Sur une propriété d'une surface d'eau électrisée et sur la polarisation des électrodes

HAL Id: jpa-00237352

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Submitted on 1 Jan 1877

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polarisation des électrodes

G. Lippmann

To cite this version:

G. Lippmann. Sur une propriété d’une surface d’eau électrisée et sur la polarisation des électrodes. J.

Phys. Theor. Appl., 1877, 6 (1), pp.41-46. �10.1051/jphystap:01877006004100�. �jpa-00237352�

SUR UNE PROPRIÉTÉ D’UNE SURFACE D’EAU ÉLECTRISÉE

ET SUR LA POLARISATION DES

ÉLECTRODES;

PAR M. G. LIPPMANN.

Lorsqu’on

veut montrer la

décomposition

^{de l’eau} par l’électri-

cité,

^on

emploie

d’ordinaire ^un voltamètre muni de deux électrodes dont l’une sert à

l’entrée ,

^{l’autre à} la sortie du courant de

pile.

Cette

disposition

^{est commode} pour

produire

^{une abondante dé-}

composition

^de

l’eau ;

^{mais elle constitue une}

expérience

^relative-

ment

complexe,

^{et dont la}

complexité

^a pu masquer certaines

conséquences

^{de la loi} élémentaire de

l’électrolyse.

^{Ce sont ces}

conséquences

que ^nous allons essayer de ^démontrer.

On peut effectuer la

décomposition

^{de l’eau en}

n’employant qu’une

^seule

électrode,

^ainsi que ^l’ont montré, ^{sous diverses}

formes,

MM.

Buff, Grove,

^{Andrews et Soret.}

L’expérience

peut ^{se faire de} la manière suivante. Une masse d’eau isolée est contenue dans un vase en verre, de manière à constituer l’armature intérieure d’une bouteille de

Leyde.

^{Cette masse d’eau est munie} d’une électrode à la

Wollaston,

c’est-à-dire d’un fil de

platine

^fin

englobé

^{dans du}

verre et ne touchant l’eau que par ^sa section extrême. Cela

posé,

on met le fil de

platine

^en communication avec le conducteur d’une machine

électrique.

On voit alors un

chapelet

^{de fines bulles de}

gaz

(oxygène)

^se

dégager

^{à la}

pointe qui

^{sert d’entrée au flux d’é-}

lectricité

positive. Lorsque l’appareil

^est

chargé,

^un seul des élé-

ments de

l’eau, l’oxygène,

^{a été mis en liberté.}

Qu’est

donc devenu

l’hydrogène correspondant?

Tant que la ^{masse d’eau reste}

chargée

^cet

hydrogène

^{reste en}

excès. Si l’on

décharge

^{la masse}

d’eau,

^cet

hydrogène

^se

dégage à

la

pointe

^de

platine,

parce que celle-ci ^{sert à ce moment} d’élec- trode de

sortie ;

remarquons que,

d’après

^{la loi de}

Faraday,

^la

même

charge électrique, qui ^dégage

^{à l’entrée i}

équivalent d’oxy- gène, dégage

^à la sortie

précisément

ⁱ

équivalent d’hydrogène.

Ainsi

l’eau,

^{en revenant à} l’état neutre,

reprend

^sa

composition normale ; mais, pendant qu’elle

^est

électrisée ,

elle contient un

excès

d’hydrogène proportionnel

^{à la}

charge électrique qu’elle

^a

reçue.

J. de Phys., ^{t. VI.} (Février I877.)

4

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:01877006004100

Il est clair que, si

l’oxygène

^{seul se}

dégage, l’hydrogène

^{reste en}

excès;

mais, demandera-t-on,

^{ne se}

peut-il

pas que

l’hydrogène

soit mis en liberté au sein du

liquide

^{ou bien à sa}

^surface,

^{au fur}

et à mesure que

l’oxygène qui

^lui

correspond

^se

dégage

^{à la}

pointe

de

platine? D’après

^{cette manièr e de}

^voir,

^{tout se}

passerait

^conmne

s’il _y avait dans le

liquide

^deux

électrodes,

l’une constituée _{par la}

pointe

^de

platine,

^{eu l’autre en}

quelque

^{sorte diffuse ou de}

grande

surface.

IJ’objection qui

^{vient d’étre}

rapportée

^ne peut

guère

être réfutée par ^une

expérience ^directe,

^{car les}

quantités

^de gaz mises

en jeu

sont assez faibles pour

échapper

facilement à l’observation si elles étaient disséminées. Mais on peut montrer nettement

l’impossibi-

lité de

l’hypothèse qui

vient d’être

exposée,

^en considérant les

quantités

de travail

chimique

^et

électrique

^mises

en jeu pendant l’expérience.

^On peut ^{faire cette} démonstration de

plusieurs

^ma-

nières.

Première démonstration. ^- Pendant que l’eau

acquiert

^sa

charge,

^une

quantité

d’électricité

Q

passe ^du

platine,

^{où le} poten- tiel

électrique

^est

^Vo,

^{à l’eau où le}

potentiel

^{est V,j . Le travail}

électrique correspondant

^{est donc}

égal

^à

(V02013V1)Q

^{ou bien à}

(Ptv) Q,

^en

désignant

par

(Pto)

la différence de

potentiel qui

existe entre une électrode du

platine,

^{où se}

dégage

^de

l’oxygène,

et l’eau. Pendant la

décharge,

^{la même}

quantité

d’électricité

Q

repasse ^{de l’eau où le}

potentiel

^est

V’1

^au

platine

^{où le}

potentiel

est

V’o.

^{Le travail}

électrique correspondant

^{est donc}

égal

^à

(V’, - V’o) Q

^{ou bien à}

2013(PtH) Q,

^en

désignant

par

(PtH)

^la

différence de

potentiel qui

^{existe entre une} électrode de

platine

^où

s,e

dégage l’hydrogène

^{et l’eau. La somme des travaux}

électriques correspondant

^{à la}

charge

^{et à la}

décharge

^{est donc}

égale

^à

Or,

^{dans un} voltamètre à deux électrodes traversé par ^{un courant} de

pile,

la différence de

potentiel

^{des deux fils de}

platine

^est

pré-

cisément

(Pto)2013PtH, et

le travail

électrique correspondant,

^au

passage de la

quantité

d’électricité

Q

^{a donc}

également

pour ^ex-

pression

^le

produit

écrit ci-dessus. Dans un voltamètre à deux

électrodes,

^{ce travail}

électrique correspond

^{à la}

décomposition

^de

43 Q équivalents

^d’eau.

Or, si,

^dans

l’appareil

^{à une seule}

électrode,

il se

dégageait pendant

^la

charge,

^d’une part,

Q équivalents d’oxy- gène

^au

platine

^et

Q équivalents d’hydrogène

dans le sein de l’eau

et

ensuite Q équivalents d’hydrogène

^au

platine

^et

Q équivalents d’oxygène

^dans

^{l’eau ,}

il y aurait ^en

tout 2Q équivalents

^d’eau

décomposée.

^{On ne} peut admettre que le travail

électrique qui correspond

^{à la}

décomposition

^de

Q équivalents

^d’eau

puisse,

dans

l’appareil

^{à une}

électrode,

^en

décomposer

^une

quantité

double. Donc, ^dans

l’appareil

^{à une seule}

électrode,

^le

phénomène

de la

charge

^{ou bien celui de la}

décharge, pris séparément,

^corres-

pondent

^{à la mise en liberté d’un seul des} éléments de l’eau.

Chacun d’eux

produit

^une

delni-décol1lPosition

^de

^{l’eau ;}

^{il faut la}

somme des deux

phénomènes

pour ^{mettre en} liberté l’un et l’autre des éléments de l’eau.

Deu.xiéme démonstration. - Nous nous proposons de ^montrer

qu’il

^ne peut y avoir mise en liberté d’un élément de l’eau

qu’à

^la

surface de ^contact de l’eau et d’une électrode d’autre matière. Il suffit évidemment pour cela de ^montrer que, dans ^{une masse} d’eau

homogène,

^aucune

décomposition chimique n’accompagne

^{les dé-}

placements

^d’une

charge électrique.

A cet

effet,

considérons une

sphère

d’eau isolée S et une

sphère

de cuivre électrisée C. Les deux

sphères

s’attirent avec une force

dirigée

^{suivant la}

ligne

^{des centres. On} peut ^{faire tourner la}

sphère

^{G autour de la}

sphère

^{S en} maintenant la distance des deux

sphères

constante ; ^{ce mouvement}

n’exige

^aucune

dépense

^de

travail, puisque

^{le mouvement se} fait dans une direction perpen- diculaire à la force.

Dans ce mouvement, la distribution d’électricité

développée

^par

Influence sur la

sphère

^{S se}

déplace

^{en suivant la}

sphère

^{C. Le}

mouvement d’électricité

qui

^en résulte dans la

sphère

^{S ne} peut y

mettre en liberté les éléments de

l’eau;

^{car autrement on décom-}

poserait

^{l’eau à l’aide du mouvement de la}

sphère ^C, lequel

^mou-

vement

n’exige

^aucune

dépense

de travail.

Ainsi la considération du travail

chimique

^montre que ^la quan- tité

d’énergie électrique dépensée

^au passage

d’une

^{seule électrode}

est insuffisant,e _pour ^{mettre en} liberté les deux éléments de

l’eau,

et

qu’ainsi

^la théorie confirme l’observation.

Lorsqu’on

^électrise

4.

positivement

^{une masse d’eau}

^isolée,

^{on en}

dégage

^de

l’oxygène;

l’hydrogène correspondant

^{reste fixé}

jusqu’au

^{moment de la dé-}

charge.

^Cet

hydrogène

dissiinitlé est en

quantité proportionnelle

^{à la}

charge électrique acquise.

^{Il en résulte} que ^cet

hydrogène

^{en excès}

se trouve

réparti

^à la surface électrisée de la même

façon

que la

charge électrique.

^En

^effet,

^{si l’on évide un} conducteur

quelconque,

et en

particulier

^{une masse d’eau}

électrisée,

^en enlevant des masses

d’eau

quelconques

^{dans son}

intérieur,

^{mais sans modifier la sur-}

face,

^{on ne}

change

pas la

charge

que ^ce conducteur

reçoit

^{dans des}

circonstances

données,

^et

qu’il

cède ensuite au moment de la dé-

charge ;

^en d’autres termes , ^un conducteur creux se comporte

exactement comme un conducteur

plein

^{de même forme. On ne}

change

^donc pas la

quantité d’hydrogène dissimulé ,

^{en enlevant}

une

portion

intérieure

quelconque

^{de la masse}

d’eau;

^{donc cet}

hy- drogène

^{se trouve}

réparti

^à la surface de l’eau. Dans le cas où la

masse d’eau forme l’armature intérieure d’une bouteille de

Ley de,

cet

hydrogène

^{se trouve, comme la}

charge électrique,

presque ^en totalité à la surface de contact du verre et de l’eau.

Une

quantité

d’électricité

Q,

^en

pénétrant

^{dans la masse}

d’eau, dégage

^à l’électrode d’entrée

Q équivalents d’oxygène;

^{il reste}

donc Q équivalents d’hydrogène

^{en excès ou}

dissimulés,

et, ^en

effets, Q

unités d’électricité

dégagent

^{en sortant de la masse d’eau}

précisément Q équivalents d’hydrogène.

On doit tirer de là deux

conséquences :

I° Les actions

chimiques

^ou

physiques (oxydation, diffusion)

sont sans effet aucun sur

l’hydrogène dissimulé,

^tant que ^{ces ac-} tions ne diminuent pas la

quantité Q,

c’est-à-dire tant que, ^en ap-

pliquant

^ces

^actions,

^{on ne} détruit pas l’isolement

électrique

^de

la masse

d’eau;

2°

Inversement,

^{toute action}

qui

diminue la

charge électrique Q

doit diminuer dans le même rapport ^la

quantité d’hydrogène

^dis-

simulé.

L’étincelle et l’effluve

électriques

^{sont du nombre de ces dernières}

actions.

Et,

^en

effet,

^cette conclusion a été vérifiée par

l’expérience :

par

Faraday

pour le ^cas des effluves ou de la

décharge

par

aigrettes ;

par M. Buff pour ^{le cas} de

l’étincelle ;

^{M. Buff a même} vérifié que la

quantité d’hydrogène (ou d’oxygène)

^{mise en liberté} par les

étincelles ^est

proportionnelle

^{à la}

quantité

d’électricité

positive

(ou négative)

soutirée par ^ces

étincelles,

conformément à ce

qui

^a

été établi dans ce travail.

On sait que

Faraday

^{a été}

guidé

^{dans toutes ses} recherches par

une idée constante;

rejetant l’hypothèse

^d’actions

électriques

^à

distance comme une abstraction

stérile,

^{il a, cherché à ramener à}

des lois communes les

phénomènes qui

^{ont lieu à} distance sensible

et les

phénomènes qui

^{ont lieu de}

proche

^en

proche

^{au contact} ap- parent. ^{Les résultats} que nous avons établis permettent

peut-être

de

compléter

^{sur un}

point

^le

rapprochement

cherché par

Faraday.

On a

remarqué depuis longtemps

que ^le

système

formé par ^une

masse d’eau et une lame de

platine plongeant

^{dans cette eau} pos- sède les

propriétés électriques

d’un condensateur à lame extrême-

ment

mince,

dont l’armature intérieure serait formée _par l’eau et

l’armature extérieure par le

platine ,

condensateur où la

capacité

serait

très-grande,

^{et où} les limites entre

lesquelles

peut ^{varier la} différence de

potentiel

^{entre les armatures seraient}

très-rappro-

chées : ces deux

propriétés

^{sont des}

conséquences

nécessaires de la minceur de la lame isolante.

D’autre part, ^{on a observé} que,

lorsque

^le

potentiel

^{de l’eau}

devient

plus

^élevé que celui ^du

platine, il y

^a accumulation

d’hy- drogène

^{à la surface de}

séparation

^{des deux} corps. Cette ^accumula- tion

d’hydrogène

^{a été}

regardée jusqu’ici

^comme

particulière

^aux

systèmes

formés par ^un

liquide

^{et une électrode}

polarisables.

^Or

nous avons vu

qu’un

condensateur

ordinaire,

c’est-à-dire formé de deux conducteurs

séparés

par ^une distance

sensible, jouit égale-

ment de cette

propriété

^de retenir de

l’hydrogène

^{dissimulé en}

quantité proportionnelle

^{à la}

charge positive,

^{ou de}

l’oxygène

^dis-

simulé en

quantité proportionnelle

^{à la}

charge négative.

^{Sur ce}

point

^donc

l’analogie

^est

complétée.

De

plus,

^{on a montré}

plus

haut que,

lorsqu’il

y ^a

décharge

^entre

la masse d’eau et le corps

éloigné qui

fait fonction d’armature ex-

térieure,

il y ^a

dégagement d’hydrogène

^ou

d’oxygène,

suivant que le passage ^{du fluide}

positif

^{a lieu de l’eau vers} l’intérieur ou en sens contraire.

Le même fait se

produisant

pour le

système

formé par l’eau et

le

platine

^{en contact} apparent ^a pour

conséquence

^le

dégagement

gazeux

qu’on

^{observe en effet aux} électrodes. Nous ne pouvons achever de

développer

^ici

l’analogie

que ^{nous avons}

signalée

^et

qui

s’étend aux forces

mécaniques développées

dans les deux sys- tèmes.

SUR LES PHÉNOMÈNES

D’INDUCTION;

PAR M. L. MOUTON.

(SUITE ^ET FIN.)

Résultats obtenus. - I° Une différence de tension s’accuse

entre les deux extrémités du fil induit au bout d’un temps que

je

crois

pouvoir

affirmer moindre

que 4

millionièmes de seconde

après

la rupture

métallique

^{du courant} inducteur. Le retard observé par M. Blaserna dans la

production

^{du courant}

d’induction, lorsque

les deux bobines sont

séparées,

serait donc insensible

quand

^{la bo-}

bine induite recouvre immédiatement la bobine inductrice.

2° Cette différence de

potentiel

^{va en} croissant : elle est de sens

tel que, si les ^deux extrémités du fil induit étaient réunies _par un

conducteur,

elle donnerait lieu au courant induit direct des théo- ries ordinaires de

l’induction ;

il n’est pas douteux que ^ce serait elle

qui produirait

^{tout ou}

partie

de l’étincelle dite d’induction

au cas où les deux extrémités du fil induit ne seraient sé-

parées

que par ^une mince couche d’air ou une colonne d’un _gaz raréfié.

3° Aucun

phénomène

d’étincelle ou de courant

n’ayant

^{pu se}

produire,

^la différence de

potentiel, après

avoir atteint un certain

maximum, diminue,

^{retombe à} zéro,

puis change

^de

signe,

^atteint

un nouveau maximum en sens

inverse,

pour revenir ^{à zéro et}

se

reproduire

^{en sens}

^inverse,

^{etc. : en un} mot, elle oscille de part

et d’autre du zéro.

4° ^Les temps

qui séparent

^{deux zéros} consécutifs sont

rigoureu-

sement

égaux,

^à

l’exception

^du

premier, toujours plus long.

50 Ces temps ^{diffèrent avec les} bobines induites

employées ; mais,

pour ^une bobine

donnée,

^{ils sont}

indépendants

^{du nombre}

de

spires qui

composent la bobine inductrice ^et de l’intensité du

courant

inducteur,

^du moins dans les limites

indiquées plus

^haut

où j’ai opéré.