HAL Id: jpa-00242527
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00242527
Submitted on 1 Jan 1912
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Ozonisation de l’oxygène par les rayons α
S.C. Lind
To cite this version:
S.C. Lind. Ozonisation de l’oxygène par les rayons α. Radium (Paris), 1912, 9 (3), pp.104-106.
�10.1051/radium:0191200903010400�. �jpa-00242527�
104
Ozonisation de l’oxygène par les rayons 03B1
Par S. C. LIND [Institut du Radium de Vienne.]
On sait que l’air qui se trouve directement en contact avec des préparations de radium intenses est ozonisé, l’ozone formé étant facile à reconnaitre à
son odeur. On obtient aussi une odeur persistante
d’ozone lorsclu’une quantité notable de rayons (J. pénè-
trent dans l’air à trayeurs une lame mince de verrue ou
de niica. Quand la paroi est assez épaisse pour arrè-
ter tous les rayons a, le phénomène ne se produit plus. C’est ce qui a fait supposer que l’action ion-
sante est due aux rayons x. Jusqu’ici on n’a pas mesuré la quantité d’ozone produite ni le rapport
entre cette quantité et l’intensité du rayonnement.
Une pareille détermination présente à différents égards
un grand intérèt.
L’odeur d’ozone se produit avec une netteté parti-
culière au voisinage d’une boule de verre très petite et
très mince où l’on a accumulé des quantités con-
sidérables d’émanation. Ces boules, dont le diamètre
est de 1 à 2 mm et l’épaisseur de 0,005 ou 0,01 mm,
présentent une absorption sensiblement égale a
celle de 1 ou 2 cm. d’air. Les rayons oc qui sortent
de la boule pénètrent dans une atmosphère d’oxygène,
ce gaz convenant mieux que l’air pour l’utilisation totale des rayons a et donnant un meilleur rendement
en ozone.
Le principal résultat des expériences qui suivent
est celui-ci : le nonlbre total des molécules d’ozone formées à la fin d’une expérience (dosé chimiquement),
est du même ordre de grandeur que le nombre total des ions produits durant ce temps dans le gaz par les rayons a. Ce fait conduit directement à une théorie
ionique de l’ozonisation : un ion oxygène rencontrant
une molécule d’oxygène produit une molécule d’ozone.
Le mécanisme probable de cette réaction sera discuté plus loin. Indiquons simplement que si le rendement
en ozone est parfois égal à celui qu’exige la théorie,
et ne le dépasse jalnais, il est toutefois demeuré sou-
vent inférieur dans le rapport de 1 à 2 ou a 5 par suite d’irrégularités dont on n’a pu avoir l’explication.
Maigre cela la corrélation semble certaine entre ioni- sation et ozonisation.
Après avoir indiqué la technique qui lui a permis
d’obtenir les boules de verre dunt il s’est serBi,
M. Lind a déterminé comme suit le pouvoir absor-
bant de ce; bouler pour les rayons x.
Avant d’introduire l’émanation dans une de ces boules il confient de se faire une idée de l’épaisseur de ses parois. Ceci ne présente aucune difficulté si l’on dis-
pose déjà d’une source convenable de rayons ce, par
exemple, d’une autre boule déjà remplie d’émanation.
Il suffit alors de placer la source immédiatement der- rière la boule à étudier et d’approcher un écran de sul-
fure de zinc à 4-5 cm. environ. A cette distance on ne
voit d’abord sur l’écran que l’ombre noire donnée par la boule. Mais en rapprochant progressivement l’écran
on voit tout à coup, au milieu de l’ombre, apparaître un point brillant, ce qui signifie qu’à cette distance exac-
tement les rayons oc commencent à traverser les deux
parois de verre de la boule. On déduit de là l’équiva-
lent en air de ces parois. Le parcours des rayons « se déduit des mémes mesures, dans le cas où il n’est pas
connu a priori: il suffit de noter la distance où appa- rait la luminescence quand on rapproche progressive-
ment la source de l’écran. Au cas où les rayons ce ne
pourraient traverser les deux parois de verrue, on
observe la luminescence ,d’un grain de sulfure de zinc
placé directement à l’intérieur de la boule.
On arrive à déterminer avec plus de précision le
parcours dans l’air des rayons a émis par une boule
pleine d’émanation en opérant comme suit. Au lieu de
mesurer la distance où apparaît la première lueur, on rapproche encore la boule de l’écran. Le point lum*,.-
neux s’étale alors en un cercle régulier d’autant plus grand que la distance est plus petite. Mesurant le
rayon de ce cercle et la distance on obtient le parcours
en appliquant la relation :
L’exactitude avec laquelle se font les mesures peut s’estimer d’après le tableau suivant :
Après application des différentes corrections, on
arrive à cette conclusion que les petites boules de verre
utilisées donnent à l’extérieur, plus des 2 3 de l’ioni-
sation théorique totale. Pour ce motif ces boules parais-
sent pouvoir rendre de grands services dans maintes
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191200903010400
105
recherches de radio-activité. Remplies d’émanation,
ces boules constituent à coup sûr la forme la plus
concentrée que nous connaissions du rayonnement 2.
L’émanation pure de 2 grammes de radium métal
pourrait être concentrée dans une boule de 1,2mm3, c’est-à-dire dans un espace 400 fois plus petit que le
volume du sel initial.
ln
L’émanation du radium était empruntée à une préparation très intense contenant environ 144 mmg.
de HaCl2 pur. Cette émanation, purifiée d’une
manière aussi complète que possible, était envoyée
directement dans l’une des boules de verre décrites
précédemment. La correction d’absorption due aux parois de la boule était déterminée par un procédé graphique. La boule de verre se trouve au centre
d’une autre boule de 12 cm. de diamètre, qui est en
relation avec un appareil producteur d’oxygène pur.
L’oxygène humide ne donne pas des résultats très différents de l’oxygène pur. Après l’expérience, qui peut être faite soit au repos, soit en courant gazeux,
on titre l’ozone par l’iodure de potassium et l’hypo-
sulfite.
Pour mesurer l’ionisation totale, on a du renoncer
à évaluer directement le courant de saturation, très difficile à obtenir avec un rayonnement x intense. On
a dà se contenter d’une estimation indirecte basée
sur les considérations suivantes. La mesure exacte
de la quantité d’émanation contenue dans la petite
boule se fait simplement à 1 aide des rayons y. Le parcours maximum des rayons cc du radium C se dé- termine par la méthode indiquée ci-dessus et l’on en
déduit l’équivalent en air de la paroi de verre. Après
correction convenable, on peut déterminer, en se
servant des courbes d’ionisation de Bragg, le nombre
des ions produits par particule x. Ce nombre, mul- tiplié par le temps, par la masse d’érnanation et par
3,4.1010 (nombre de particules x émises par seconde
par 1 g. de radium métal) donne le nombre d’ions formés pendant l’expérience. La mesure de l’éma-
nation par la méthode des rayons y est fondée sur le 1er étalon de Vienne, qui a fourni 118 calories par gramme de radium en une heure, et qui est par
conséquent de 15 pour 100 plus faible que l’étalon Rutherford, qui a fourni le nombre 3,4.1010; la
correction nécessaire a été faite. L’ozone est dosé
chimiquement, et l’on en déduit le nombre de molé- cules d’ozone qui se sont forlnée3, en employant pour le nombre des molécules gazeuses par cn13 la cons- tante 2,69.1019 tiree de mesures radioactives.
IV
Le tableau suivant donne les résultats des mesures
faites avec trois boules différentes. La boule A a
servi aux expériences i et 2 (courant d’oxygène, humide. La sphère B a servi pour les expériences
5, 4, 5, faites dans les mêmes conditions, mais avec
une quantité d’émanation deux fois plus grande. La sphère C a servi pour 5 expériences deux en courant
gazeux (oxygène filtré et sec), les trois autres a l’état
de repos (oxygène pur, oxygène sous pression ré- duite, air). Voici la signification des notations :
T=temps de 1"expériences cn secondcs ;
E=moyenne logarithmique de la quantité d’éma-
nation en curies :
a=nombre total des particules a=5,4.1010 XO,85xExT;
N - nombre total des ions =x i ;
i = nombre d’ions par particule x;
lI = nombrc des molécules d’ozone formées = 2,69 X 1019 par cm’.
Dans les colonnes qui contiennent les valeurs de
106
N et de hl, deux choses frappent particulièrement.
On voit d’abord qne l’ordre de grandeur de N et de M
demcure en gros le même et que N M tend vers une va-
leur minimum 2, qu’il ne dépasse jamais. En second
lieu on constate une irrégularité des résultats, dont
on n’a aucunement pu découvrir la cause. En chan- geant le dispositif expérimental on a cherché, mais
sans succès, a obtenir plus de régularité. Cette
variation dans l’ionisation d’une expérience à l’autre
est particulièrement remarquable, parce qu’elle se produit dans des conditions de stabilité parfaite et parait indépendante de tout défaut expérimental. La
circonstance que M ne dépasse
jamaisN
et tend verscette valeur maximum peut faire penser que c’est la valeur correcte, et que les valeurs moindres pro- viennent d’une perte d’ozone.
Dans la théorie ionique de l’ionisation, nous admettrons que les ions oxygène rencontrent des molécules d’oxygène ordinaires pour rormer de l’ozone. Mais si les ions se recombinent il peut y avoir reformation d’oxygène et par suite pcrte en
ozone. Or il reste tout aussi difficile il expliquer pourquoi tantôt cette recombinaison a lieu, tantôt elle n’a pas lieu. La difticulté n’est pas moindre si l’on attribue la perte en ozone à une action désozoni-
sante du rayonnement, étant donné que la concentra- tion en ozone ne dépasse jamais le 1/1000e et que d’ailleurs la destruction de l’ozone devrait se faire de la même manière toujours. On ne peut donc incri- miner que les défauts de titrage de l’ozone ; mais ici
encore on a employé la méthode classique toujours
dans les mêmes conditions, et on n’arrive pas à
expliquer les irrégularités.
V
On a fait remarquer dans le paragraphe précédent
que le nambre total M des nlolécules d’ozone formées durant l’expérience tend vers la limite
M=N 2, N
désignant le nombre total des ions formés dans le même temps. Si l’on peut considérer comme exacte
l’hypothèse que ce rapport est le rapport théorique, on
arrive à se faire l’idée sui;an te du processus de l’ozoni- salion. Une moitié des ions oxygène (peut-être les ions positifs) rencontre un nombre égal de molécules d"oxy-
gène avec lesquelles elle forme autant de molécules d’ozone. La charge est alors neutralisée par l’autre moitié des ions (de signe contraire) ou par des électrons. On ne peut décider naturellement si la neutralisation a lieu avant ou après la formation d’ozone. Le mécanisme de la réaction peut aussi être tout différent, mais celui- ci parait le plus vraisemblable d’après les expériences
connues. Les ions oxygène sont à vrai dire mal connus,
mais on a de bonnes raisons de croire que l’ion posi-
tif est un atome d’oxygène chargé, qui, à la pression atmosphérique, s’entoure d’un cortège de molécules
d’oxygène. U’après la théorie proposée, ce serait donc l’ion central seulement qui aurait la faculté de former
de l’ozone.
L’expérience 9 (Tableau II) montre clairement
l’effet d’une réduction de pression sur la formation d"ozone. Sous la pression de 1/5 d’atmosphère, la
couche d’oxygène entre les deux boules ne correspond qu’à 6/5 cm d’oxygène à la pression atmosphérique.
La plus grande partie de l’énergie du corps se perd
alors dans la paroi de verre et l’ionisation diminue
beaucoup. L"expérience montre qu’il en est bien ainsi,
et c’est là un solide appui pour la théorie proposée.
Dans l’expérience 10, où l’on opère sur l’air, on n’a
pas cherché à distinguer entre l’ozone et les oxydes
de l’azote ; tous deux ont été dosés, mais il est inté-
ressant d’observer que l’effet ozone sur l’air a â peu
près la même valeur que sur l’oxygène pur à la pression
de 1, 5 d’atmosphère.
Remarquons enfin que la théorie ionique de l’ozo-
nisation pose toute une série de questions intéressantes, qu’on ne pourra résoudre que lorsqu’on saura repro- duire régulièrement les réactions. C’est ainsi qu’il y aurait un grand intérêt à comparer l’ozonisation de l’air et de l’oxygène, à comparer la formation d’ozore et la formation d’oxydes de l’azote. On peut se poser aussi la question de savoir si en neutralisant une
partie des ions oxygène, on entraverait la formation d’ozone ; en d’autres termes, le même ion oxygène peut-il transporter l’électricité et former de 1"ozone?
Actuellement les difficultés expérimentales rendent
ces questions insolubles. Mais si l’on arrivait à régu-
lariser les expériences, on pourrait non seulement
aborder les problèmes indiqués, mais encore arriver
à une mesure chimique précise du rayonnement x,
par exemple par un dosage d’ozone.
accule 9 mars 1912].
(Traduit de l’allemand par L. BLOCH.)
