EXTRAITS
Passage de l’électricité à travers les mélanges gazeux
1
Par E. M. WELLISCH [Emmanuel College, Cambridge.]
1. Supposons qu’un mélange de deux gaz, par exemple du gaz sulfureux et de l’oxygène, soit soumis
a l’action des rayons de roentgen ; le noyau positif
(une molécule privée d’un électron) doit être de volume
et de masse plus grands dans le cas du gaz sulfureux que de l’oxygène, et il est possible par conséquent que
les ions ainsi engendrés aicnt entre eux des diffé-
rences. Si les deux groupes d’ions positifs sont entrai-
née par un champ électrique, on pourrait s’attendrc
raisonnablement à une différence de mobilités.
L’objet initial de la présente série d’expériences
était de voir si les ions de chaque signe, produits par les rayons de Roentgen dans un mélange de deux gaz
ou dans le mélange d’un gaz et d’une vapeur à la
température normale, possèdent deux mobilités dis- tinctes dans un champ électrique.
2. La méthode de mesure était celle de M. Langevin 2, déjà employée par l’auteur dans un récent travail 3. Entre deux plateaux parallèles, dont l’un est porté à un potentiel
constant et dont l’autre est isolé, on fait arriver un pin-
ceau de rayons de Roentgen produits par une décharge unique d’une bobine d’inductioa ; un certain temps t,
connu et variable à volonté. Après le passage du faisceau,
on renverse le sens du champ; on mesure à l’électromètre la charge totale Q recueillie par le plateau isolé.
Les courbes reliant Q et t doivent présenter, dans le
cas d’un gaz unique, le type figuré ci-contrc (fig. I ) :
la courbc MPQRST se rapporte au cas où le plateau
isolé est négatif avant le renversement du champ; les
’parties obliques prov iennent de ce que le pinceau de
rayons a une épaisseur finie et les parties qui coïnci -
dent avec l’axe des temps s’obtiennent lorsque le champ
est renversé après que tous les ions d’un signe ont été
reçus par le plateau non isolé et avant que les ions du
signe opposé aient atteint le plateau isolé. La diflë-
rence des abscisses des points B et S représente le temps
nécessaire pour que les ions positifs traversent l’in- tervalle compris entre les plateaux. Si, dans le cas d’un mélange de deux gaz, il y a deux mobilités distinctes,
1. Mémoire lu à la Societé Hu yale cle Londres le 17 juin 1909.
[Communiqué par M. J. J. ThomsonJ.
2. Ann. de Chim. et Pltys., 28 (190j) 493.
5. Le Radium, 6 (1 009 1i9.
les ions doivent se séparer aussitôt que le rayonnement
a agi et la courbe réellement obtenue doit avoir la forme MPQrstST ; le point s correspond au moment
ou le plateau isolé a recueilli avant le renversement
rig. 1.
du champ tous les ions positifs ayant la mobilité la
plus grande et le point S au moment ou les iuiis posi-
tifs les plus lents ont tous été recueillis.
La forme de la courbe expérimentale doit donc dé- cider de la question posée.
3. Or, le résultat est tout à fait négatif. Les figures 2, 3
sont la reproduction de deux des courbes obtenues : iig. ’2 - mélange d’anhydride sulfureux (151 mm.) et d’oxygène (629 mm.); mobilité de l’ion positif h+ . =0,72 , de 1 ion négatif k-=0,76c,s: fig . 5 - étler éthylique (122 mm.)
et air (508 mm.), k+= 1,04, k- -- 1,33. Ces courbes donnent lieu Ü quelques remarques : 1° Les ordonnées des points S et E sont toujours plus grandes en valeur
absolue que celles des points B et P; cela provient d’une
distorsion du champ produite par l’anneau de garde entou-
rant l’électrode isolée après le renversement du champ, et
faisant arriver sur cet anneau quelques-unes des lignes due
force qui arriveraient sur le plateau isolé bi son putuntid
était rigoureusement le même que celui de l’anneau de
garde; cela n’influe pas, d’ailleurs, sur la valeur des mobi- lités ; 2° la partie inclinée des courbes est toujours plus grande que ce qui correspondrait à la largeur du pinceau
de rayons ; cela provient sans doute de la radiation ecoii-
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190900608024100
d;ilre produite par le gaz ; 5° elle est également plus grande
pour les parties droites des courhes que pour les parties gauches : l’auteur attribue cet élargissement de la région
ionisée à la diffusion pendant le mouvement des ions.
Si l’on regarde des courbes (2) et (5) comme carac- téristiques pour un mélange de deux gaz ou d’un gaz
Fig. 2.
et d’une vapeur, on est amené à conclure qu’au mou-
vement des ions dans le milieu doit être associé quel-
que phénomène ayant pour résultat l’établissement
l’ig. 5.
entre eux d’une moyenne statistique, qui nous empêche
de constater dans le mélange l’existence de deux mo- hilités distinctes. Un peut expliquer cet effet d’égali-
sation de la manière suivante (en se bornant, pour
abréger, au seul cas d’un ion positif).
Les centres positivenlent charges résultant de l’ioni- saliun des molécules des deux gaz forment autour d’eux des amas moléculaires qui constituent les ions
positifs ; mais, durant le passage de l’ion a traners lc
milieu, il y a un continuel échange entre les molécule
constituant l’amas ionique et les molécules du milieu.
De la différence entre les dimensions et les masses
originelles des centres charges ne doit donc pas résul- ter nécessairement qu’il y ait deux mobilités distinctes pour les deux espèces d’ions positifs. C’est la conclu- sion à laquelle arrive M. Blanc 1 d’après ses expériences
sur les mobilités dans les n1élanges gazeux, de celle en
particulier où un ion formé dans l’acide carbonique prend, quand il est envoyé dans l’air, la même mobi- lité qu’un ion formé et laissé dans l’air.
4. Effet de petites traces de vapeur sur la valeur des mobilités des ions formés dans l’air.
- Zeleny et Rutherford ont montré que les vapeurs d’eau et d’alcool, même en très petites quantités dans
l’air, produisent une diminution marquée dans la mo-
bilité de l’ion négatif. Elles agissent peu sur la mobi- lité de l’ion positif dans l’air; dans l’acide carbonique,
la vapeur d’eau augmente la mobilité de l’ion positif
et dans l’hydrogène elle la diminue’.
L’auteur cite les nombres de Zeleny.
Une série d’expériences a été effectuée pour obtenir l’effet produit sur les mobilités des ions dans l’air par l’addition de petites quantités de différentes vapeurs;
on a trouvé que les vapcurs d’iodure de méthyle et de
bromure d’éthyle ont peu d’effet sur les mobilités des ions positifs et négatifs, tandis qu’au contraire les va-
peurs d’alcool et d’acétone produisent une diminution marquée à la fois sur la mobilité de l’ion positif et sur
celle de l’ion négatif. Les résultats sont consignés
dans la table suivante.
5. Mélanges dans lesquels les ions sont for-
més aux dépens d’un seul constituant. Quand la chambre d’ionisation était remplie d’hydrogène sous
760 mm. de pression et qu’on employait un faisceau
étroit de rayons (fente de 1 mm), l’ionisation produite
par les rayons de Roentgen que fournissait une seule
décharge de la bobine était extrêmement faibles, même
avec des courants très intenses dans le primaire: on
obtenait sur l’échelle de l’électromètre une déviation de 1 mm. seulement.
1. Journ. de Phys., 7 (1908 , gj8. - Voir aussi Le Radium, 5 (1908). 2!1.
2. Les résultats de 1 autour en cc Itil concerne l’air, l’acide
carbonique secs et humides avaient déjà été observés par 31. Blauc. loc. cit.
La chambre d’ionisation était alors vidée à basse
pression et on y introduisait de l’iodure de méthyle jusqu’à ce que la pression atteignit 6 mm. ; à cause de
la facilité avec laquelle cette vapeur est ionisée, une
seule décharge de la bobine donnait alors une dévia-
tion très acceptable (50mm. environ). On introduisait alors de l’hydrogène jusqu’à cc quc la pression totale
fut de 760 mm. Les mobilités furent mesurées et les résultats suivants obtenus :
ion négatif 6,86cm/sec.
ion positif 5,07cm/sec.
Dans une autre série d’expériences dans lesquelles
la pression partielle de l’iodure de méthyle était de
12 tlm. on trouva :
ion négatif 3,96cm/sec.
ion positif 4,81cm/sec.
Les nombres de Zeleily pour l’hydrogène pur sont : ion négatif 7,93cm/sec.
ion positif 6,70cm/sec.
Ainsi donc, bien que l’ionisation soit due entière- ment a l’iodurc de méthyle. les ions produits se dé- placent dans le milieu, qui diffère peu de l’hydrogène,
avec une vitesse voisine de celle que l’on observerait si l’ionisation était due à l’hydrogène.
L’auteur calcule une limite supérieure de la mobilité de l’ion positif au moyen d’une formule qu’il a donnée anté-
rieurement, en supposant que cet ion soit formé d’une molécule d’iodure de méthyle en mouvement au milieu de molécules d’hydrogène; il trouve 0,58 cm./sec. en négli- geant la diminution du chemin moyen résultant de l’attrac- tion électrostatique des molécules voisines, 0,13 cm./sec.,
eu tenant compte de cette influence.
La mobilité calculée, avec des hypothèses qui augmentent sa valeur, est donc considérablement plus petite que la mobilité observée. Nous sommes obligés
d’en conclure que le de la charge ne peut ètre
dans ce cas la molécule d’iodure de méthyle; en
d’autres termes, qu’il doit y avoir, au moins au début,
un transport de la charge de la molécule d’iodure de
méthyle à la molécule d’hydrogène. - Il en est de
même pour la charge négative.
Des expériences effectuées de la même manière avec de
l’hydrogène contenant un peu de tétrachlorure de carbone ont donné le même r ésullat. Dans le cas d’un mélange formé de 757 mm. d’hydrogène et de 5 i-nm. de mercure méthyle, il fut trouvé pour l’ion négatif k-= 7,18 cm. sec.
et pour l’ion positif k-=5,16 cm. sec., alors que les li- mites supérieures calculées étaient 0,33 c, en négligeant
’attraction électrostatique et 0,’lU Ci 8 en en tenant compte.
ti. Expériences relatives à la stabilité des ions de vapeur. Les résultats ci-dessus conduisent donc à penser que les ions contenant de grosses nlolé- cules comme celles de certaines vapeurs sont instables
en présence des molécules d’hvdrogène, puisque leur
charge se transporte aussitôt sur les molécules d’ly- drogène. Des expériences ont été faites pour voir si les molécules des vapeurs sont susceptibles de ieleiiir
leur charge pendant longtemps en présence des molé-
cules d’hydrogène. Dans ce but la chambre d’ionisation était vidée à basse pression et on y faisait rentrer de l’iodure de méthyle jusqu’à la pression de 7cin.
On mesurait les mobilités, mais on ajoutait une
Fig. 4.
petite quantité d’hydrogène ; les mobilités étaient
encore mesurées, après quoi on ajoutait encore de l’hydrogène et ainsi de suite jusqu’à ce que la
pression atmosphérique fùt atteint. La chambre d’ionisation était de nouveau vidée et on recommençait
une nouvelle série d’expériences, en mettant seulement
dans la chambre 51 mm. d’iodure de méthyle. Les
mobilités étaient ainsi mesurées de la même manière pour les pressions initiales, dues à l’iodure de métlylc,
de 25mm., 12 mln. et 6 mm. Les résultats sont
représeiités figure 4 ; la courbe relative à l’hydrogène
pur est déduite des nombres de Zclclly et plusieurs points de la courbe relative à l’iudurc de méthyle pur ont été calculés en admettant la loi pk =constante.
l’our interpréter les résultats, considérons d abord la courbe correspondant a la pression de 7 cm. pour l’iodure de méthyle. Il est éN ideiit que l’addition d’une
petite quantité d’hydrogène modifie peu la mobilité;
si les ions de vapeur étaient instables et repassaient
leur charge aux molécules d’hydrogène, nous obser-
verions un accroissement considérable de la mobilité à cause de la faible lasse du support de la charge.
Quand on ajoute de l’hydrogène, la mobilité diminue très lentement; quand la pression totale passe de 7 à 76 cm., la mobilité diminue seulement de 2,7c/s à 2c/s. Au fur et à mesure que l’on ajoute de l’hydro- gène à l’iodure de méthyle. les charges tendent donc de plus en plus à constituer des ions-hydrogène, bien
que pourtant la molécule d’iodure de méthyle soit capable de porter la charge d’une distance très appré-
ciable même en présence d’une quantité considérable
d’hydrogène.
Uu vomit aussi sur les courbes que les mobilités
s’approchent d’autant plus rapidelnent de celles de l’hydrogène pur que la quantité initiale d’iodure de
méthyle est plus faible.
Des considérations semblable s’appliquent aux ions négatifs. - Des expériences conduites de la même manière avec le bromure d’éthyle et l’hydrogène don-
nent des résultats analogues.
7. Discussion du mécanisme par lequel se
fait le transport des charges positives. Il est
intéressant d’examiner comment, ainsi clu’on Nient de
le constater, une molécule de vapeur positivement chargée peut transmettre sa charge â une molécule d hydrogène. D’une part il est possible, qu’à cause du champ intense environnant la molécule de vapeur
chargée, un corpuscule soit arraché à une molécule d’hydrogène : la molécule de vapeur devient neutre et la partie résiduelle de la molécule d’hydrogène peut servir conf’ormément à la théorie adoptée à transpor-
ter une charge positive. D’autre part, la molécule de vapeur peut transmettre une unité positive d’électri-
cité à une molécule d’hydrogène d’une manière sem-
blable li celle que nous admettons dans le cas de l’ion
négatif. L’auteur est plus favorable à cette Yue, en
particulier parce qu’une conception de ce genre semble nécessaire pour expliquer le fait que, dans certains gaz, par exemple le gaz sulfureux, la mobilité dc
l’ion positif est plus grande que celle de l’ion néga-
tif.
Soit L le chemin moyen de libre parcours d’une molécule d’iodurc de méthyle dans l’hydrogène sous
unc certaine pression, et 1 le chemin moyen d’une molécule d’iodure de méthyle dans l’iodure de méthyle
sous la même pression. Si l’on regarde comme exactc
la formule de Maxwell
pour le chemin de libre parcours d’une molécule de masse M au milieu d’autres molécules de masses lit,
on en déduit que L : 1 == 0,22.
en calculant le rapport des rayons des molécules au u10yen des densités de l’iodure de méthyle et de l’hydrogène a
l’état liquide.
Or, la mobilité à température constante estprcpor- tionnellc au chemin moyen, si la masse et les dinien- sions de l’ion restent les mêmes, comme le montre la formule de Langcyin h = eL : MV, où M représente la
masse de l’ion et V la vitesse moyenne d’agitation thermique. Il en résulte que, si la masse et les dimen-
sions de l’ion formé dans l’iodure de méthyle pur sous
une certaine pression restaient inaltérés, ou augnien- taient par l’addition d’une certaine quantité d’hydro- gène, les courbes de la figure 4 seraient plus près des
axes que la courbe relative à l’iodure de méthyle pur.
La position effective de ces courbes implique donc que la masse et les dimensions de l’ion diminuent quand on ajoute de l’hydrobène. Si l’ion cet donc regardé comue
un amas de molécules, il est nécessaire de postuler
le transport initial de charge par l’un ou l’autre des processus indiqués plus haut, et, en outre, la dimi- nution de la masse et des dimensions de l’ion quand
on ajoute de l’hydrogène ; cela peut se concevoir si l’on
regarde l’addition d’hydrogène comme diminuant le
temps pendant lecluel l’amas ionique contient une
molécule d’iodure de méthyle, de sorte que, s’il y a beaucoup d’hydrogène, l’ion est approximativement
formé d’un amas de molécules d’hydrogène.
8. Mécanisme du passage de l’électricité à travers les gaz. - It est donc nécessaire ou bien de supposer l’existence d’une unité d’électricité positive,
ou d’admettre quelque mécanisme rendant inutile
l’hypothèse d’un électron positif au moyen duquel une
molécule chargée peut céder sa charge à une molécule
neutre.
Les deux alternatives rendent extrêmement probable
que, lorsque des ions se meuvent dans un mélange de
deux gaz, il y a un continuel échange des charges entre
les deux sortes de molécules; pendant une partie de son séjour dans le mélange la charge est associée aux mo-
lécules d’un gaz et pendant le reste du temps aux mo-
lécules de l’autre gaz. IL est naturel d’en conclure que la même chose se produit au sein d’un gaz simple, comme l’oxygène ou l’anhydride sulfureux, etc. Dans un tra- vail antérieur on a montré que les valeurs expérimen-
tales des mobilités peuvent s’expliquer approximati-
vement en supposant que l’ion est formé d’une seule molécule chargée à condition de tenir compte de la diminution de chemin moyen due à l’attraction électro-
statique que l’ion exerce sur les molécules. L’échange
entre les molécules se produit dans le milieu a la fois pour les ions négatifs et les ions positifs; les âiflë-
rences importantes entre les valeurs des mobilités des deux espèces d’ions dans certains gaz, tels que l’oxy- gène, l’hydrogène, etc., s’explique si nous supposons que la charge, généralement associée à une molécule, peut exister a l’état libre pendant un certain temps.
La mobilité de ,l’ion négatif sera alors plus grande
que celle de l’ion positif, dans les gaz dont les molécules
ont une affinité plus grande pour la charge positive
que pour la charge négative ; dans l’oxygène et 1 hy- drogène il est donc nécessaire de supposer que la
charge positive est associée avec les molécules plus longtemps que le corpuscule négatif. Les expériences
de Morceau 1 sur les flammes s’accordent avec cette vue;
le temps pendant lequel la charge négative existe a
l’état libre est d’autant plus grand que la température
est plus élevée, puisque la masse de l’ion négatifs dans
1. C. R.. i48 (1909), 342. Voir aussi I,e Radium, 6 (1909),
146.
une ftamme à 2000° est de 10-2:; gramme, intermé- diaire entre la masse de l’atome d’hydrogène (1 0-24)
et celle du corpuscule (t 0-27).
Il résulte aussi des expériences relatives à l’influence de petites quantités de vapeur ( 4) que les molécules
de certaines vapeurs (eau, alcool, acétone) tendent à con-
server leur charge beaucoup plus énergiquement que les molécules de vapeurs plus lourdes comme l’iodure
de méthyle. Ainsi si l’on ajoute une petite quantité de
vapeur d’eau à de l’acide carbonique sous la pression atmosphérique, les charges doivent être portées sur un
trajet considérable par les molécules d’eau: eu égard
a leur faible masse nous pouvons nous attendre à trou- ver un accroissement de la mobilité de l’ion positif,
tandis que pour 1 Ïon négatif cet accroissement doit être contrebalance par le raccourcissement de la pé-
riode pendant laquelle le corpuscule existe à l’l’tat
libre, de sorte qu’en somme la mobilité de 1 ion négatif dccrott.
[Reçu le 20 juillet 1909.]
[Extraits traduits par Louis DUNOYER].
MÉMOIRES TRADUITS
Le phénomène du recul
et
le produit final du radium1
Par J. Mc LENNAN
[Laboratoire de Physique de l’Université de Toronto.]
Les expériences de Miss Brooks sur le dépôt actit
du radium’ ont montré que le radium B s’échappe en quelque sorte du corps activé par l’émanation du ra- dium et gagne aux faibles pressions les parois de
l’enceinte. Pour interpréter ce résultat, Rutherford 3
préfère l’hypothèse d’un effet de recul à une volatilité
du radium R.
On sait que les atomes du radium A émettent en se brisant des particules x avec une vitesse de 1,7 109 cm. par seconde ; puisque la masse de la particule Y. est 4 (Il = 1) et celle de l’atome du ra-
dium B environ 200, il est évident, d’après la nature explosive de la désintégration des atomes du radium A, que les atomes du radium B doivent être projetés
avec une vitesse considérable dans la direction
opposée celle d’émission des particules x.
Des communications récentes de Otto Malin et Lise
MeitnerB de Russ et Makower 3 donnent la descrip-
tion d’expériences qui confirment l’exactitude de 1 hy- pothèse de Rutherford, et montrent aussi qu’il est
1. Nature 80 (1909) 490-491.
2. Nature (1904) 270.
J. RUTHERFORD, Radio-activity, p. 592.
4. Otto HAHN et Lise MEITNER, Verh. der Deut. phys. Ges., 2-3 ; Phys. Zeitschr. iO-81.
]Russ et MAKOWER. t’roe. Roy. Soc.. A-82(1909) 205-224:
Le Radium. 6 (’1909 182-188,
possible d’isoler les produits radioactifs, radium A,
B et C, thorium D, actinium X et C, en mettant seu-
lement à profit l’effet de recul.
1)’autres exemples de phénomènes de recul se pré-
sentent également dans les récentes expériences de Debierne1, et dans celles de Konnedy sur le dépôt
actif de l’actinium2.
En considérant ces exemples d’effet de recul, on
se demande naturellement s’il n’y a pas une relation entre ce phénomène et le produit final de transfor- mation du radium. On sait que le radium C (polo- nium) émet des rayons a; Logeman et d’autres expé-
rimentateurs ont montré que, lorsqu’il est déposé sur
une lame due cuivre, il émet aussi une faible radia- tion ô. Par analogie avec lf’s faits rapportés plus haut
il semble que, dans le cas présent aussi, le phéno-
mène de recul doive se manifester, par la projection
hors des lames recouvertes de radium C, des atomes du produit final radioactif.
line telle projection a été récemment nlise en évi- dence par V.-E. Pound au laboratoire de physique de
Toronto. Un plateau de cuivre isolé A, dt i cm2 de surface environ, recouvert d’un dépôt de radium (;.
était placé dans une enceinte a vide éleBé. en face
1. DEBIERNF. Le Radium. 6 1909 97-108.
2. KENNEDY. Phy’, net., ilai.