeur au point de
vue de la connaissance théorique des phénomènes de
fluorescence. Elle explique tout d’abord pourquoi les
tubes de M. Wood pouvaient rester si longtemps sans
être rechargés, et pourquoi la vapeur diffusait si lentement en dehors de la région chauffée.
Il n’est nullement nécessaire, en effet, de supposer,
comme l’a fait )1. Wood,’que la vapeur de sodium se
comporte d’une manière tout à fait spéciale dans le
vide, et qu’un nuage de cette vapeur possède la pro-
priété, contraire à la théorie cinétique, de conserver
ses limites au milieu d’un tube fermé, même quand
la pression est excessivement basse dans le reste du
tube. Cette hypothèse, d’ailleurs, Pst manifestement
contredite par 1"expérieiice, dès qu’on essaie de dis-
179
tiller du sodium dans un tube de verrue convenable- ment évacué. On peut même, dans certaines condi-
tions, observer un phénomène de projection maté-
rielle rectiligne, qui est une conséquence directe de
la théorie cinétique 1. La lenteur avec laquelle la
vapeur de sodium quitte la région chauffée, dans
les tubès de àl, Wood, vient en réalité de ce qu’elle diffuse, non pas dans le vide, mais dans un gaz, dont la pression partielle est d’ailleurs beaucoup plus forte
que la sienne propre. On concevrait encore mieux la lenteur de cette diffusion, si, au lieu d’être à l’état moléculaire pur, la vapeur de sodium était, dans ces conditions, formée de molécules complexes, comme
divers phénomènes connexes peuvent le faire penser,
et comme 11. Wood lui-même parait en avoir un mo-
ment eu l’idée à propos de la dispersion et de l’effet
de prisme qu’il obtenait avec du sodium contenu dans
un tube d’acier chauffé par dessous et refroidi par dessus.
Ajoutons à cette description critique de la tech- nique de 1B1. Wood, que par contre l’cmploi d’un
tube métallique permet, paraît-il, d’obtenir une fluo-
rescence dix à quinze fois plus intense que celle que l’on obtient dans des tuhes de verre.
5.
-Les premières expériences (1902-1905, loc.
cil.) de 1B1. Wood ont fourni les résultats suivants :
« Le spectre de fluorescence consiste en une bande rouge et en une bande verte, cette dernière apparais-
sant nettement cannelée. Dans aucune de nos expé-
riences nous n’avons vu trace de quelque ligne ou
bande brillante à la place exacte ou approximatif
des raies D. La présence d’une raie floue à cette place
dans le spectre décrit par Wiedemann et Schmidt,
et aussi par l’un de nous, peut être due au fait que, dans ces deux cas, la vapeur était contenue dans un ballon de verre, chauflé avec un brùleur Bunsen.
C’est la flamme du brùleur, colorée en jaune par le
verre du ballon, que l’on peut rendre responsable de l’apparition d’une ligne brillante à la place men- tionnée, chose qui peut être très aisément confirmée
en répétant l’expérience avec un ballon2. »
Il suffirait en effet de chauffer le ballon électrique-
ment, ou même, en le chaulfant avec un brûleur,
d’éteindre le brùleur et d’observer le fluorescence aussitôt après. Mais cette expérience ne parait pas avoir été faite; MM. Wood et Moore n’en donnent pas, en tous cas, le résultat dans leur mémoire.
Quant au spectre vert de tluorescence cannelée,
il se compose de trois parties; l’llne, à la limite du vert et du jaune s’étend de 3340 il 5080 A et com-
prend 6 bandes Iloucs; la deuxième s’étend de 5080 à 4865 Å et comprend des groupes de bandes irré-
gulièrement cannelées, chacune d’elles ayant son
1. L. DUNOYER, Comptes Rendus 152 1911 t) Le Radium, 8 1911 142-146.
2. WOOD et MOORE. /V’/7. Mag. 6 1903 362-774
bord le moins réfracte net et intense et allant en s’affaiblissant vers le côté violet; la troisième, enfin,
est constituée par des bandes étroites, uniformément
réparties entre 426J et 4680.
La conclusion générale du mémoire, est la sui-
vante :
« Les points les plus intéressants que nous ayons établis dans nos présentes recherches sont que le
spectre de fluorescence coïncide exactement avec le
spectre d’absorption, bande par bande et ligne par ligne 1.... Le fait très remarquable a été établi que la
ligne d’absorption fi n’est en aucune manière reliée à la production de la fluorescence, quoique l’absorp-
tion en ce point du spectre soit beaucoup plus intense qu’en tout autre. o
Si j’insiste sur ces points, c’est qu’une étude biblio-
graphique étendue de la question montre que, jusqu’à
ces derniers temps, il pouvait y avoir doute sur un phénomène d’une aussi évidente importance pour la théorie de la fluorescence que l’apparition des raies D.
Il. Expérience de Puccianti.
-Cette expérience, qui date de 1904 2, a fait faire à la question un progrès important. Elle consiste à interposer, sur le trajet des
rayons solaires qui provoquent la fluorescence de la vapeur de sodium dans un petit ballon de verre, la
flamme d’un bec Bunsen chargée d’un sel sodique.
Lorsque ce bec est éteint, on aperçoit les raies D dans
le spectre de fluorescence, qui contient toujours, naturellement, la partie verte cannelée (mais pas la
région rouge indiqué par Wood). « Si les raies D, et D2 de fluorescence sont assez fines pour ne pas sortir des deux petites régions spectrales absorbées [cela dépend de la densité de la vapeur], on constate, en allumant la flamme absorbante, qu’elles disparaissent brusquement; elles réapparaissent nettement quand
on l’éteint. Si, la densité de la vapeur étant plus forte, elles s’étalent sur une région plus étendue que celle qui est renversée par la flamme, elles sont notablement diminuées quand on allume la flamme,
mais il en reste des traces. »
« La flamme reftversante ne parait avoir aucune
action sur le spectre cannelé vert. »
L’action perturbatrice de la tlamme qui chauffe le
ballon contenant le sodium ne peut évidemment être ici invoquée.
7.
-Recherches postérieures de Wood. La loi de Stokes. Les séries de raies équidistantes pI les spectres rle résonance.
-Les recherches posté-
rieures., de M. Wood, réalisées, semble-t-il, sans tenir
1. Il s’agit évidemment de la région verte et vert-jaune.
2. PUCCIANTI. -111". d. li, Acad. dei Lincei.
-nelldiconli, i3 1904 433-440.
:ï. R. BY. WOOD. Phil. Mag.. 10 1903 313-325: 12 1906) 499-524: 15/ 1908. 381: 16 1908 184-189: 18 1909 530- 555. Ces mémoires sont andsés
ouresumés dans Le Radium.
3 (1906 53 et 87: 4 1907 1 _’-’ 5 1908 287-288 348.
7 (1910) 108-109.
compte de celles de M. Puccianti, établissent aussi que, contrairement aux premières assertions de leur auteur, les raies D font bien partie du spectre de fluorescence, mais en laissant subsister sur ce point,
ou du moins sur les circonstances de leur appari- tion, un mystère singulier.
En employant le tube d’acier et un éclaireur mono-
chromatique à 2 prismes de flint de 4 pouces de haut avec des lentilles de 56 pouces de foyer, c’est-à-
dire un éclaireur très puissant, on n’avait pu ob-
server aucune apparition des raies D par fluorescence.
llais on a pu les voir en chauffant un petit morceau
de sodium dans un tube de verre ayant la forme d’un tube à essai, fermé à sa partie supérieure par une glace mastiquée et muni d’une tubulure latérale puur faire le vide. On chauffe la partie inférieure et on
éclaire latéralement avec une peti te flamme oxhydri-
que très riche en sodium, dont on forme l’image juste au-dessus du globule de métal. On observe par la glace du haut et on voit un faible cône de lumière jaune qui s’étend jusqu’au centre du tube mais ne le
traverse pas, manifestant l’absorption rapide des
rayions excitateurs. Quand la température s’élève, la région jaune se retire vers la paroi, en même temps que la fluorescence [verte] augmente; la région jaune
finit par être une couche très mince sur la paroi.
Avec le même éclairage, M. Wood put obtenir en- suite la même tache jaune dans le tube d’acier, puis
enfin avec l’éclaireur monochromatique; si la densité de la vapeur n’est pas trop grande, on a même les
deux raies D distinctes. « L’absence de cette bande dans les premières expériences peut avoir été due à
l’insuffisance du degré de vide, on a l’insuffisante densité de la vapeur de sodium. On a constaté qu’en
travaillant pendant longtemps, le spectre s’améliore peu à peu en devenant plus brillant, sans qu’il soit possible d’en donner les raisons précises. Il est pro- bable que les conditions favorables sont réalisées in- consciemment, et les circonstances perturbatrices
éliminées par ce que le professeur James appellerait
le travail du sub-conscient (sub-conscious-self). »
8. Ces conditions et ces circonstances n’ont donc pas fait l’objet des recherches de M. Wood, qui s’est plutùt attaché â préciser, au lieu des conditions phy- siques de la vapeur qui émet, la connaissance numé-
rique détaillée des spectres de fluorescence produits
par des excitations monochromatiques diverses.
Un point important à élucider était celui de l’ap- plicabilité de la loi de Stokcs a la fluorescence verte.
Les premières séries d’expériences, exécutées avec
l’éclaireur monochromatique, avaient conduit à pen-
ser que la loi de Stokes n’était pas exacte. liais à vrai dire, le fait n’était pas établi d’une manière très
rigoureuse. Quand la petite région spectrale excita-
trice avait une longueur d’onde moyenne inférieure à
4600, il ne se produisait aucune fluorescence ; quand
on déplaçait la région excitatrice vers l’extrémité rouge du spectre, la fluorescence verte apparaissait,
avec son maximum au voisinage de l’extrémité vert-
jaune de sa région d existence; puis ce maximum se déplaçait vers les courtes longueurs d’onde plus vite
que la région excitatrice n’avançait en sens inverse;
en même temps cette région excitatrice finissait par limiter le spectre du côté des courtes longueurs d’onde;
enfin le maximum et cette région se confondaient,
mais le maximum paraissant déborder néanmoins très
légèrement du côté des courtes longueurs d’onde ; après quoi la fluorescence verte disparaissait. Puis, lorsque la région excitatrice avait dépassé la raie D,
la fluorescence cannelée rouge apparaissait, et passait
par un maximum, pour s’éteindre à son tour.
Des résultats plus nets et plus importants ont été
obtenus en prenant comme sources de lumière exci- tatrice des raies déterminées, fournies soit par des
lampes Heraeus à vapeur métallique (cadmium, zinc, thallium) soit par des arcs jaillissants entre électro-
des métalliques ou entre une électrode métallique et
une électrode de charbon, ou entre deux électrodes de charbon, le cratère positif étant alors fréquem-
ment rempli de petits fragments du métal à vaporiser (plomb, argent, bismuth, cuivre, lithium, sodium,
barvum, 111agnésium). Dans ces conditions, si la raie excitatrice possède une longueur d’onde convenable, elle reparaît par fluorescence, et, avec elle, dans un
grand nombre de cas, apparaissent une série de raies
presque exactement équidistantes dans l’échelle des
longueurs d’onde.
Voici, par exemple, les résultats relatifs à l’excita- tion par la raie 4800 du cadmium.
Un ,oit que deux raies manquent dans la série,
mais l’intervalle qu’elles laissent est sensiblement double de ceux auxquelles elles donneraient lieu si elles existaient.
La raie excitatrice est soulignée.
181
L’exception à la loi de Stokes est nette, puisque la première raie de la série est de longueur d’onde plus
courte que la raie excitatrice.
La constance de l’intervalle laisse un peu à désirer,
d’autant plus que les irrégularités présentent mani-
festement une marche systématique ; l’intervalle augmente quand la longueur d’onde croît.
L’équidistance est meilleure dans d’autres cas;
voici, par exemple, celui du triplet vert du magné-
sium, dont chacune des trois raies donne une série
(a), (bj, (c).
Les exceptions à la loi de Stokes sont ici nom-
breuses (raies excitatrices soulignées). Il faut noter qu’il y a en outre, sous l’excitation du triplet vert du magnésium, par exemple, un
grand uombre de raies hors sé- ries.
L’éijuidistance, surtout dans
le cas de cette excitation, est
assez frappante pour retenir fortement l’attention. Il ne faut pas oublier, toutefois, que l’ap- pareil qui a fourni les résultats
précédents, permettait d’effec-
tuer la détermination de la lon- gueur d’onde d’une des raies à moins d’une unité Angström près, quantité nettement moin-
dre que les variations des inter- valles, même dans le cas de l’excitation par le magnésium,
M. Wood pense que les lacunes peuvent provenir
de la coïncidence fortuite d’une raie de fluorescence appartenant à une série et d’une raie d’aborption.
Dans le même ordre d’idées, on pourrait penser qu’une
coïncidence approchée produirait un déplacement
apparent de la raie par rapport à la position qui cor- respondrait à l’équidistance. Mais ceci n’expliquerait
que les variations irrégulières des intervalle, et non
l’allure systématique que l’on trouve dans le cas de l’excitation par le cadmium et dans d’autres cas.
Gn dernier point assez remarquable à noter, est qu’en superposant graphiquement tous les spectres de
résonance obtenus avec des excitations monochroma-
tiques variées, M. Wood a obtenu beaucoup plus de
raies qu’on n’en observe dans le spectre complexe provoqué par la lumière blanche.
III
Expériences nouvelles sur la vapeur de sodium pure.
8.
-Les expériences que j’ai entreprises sur la
fluorescence des vapeurs des métaux alcalins n’ont pas eu pour point de départ le désir de contrôler tel
ou tel point douteux des recherches antérieures, dont la critique qu’on vient de lire n’a été faite
qu’a posteriori, grâce aux faits qu’une technique plus rigoureuse a permis de reconnaître. Je me
suis simplement proposé tout d’abord de faire connais-
sance avec ce remarquable et beau phénomène. Je n’ai
pas tardé à constater 1 qu’en employant de la vapeur de sodium pure, la lumière blanche y fait apparaître
une fluorescence jaune et non pas verte. D’autres
expériences m’ont permis de m’assurer que la fluores-
cence verte est liée à la présence des gaz que le sodium éinet en assez grande abondance quand on
le chauffe dans le vide au-dessus de 2900.
9.
-Technique expér-imentale.
-La technique
Fig. 1.
que j’ai employée est fort simple. Après un assez grand nombre d’essais, la l’orme de tube que j’ai
trouvée la plus avantageuse est celle que représente la ligure 1. On prend un tube cylindrique en verrue, de
5% mm de diamètre environ et on le souffle en boule de diamètre peu supérieur à une extrémité: puis sur
cette boule on soude les tubulures munies d’étran-
glements capillaires B et C : la tubulure (: est elle- même prolongée par un tube D, d’une quinzaine de
1. L. DUNOYER. C. IL. 153 1911 333-356.
centimètres de longueur. On ferme alors l’autre extrémité du tube A et on la souffle également en
boule. La longueur du tube est d’environ 8 à 10 cm.
L’utilité de ces renllements en boule provient de
ce que, si on éclaire la vapeur suivant l’axe du tube,
en observant latéralement, on n’a pas l’inconvénient de la lumière diffusée par les stries longitudinales toujours formées par des bulles d’air étirées dans les
parois des tubes; ces stries conduisent la lumière un
peu à la manière des fontaines lumineuses. Si, au contraire, on éclaire la vapeur latéralement, en fai-
sant tomber le faisceau de lumière sur la boule ter-
minale, en observant cette fois la fluorescence en
bout, c’est-à-dire suivant l’axe du tube, la boule opposée forme une cavité à peu près obscure sur les parois de laquelle les réflexions parasites de lumière,
excitatrice, qui constituent une difficulté importante
dans le cas des fluorescences faibles, sont très atténuées et généralement négligeables.
Le tube fini, on le nettoie soigneusement à l’acide chromique chaud (solution saturée de bichromate de potasse dans laquelle on verse de l’acide sulfurique), puis il l’eau distillée. On fait sécher à l’étuve et l’on introduit dans le tube D un autre petit tube contenant
un peu de sodium. Ce sodium peut être oxydé, mais il
doit provenir du résidu d’une distillation dans le vide.
Il faut prendre du sodium commercial, conservé dans l’acide carbonique plutôt que sous l’huile de naphte
ou même sous l’éther, et le distiller dans le vide;
mais ce qu’on prend n’est pas ce qui a distillé ; cette
portion est généralement souillée d’huiles très peu volatiles qui distillent dans le vide à une température
peu inférieure à celle à laquelle le sodium distille; on prend le résidu de la distillation, que l’on peut arrêter quand il ne se dégage plus de gaz, ce dont on peut s’apercevoir soit en regardant dans le tube, à condi-
tion de se servir d’un petit four électrique en verre,
soit en mesurant la pression à la jauge; cette pression
ne doit pas être supérieure à quelques centièmes de
millimètre de mercure, la distillation étant en train et la pompe en marche.
Le sodium étant introduit dans le tube D, on élire
ce tube, comme le pointillé l’indique, puis on soude
la tubulure B sur la canalisation d’une pompe Gaede.
Il est bon d’intercaler, pour éviter les vapeurs de
mercure, une petite ampoule E contenant des feuilles d’or.
On f ait ensuite le vide en chauffant les parois du
tube A avec un gros bec Bunsen rapidement déplacé
pour chauffér uniformément. Après avoir chaune à
deux reprises à 400 ou 5001 pendant un quart d’heure environ, la pompe marchant continuellement, on
commence la distillation. Il est u peu près indispen-
sable,
-dans le cas du sodium,
-d’employer un petit four électrique formé de deux tubes de verre
enfilés l’un sur l’autre, comme ceux que j’ai déjà
décrits pour le même objet 1. C’est qu’en effet le sodium, oxydé superficiellement, ne coule hors de sa
couche d’oxyde que lorsque les gaz occlus commencent à se dégager et à briser cette couche. Si l’on chauffe
en promenant la flamme d’un Bunsen tenu à la marin, la paroi de verre est généralement plus chaude que le métal, et quand il commence à couler, le verre se
fend très souvent en étoile au point de contact. En
outre le dégagement des gaz occlus, ou résultant de 1 action du métal sur son hydroxyde, est si brusque qu’il est nécessaire de pouvoir graduer très régulière-
ment le chauffage. I,a température ne doit pas dépas-
ser 510 ou 520° avant que les gaz n’aient cessé de se
dégager, ce qu’il est très facile de vomir par les bulles
qu’ils soulèvent dans le sodium fondu. Sans cette
précaution une certaine quantité de métal impur
passe presque infailliblement, dans un soubresaut un
peu plus fort que les autres, à travers le capillaire C.
Il faut donc introduire dans le four un thermomètre T,
ou avoir approximativement établi au préalable la
relation entre la température obtenue dans lc four et l’intensité du courant de chauffage.
Quand une quantité suffisante de métal a distillé dans le tube A, sous forme d’une couche miroitante,
on retire le four et on scellc au chalumeau le capil-
laire C. On s’assure ensuite qu’il ne s’est pas produit
de rentrée d’air par une fêlure inapperçue, en mes-
rant u la jauge de Me Lcod, la pression, qui doit être
inférieure Il Omm, 001 si l’opération a été bien con- duite ; puis on scelle de mênle le capillaire B et on
refait à la jauge unc mesure de pression, qui doit
donner un résultat analogue. Le tube est alors prêt a
être introduit dans le four destiné à l’étude de la fluorescence, non sans avoir été soigneusement net- toyé à l’extérieur, pour éviter le plus possible qu’une petite quantité de lumière excitatrice soit diffusée par les parois.
Le dispositif de chauffage destiné à l’étude de la fluorescence peut recevoir diverses formes. Celle que
reproduit la figure 2 est particulièrement commode
pour montrer le phénomènect surtout le dédoublement des deux faisceaux fluorescents correspondants à cha-
cun des charbons de l’arc, dédoublement dont il sera
question tout a l’heure. D’une manière générale le chauffage doit être aussi uniforme que possible pour éviter toute objection qui pourrait être basée sur
l’existence d’un brouillard formé de gouttelettes
excessivement ténues, et d’autre part il faut éviter qu’il se forme jamais de dépôt métallique sur la paroi par oit pénètre la lumière et sur celle à travers laquelle on observe. Avec un four en verre muni de diaphragmes D et D’, le tube de verre A, placé au
milieu est toujours un peu moins chaud du côté qui
est largement ouvert, c’est-â-dire qui est opposé à
l’arrivée de la lumière. On peut d’ailleurs dirninuer,
1. L. DUNOYER, Le Radium, 7 (1910 500-309.
183
si besoin est, l’inégalité de distribution de la tempéra-
ture, en obstruant plus ou moins cette ouverture avec
un bouchon de fil d’amiante noirci.
L’intérieur du four est également enduit, sauf une petite fenêtre rectangulaire F pour l’observation, d’un
Fig. 2.
vernis noir mat pouvant supporter 400 ou 5000. On prépare facilement ce vernis avec du noir de fumée
délaye dans de l’alcool auquel on ajoute un peu de vernis pour métaux. L’ tnduit peut être étendu au
pinceau à l’intérieur du tube central, chauffé vers 60°, ou mieux, vaporisé à l’intérieur du tube chaud
avec un vaporisateur à longs tubes verticaux. Pour
laisser ila fenêtre F, on colle une feuille de clinquant
avant de mettre 1 enduit et on l’enlève ensuite. Il est
beaucoup plus commode d’enduire l’extérieur du tube central, mais l’intérieur reste alors réfléchissant,
ce qui est beaucoup moins avantageux pour l’observa- tion de la lluorescence .
A l’intérieur du four on introduit, à côté du tube
à vapeur, un thermomètre a mercure pouvant mon-
ter jusqu’à 400°. Il y a lieu de remarquer d’ailleurs
que les mesures de températures ne peuvent être faites que d’une manière approchée. Si même on
mettait un thermomètre ou un couple thermoélectrique
sur le trajet du faisceau incident, dont l’action calori-
fique est très loin d’être négligeable, on n’aurait pas la température vraie de la vapeur, à cause de sa très faible densité, aux températures auxquelles on peut opérer, et du saut brusque de température qui se produit a la surface des solides plongés dans un gaz ultra-raréfié
La source de lumière employée a été jusqu’à pré-
sent un arc continu entre électrodes de charbon ; le charbon positif est un charbon à mèche. La lumière
est concentrée au moyen d’un fort condenseur C, de
15 cm de diamètre et 7 ou 8 cm de distance focale.
On met devant le condenseur une glace G pour éviter que la chaleur directe de l’arc ne vienne à le briser.
Les aberrations de sphéricité d’un condenseur de ce genre, à deux lentilles plan convexes sont naturelle-
1. Voir les travaux de SMOLUCHOWSKI, KNUDSEN. et BERRY,
etc.
-Les travaux sur les gaz ultra-raréiiés ont été résumés par L. DUNOYER dans une conférence faite devant la Société française de Physique le 23 février 1912. Voir le Bulletin des Séances, n° 24, p. 8.
ment énormes; en fait, les rayons centraux forment,
à une trentaine de centimètres du condenseur, un fais-
ceau intense, à peu près parallèle. C’est ce faisceau qu’on utilise; le reste de la lumière est éliminé par les
diaphragmes. Des écrans noirs placés entre le four et
le condenseur suppriment en
outre la lumière diffusée qui pourrait gêner l’observation.
10. Résultats des expérien-
ces. Cas du soclïtcrrz pur.
-Si l’on chauffe un tube préparé
comnie il visent d’être dit, en
faisant tomber sur lui le faisceau de lumière blanche provenant
d’un arc, comme l’indique la figure 2, on constate, en obser-
vant par la fenêtre F, que ce faisceau commence à se dessiner légèrement vers
210 à 220° (température marquée dans le four).
Sa coloration est jaune, de la couleur des raies D. Quand la température s’élève, l’intensité du fais-
ceau augmente graduellement. Dans un tube en
verre de Thuringe (c’est le verre qui m’a donné jus- qu’à présent les meilleurs résultats), on ne peut
dépasser 400°. Déjà, à cette température, le brunis-
sement est rapide; il est difficile d’indiquer des chiffres,
mais au bout d’une demi-heure l’opacité devient suf-
fisante pour diminuer très notablement l’éclat apparent de la fluorescence. Le brunissement se fait d’autant
plus rapidement que la température est plus élevée;
ainsi à 550° on peut employer le même tube, sans
être sérieusement bcné par le brunissement, pendant plusieurs heures.
Je n’ai pu faire jusqu’à présent, faute d’appareil
convenable, de photographie du spectre de fluores-
cence ; a l’observation visuelle on n’aperçoit exclusive-
ment que la raie D; il n’y a pas trace de lumière verte, ni de lumière rouge dans le spectre, si l’on prend soin d’éliminer complètement toute lumière
excitatrice réfléchie.
J’ai cependant observé parfois au spectroscope un peu de lumière verte; dans ce cas, la teinte de la fluorescence n’est pas tout à fait celle des raies D;
elle est plutôt blanchàtre. lJais ces quelques cas ont toujours été ceux où l’on pouvait relever, dans la préparation du tube, quelque f’aute technique,
-distillation trop brusque faisant passer directement dans le tube un peu de métal impur, vide imparfait,
pour une raison ou pour une autre, etc. Pourtant il ne parait pas probable que l’oxygène ou l’azote ait
une action modificatrice, quand du moins ils sont en
très petite quantité, car la fluorescence est restée
parfaitement orangée dans un tube, chauffée à plu-
sieurs reprises, dont un des scellements capillaires
avait subi une légère fêlure. Or, on sait que si une
fèlure de ce genre se produit dans un tube à décharge
a décharge passe instantanémrnt de l’état o Crookes » c’est-3-dire par rayons cathodique avec fluoreseence verte, à l’état « Geissler » ; le tube se maintient en-
suite très longtemps dans cet état. La très faible quantité d’azote (foxIgène a dli être rapidement
absorbé par le sodium chaud), qui a pu pénétrer dans
le tube n’a pas modifié la couleur de la fluorescence.
. Si l’on écarte les deux clarbons de l’arc, chacun d’eux donne lieu à un faisceau distinct, et, avec le
dispositif que j’ai indiqué, on peut les voir simulta-
nément traverser la vapeur. Ils ont tous deux la même teinte; le faisceau correspondant au charbon négatif a des bords beaucoup plus estompés, ce qui s’explique parce qu’il provient d’une source moins
bien définie et plus étendue que le cratère positif, qui donne naissance à l’autre faisceau.
Quand la température s’abaisse, la fluorescence s’atténue et disparait à la température à laquelle elle
avait apparu.
1 ’i. Fluorescence de la vapeur de sodium Ùnpure.
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