HAL Id: jpa-00242659
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Submitted on 1 Jan 1919
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Eugène Wourtzel
To cite this version:
Eugène Wourtzel. Les actions chimiques du rayonnement α1. Radium (Paris), 1919, 11 (11-12), pp.332-347. �10.1051/radium:019190011011-12033201�. �jpa-00242659�
était zéro et s’il n’v avait pas translation, fera évidem- ment, avec A0B1 un angle 2 (0)1-A), et avec Agi l’angle 90° - 2 (Ùf + 2 i,. C’est la la valeur a donner à z pour appliquer la formule (1) a la réflexion sur
Bi. Quant à celle qu’on doit attribuer à a, on voit qu’elle est 6 = -(900 - 03BC) . Appelant crf la valeur de
l’angle dont on doit supposer tourné le miroir B, pour tenir compte de la translation, on obtient :
et avec les approximations admises :
[sin 2b- 2 sin26d - 2A sin 2ô -03BC(2 cos 25 - sin 2o)].
En tenant compte des changements successifs
d’orientation des images virtuelles de l’onde QIN, on
trouvera aisément l’angle O1 avec AoX de l’image M1 N1, due aux deux réflexions sur AoCo et sur B1, qui
est :
D’une manière analogue on trouve pour l’angle 7,, dont on doit supposer tourné le miroir B:2E2 :
et pour l’angle C0 A0 C2 = w2 dont on doit supposer tournée la lame A00 au moment de la dernière
réflexion :
Pour lïnclinaison de M2N2,deuxième image de NIN,
on a alors :
O2=2 (-v + A - o2+w2)
Mais ce qu’il nous faut connaître c’est O1 - O2
Les formules établies jusqu’ici donnent :
Sans nous arrêter à quelques énoncés relatifs à cer-
taines valeurs particulières des angles, voici la consé-
quence principale qu’on tire de cette formule.
Si les angles A, 03BC, v, v, tout en étant assez petits pour
pouvoir confondre chacun d’eux avec son sinus, sont
assez grands par rapport à p2, le deuxième membre de la formule (21) se réduit aux deux premiers
termes. Cela signifie que la distance entre les franges dépend d’une même manière de 03BC et de v, et en
mesure double de X. Cette dernière particularité était à prévoir, parce que la lame inclinée intervient deux fois dans l’expérience, et les miroirs une fois seulement.
[Manuscrit reçu le 12 Septembre 1919.]
Les actions chimiques du rayonnement 03B11
(Suite).
Par M, Eugène WOURTZEL
[Faculté des Sciences, Laboratoire de Mme CURIE].
DEUXIÈME PARTIE
Résultats expérimentaux obtenus
et leur discussion.
J’exposerai d’abord la façon, de laquelle sont dési- gnées les valeurs expérimentales dans toute la suite
de l’article.
V est le volume du ballon à réaction.
R est son rayon, calculé d’après la capacité de la partie sphérique.
QQ est l’émanation contenue dans la partie sphérique.
t° est la température du ballon pendant la durée
de la mesure.
T = t2 - t1 la durée de la mesure, en heures, entre
deux refroidissements successifs.
p, la pression partielle du gaz à décomposer, exprimée en atm, et réduite à 0°.
v’ le volume de ce gaz, exprimé en ce. et réduit
à 0° et 760 mm.
K est la constante de la réaction, déterminée par une relation - dv’ dt = KQ0e-it.
La constante K dépend, entre autres, de la pression
du laboratoire, laquelle varie, durant la mesure même,
par suite de la destruction du gaz, On a, donc,
1. Il est nécessaire de signaler ici, l’omission, par erreur, de la lettre x dans le titre de la première partie de cet article.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019190011011-12033201
détruit dans FintervaUe 4- t1,sera donc déterminée
par la relation.
La
fonction f (v’ v)
peut être établie par la voieexpérimentale. En 1 introduisant dans le calcul de
l’expression ci-dessus, un développement en série
montre, que, dans l’intervalle de chaque mesure, on peut négliger les variations de f
(v’ v),
si l’on pose :K = f (p1+P2) 2 = const.
L’intégration amène alors
à une expression simple
si chaque cc. de gaz détruit donne naissance à il cc.
de gaz extrait, le volume i, de ce dernier est
K/A correspond donc au nombre de ce. détruits
pendant toute l’existence de l’émanation entre t = 0 et f = t oo. Dans la publication prénminaire, j’ai désigné K/A par v/q
K oo/A correspond à la constante de la réaction sous
pression infinie, constante, obtenue par extrapolation
de la fonction K == f (p) expérimentalement établie.
Dans les publications préliminaires, j’ai désigne la
constante Koo Q0/Par [v’+q] .
Moo est le nombre des niolécules, décomposées par curie-seconde de l’émanation sous pression p = oo
On a Moo 2,70.1019=2,70.1019 3600 Koo = 0,75.1010 Koo.
Nao, est le nombre des paires d ions, formées dans les mêmes conditions. 0n a Noo = iImax, e où i est
l’ionisation totale relative du gaz, 1 max. le cou- raiit de saturation drills l’air correspondant à l’utilisa- tion totale du rayonnement de l’émanation. e. la
charge élélnen taire. J’ai adopté
e= 4,77.10-10 U.E.S et I max = 9.94.106U.E.S.
nombre, dl’duit par M. utherford à partir du nombre
des particules x émises par l’emanation et ses descen- dants et des courba de l’ionisation qu’elles produisent
On a, alors Noo= i2,08. 10
CHAP. I. - Décomposition du gaz hydrogène
sulfuré.
? 1. - Orientation de recherces.-L’tude sur
l’hydrogène sulfure m’a paru intéressante pour les motifs suivants.
h’abord l’hydrogène sultiré se prsente comme un
corps absorbent stable dens les ations ortinaire
L’état d’équilibre du systeeme HS= ll2-S solide correspond à la présence de 1 | 100 000 d’indrogène
à 50" et sous préssion atmospherique1 L’afJion de
l’émanation, si elle se produirait, ne pourrait donc
être considérée comme catah tique Ù aucun point t de
vue, D’autre part, la vitesse de formation du gez HS
à partir de ses constituants, t’·t pratiquement nulle à
1a température ordinaire, elle est à peine perceptible
mème à 220°. On serait donc à l’abri d une combinai-
son spontanée du soufre avec l’hydrogène
La réaction H2+S vapeur=H2S d 19.2 cal.2
la formation de l’eau (vapeur) en dégage trois fois plus : si l’action des particules x suivait la loi de Fa-
radaB, r action radiochimique dans ces dell corps serait de même ordre de grandeur, malgré la ditlé-
rence d’énergie nécessaire à leur destruction. Si, par contre. Faction radiochimique avait une autre origine, cette dillérence se manifesterait.
§ 2. Recherches d’orientetion. - Les recherches
étaient constituées par deux séries de mesures paral- lèles, faites dans deux ballons de capacité ;’1 pt n près égale, renlplis à des pressions voisines et contenant à peu près la même (quantité de l’émanation.
J’ai remarqué3 (lue danschaque série les constantes
KQe’A diminuaient au cours de mesures suxxessives.
Cependant, te rapport des constantes. calculées à par- 1 i r des mesures simultaneées. etait voisin de l’unité et
restait sensiblement invariable. tant que l’un des ballons n était pas chaniîc au cours de ta mesure.
Alors, le rapport baissait et d’autant plus. que la
température était éiesée. J en ai conclu que la dé- croissance de la constante l’...t du’’ a la diminution de la pression du gaz H,S par suite d, "1 1 1;,ii.ii>ii>ii,
et que 1 action de 1 émanation décroit avec 1. la tempé-
rature.
La courbe K= partir de ces axpé-
riences. était nettement mese permettant dejà de prévoir son caractére asymptotique. Jai pu calculer.
alors, d tus la première publication mème effet cor
respondant à p=x.
Cependant. l’entervalle des pressions du laboratoire
dans ces exper ent de sorte
qu’on
rement d les erreurs
m’ont permis de fixer cette courbe avec plus de certi-
tude. Appliquée aux résultats de ces deux séries, celle
courbe conduit à la valeur K x Q0 A de 7 pour 100 inférieure. Sa formule sera donnée dans le 8 3.
Je reproduis, dans le tableau suivant, les données d e ces expériences avec le calculs ainsi rectifié.
Expérience I.
Ballon B, V=43,59 B==2,170 te=18°
Expérience II.
Ballon A. N= 41.00 R =2,126
Par des circonstances indépendantes de ma volonté, la quantité de l’émanation n’a pas été mesurée par des mesures séparées, à l’aide du rayonnement y, mais calculée, pour les deux ballons ensemble, à partir du temps d’aaccumulation. J’ai trouvé ainsi Q0=0,115,
d’où:
Le coefficient thermique de la reaction est nette-
ment négatif. Si lon prend. comme unité, la quan- tité de 11,S détruite à 18°, la quantité détruite à U.")"
serait à 0.82 et la quantité à 220 serait égale à 0. 70
J’ai cherché si la réaction n’était pas accompagnée
par une formation de polysulfures. Dans ce but, l’ex- péricuce terminée. J’ai chassé l’hydrogène sulfure et j’ai chauffé le ballon evacué durant une nuit, o-e(-l
pour détruire H2S5 supposé. Le lendemain je n’en ai pu extraire que quelques centièmes de ce. de gaz, et
encore celui-ci pouvait être de l’hydrogène sulfure sim-
plement occlu dans le soufre. Le résultat doit donc être considéré comme négatif.
ê 5. - Expériences supplémentaires. - Ces expériences ont été entreprises pour compléter les précédentes, d’abord en mesurant la quantité de
l’émanation par le rayonnement y, ensuite, en opérant
dans les limites de pressions beaucoup plus larges. J’ai
réussi à les faire varier entre 2 et 12 atm. Les résultats obtenus sont réunis dans le tableau suivant.
Expérience III.
Ballon A. V = 41 ,00 cc. R = 2,126 Qo=0,0564 t == 18°
A l’examen de ce tableau, on voit que la fonction
KQ0/A=f(p) présente un caractère asymptotique très
Fig 6.
accusé. Elle peu être representée par une équation
à detix KQ0=A [1-a p] où A = 57.0,a=0,855. En po-
sant p = oo, on obtient A = Koo Q0 A l’examen de
la dernière colonne du tableau. calculée à partir des don-
nées expérimentales KQo i et le coefficient a =,0,855.
on voit, que les valeurs K(lo i, concordent d’une
façon très satisfaisante et ne presentellt aucun écart systématique. Graphiquement, les résultats de celle
expérience sont représeniés sur la fig.6.
De la relation A - K x Q0,A. on obtient:
avec A= 57,0 et Qo = 0,0564, on a K oo A - 1011.
Dans les mesures 2 et 4, le gaz dégagé a été sou-
mis à l’analyse par la comhustion dans un tube con- tenant du CuO et P2O5. Dans les deux cas, la quan- tité de gaz échappé à la combustion ne dépassait pas 0,5 pour 100. Dans la mesure 5, un traitement à la
potasse n’a pu relever la moindre trace d’un gaz absorbable. Le gaz dégagé était donc de Hydrogène
pur.
La mesure IU, non comprise dans la moyenne
nérale, a été faite à la température de l’aie liquide,
l’action chimique se produisait donc dans l’hydrogène
sulfuré solidifié. Avant de procéder à l’extraction, j’ai évaporé et recondensé l’hydrogène sull’urë, afin de dégager le gaz 112 emprisonné entre les cristaux de H2S. La constante KooQo/A trouvée à cette tempéra-
ture est légèrement inférieure à celle obtenue à 18°.
Il faut noter cependant que la solidification peut mo-
difier la disposition des particules de l’émanation et
rendre son action muins efficace. Ainsi, la constante
KooQo/A =30,4 présente la liiiiite inférieure de l’effet chimique maximum et l’on peut dire que les effets chimiques, produits à 18° dans le H2S gazeux et à - 190° dans le H2S solide sont de même ordre de
grandeurs. Ainsi, le séjour du ballon dans 1 air li-
quide durant un quart d’heure nécessaire a l’ex- traction de l’hydrogène ne modifie point les résultats obtenus.
Une troistème série de mesurer entreprise pour étudier l’influence de la capacité dit ballon. échoua.
malheureusement, par suite de ta rupture du réci- pient.
§ 4. Discussion des résultants obtenus. - Les expé-
riences Il et III étant faites dans le meme ballon. on
peut appliquer au calcul de l’expérience Il equa-
tion KQ0 A=A [1-a p] avec le mème coefficient
tion KQ0 A=A
[1-a p] avec
le mème coefficiento = 0,855. L’expérience 1 a été faite dans un ballon da capacité légèrement différente. Dans le chapitre suivant nous vrons que l’effet chimique produit
·uiwot nous BerrOns que Fettet chumique produit
dans le gaz ammonia ltl,, , sous différ
’
peut être exprimé par HIll’ équation
liant les deux variables B Pt et Ji
développées (lans un artit lu
Inettent d’envisager cette i
En la combinant avec la
et R = 2.126, on obtient c
l’exper
culés avec
Nous avons vu, dans le § 2. que les constantes KooQ0A ainsi calculées à partir de chaque mesure sont parfaitement concordantes. L’application de l’ex-
pression KQoA = KooQoA [1 - a p
] = A [1- a p],
déduite à partir des mesures faites entre 12 et 2 atm.
peut être ainsi étendue jusqu’à 1.45 atm. La valeur
Koo = A Qo = 1082, obtenue à partir des experiences
1 et 11, offre un contrôle indépendant de LtBah’Hr
plus récente Koo = 10111. Je donne, cependant, la préférence à cette dernière, puisque la quantité de
l’émanation Qo est alors déterminée Il,11’ mesure
directe au moyen du rayonnement.
J’ai réuni toutes les mesures dans un seul tableau,
en calculant le pourcentage de l’effet chimique utilisé 100K Koo, ceci en divisant ia vateur KQoA expérimentate
par LI Balcur K ooQoA moyenne, relative a chaque série ; rincerhtude sur la valeur de Q0 se trouve ainsi éliminée.
J’ai comparé, ensuite, ces résultats aux rapport 100K,Koo calculés à raide de la ionnule
Graphiquement, ces résultats sont représentés par la courbe de la figure 7.
Cette courbe présente un caractère asymptotique
encore plus accentué que celle de la tigure 6. Sous pression de 12 atm . 95 pour 100 de 1"effet chimique
maximum sont atteints’. Le parcours maximum des
particules x provenant même du Rad. C n’est alors que de l’ordre de 0,5 cm. Le rayonnement x est donc absorbé en majeure partie, alors que l’absorption du rayonnement ? est loin d’être complète. Ceci montre
Fig. 7
que la presque totalité de l’effet chimique ohservé est
due au rayonnement a. Pour étudier t’enet du rayon-
nement B, il faudrait supprimer d’abord l’effet du rayonnement absorbable x et opérer dans une couche
de matière plus épaisse, ce qui reyiend rait, prati- quement, à l’étude dans un milieu liquide ou solide.
Notons, maintenant, que les mesures de l’exp. III
sont faites à des pressions successivernent croissantes les mesures des expériences 1 et II à des pressions
successivement décroissantes, et que l’allure de la courbe n’en est point modifiée. Ceci montre que les résultats obtenus ne sont pas influencés ni par l’en- semble de pertes en émanation au cours des extrac-
tions successives, ni par l’action prolongée de l’éma-
nation et ses suites, donc, ni par les wriations en
concentration de l’émanation présente, ni par la quan- tité du soul’re déposé.
La proportion d’hydrogène, accumulée dans le ballou a réaction au cours de la mesure, reste aussi
sans influence, malgré qu cite varie dans de larges limites; alors qu’elle ne dépasse 0.3 pour 100 et
0,7 pour 100 dans les mesures 111,8 et 111,9, elle atteint 11 pour 100 dans les mesures 1,5 et 11,5.
Passons, maintenant, au calcul du rapport Moo Noo, qui consti tue le plus grand intérèt pour la recher- che présente. A partir de la constante 1B Je A = 1011,
1. Sous pression atmosphérique. le mème pour 100 ne serait reali·e que dan; un récipient de 7u L.
on trouve Koo= 7,58 et
Moo Noo = 2,73 i Les mesures
directes de l’ionisation relative dans le gaz H2 S fai-
sant défaut, le coefficient i doit être calculé1.
Si l’on désigne par im l’ionisation relative totale d’un gaz, par s son pouvoir d’arrêt, relativement a l’air, par Mm le poids atomique de ses constituants, par nm le nombre de leurs atomes dans la molécule,
par im et par Sm certains coefficients qui leur sont appropriés, ces valeurs sont reliées par des équations
bien connues :
Alors que la relation 2 est rigoureusement exacte,
le coefficient
Sm VMm
peut varier d’un atome à l’autrejusqu’à 20 pour 100, mais il reste indépendant de
la nature de combinaison, dont l’atome fait partie.
Par contre, le coefficient im en dépend; il est notam-
ment plus élevé lorsque l’atome fait partie d’une
combinaison organique.
Calcul de is (H) .
a) A partir de H2libre, on obtient (H) = 0.12.
b) A partir de l’ammoniaque et de l’azote, on
trouve is (NHa) = 0,81 et is (N,) - 0,47,
Comme valeur moyenne arrondie, on peut prendre
is (H) = 0,12 .
Calcul de is (S).
A partir du gaz SO,.
Kleenlann a trouvé is (SÛ2) = 2,01. Cette valeur peut ètre confirmée aussi par les expériences de Tay- lor, ayant trouvé i (SO2) = 1,03, d’où, avec s (S)
= 0,88 ( Bragg, ’l’aylor, Kjeen)ann) et s (0) = 0,33 (mêmes auteurs), on obtient
1, Bibliographie relative à ce calcul : BRAGG, Phil. Maq., 13 1907, 333; KIHHMANN. Proc. Roy. ,Soc et 79 1907 220;
TAYLOR, Phil. Mag., 21 1911 371. et surtout l’excellence mo-
nographie de Bragg, dunt .je pli trouver que la traduction allemande: Durchgang der a, B und Y strahlen luher die Materie. Cette monographie contient un exposé critique dL’’’
recherches faites.
Valeurs de i (H2S et de Moo Noo.
Un obtient i (H2S) = 1,15 1,12 = 1,03,
1 A partir des gaz carbonés, on obtient
Cette dernière valeur est, probablement, trop forte;
par consequent lit
valeur Moo Noo = 1,92, qui
en résulte,est trop faible. Tout de même, elle dépasse l’unité
d’une façon évidente. Ainsi lcr tentative d’appliquer
la loi de Faraday aux réactions radiochimiques
n’est pas justifiée par les faits expérimentaux el
doit être abandonnée.
Il est intéressant de calculer le pourcentage de l’énergie, utilisée à l’action chimique. Un curie-heure d’émanation dégage en tout 97, cal par heure et dé- compose 7,58 cc. de H2S au maximum. L’effet ther-
mique nécessaire à cette décomposition est de :
ce qui correspond à l’utilisation de 6,7 pour 100 de
l’énergie totale, dégagée par la destruction de l’ënlana- tion. Le pourcentage est de même ordre de grandeur
que celui observé dans le cas de la décomposition de
l’eau, alors que la quantité de la matière détruite est environ quatre fois plus grande.
Passons maintenant à l’influence de la lenipéra-
turne sur la marche de la décomposition radiochiiiiique H2S = H2 + S. Nous avons vu que cette influence est nettement négative. Si l’on prend comme muté
l’effet chimique produit à 18" dans certaine conditions, l’effet produit à 95° serait de 0,82 et à 220° de 0,70,
toutes les autres conditions égales. Les données de :B1. Bodenbtein sur la recombinaison spontané’ dit
soufre de l’bBdrogëne montrent que la quantité d’hydrogène sulfuré spontanément recombiné diii, 1, conditions de nos nlesures serait inférieure a 0,01 même à 220°. La diminution de la quantité d’hydro- gène mis en liberté ne peut donc pa> être attribuât’ à la recombinaison spontanée H2 + S. Elle doit provenir
du ralentissement de la réaction primaire ou bien
d’une recombinaison. mais provoquée par le rau’nm- ment et favorisée, ;’i des températures supérieures,
soit par une accélération directe. soit par l’augmenta-
tion de la tension du soufre. Je me réserBc de revenir
sur l’étude de cette question.
§ 5 -
1. L’hydrogène sulfuré est
renient de l’émanation en hy
qu’une autre réaction se produise en proportion no-
table.
2. La marche dt, la réaction peut t ptre exprimée
par une relation - dv dt
= KQo -At.
3, La constante K de cette réaction n’est pas in-
fluencée ni par la concentrartion de l’émanation, ni
par celle d’hydrogène en proportion variable entre 0,3 pour cent et 100 pour 100.
4. L’état d équilibre du système H2S = H2 - S en présence de l’émanation, même s’il pouvait 1Blrl’
atteint,n’a rien de commun avec l’équilibre ordinaire
et la réaction n’a aucun caractère catalytique.
5. A des pressions croissantes. la constante 1B augmente en tendant vers une certaine limite, dont
0:) pour lllll sont atteints. Les variations de K en fonction dep peuvent être représentées parune relation
et a = 0,858 pour R = 2,170. Cette relation se
yérifie entre 1,43 et 12 atm., daub les limites très restreintes des erreurs expérimentales.
6. L’effet observe es! produit presque uniquement
par le rayonnement ’1..
7. !/en’et chimique maximum s’évalue à 1011 cc, par curie, soit a 7,58 ce. par curie-heure.
8. L’énergie du rayonnement utilisé à la réaction
chimique est de 6,7 pour 100.
9. Cette énergie est de même ordre de grandeur que celle utilisée dans le cas de la décomposition de
l’eau, alors que la quantité de matière décomposée
est environ 4 fois plus grande.
10. Le rapport Moo Noo. dans le cas étudié est très vraisemblablement voisin de 2,65 et certainement su-
périeur à 1,92. tue détermination expérimentale due
l’ionisation relative du gaz H2S est désirable.
11. Quel que soit le rapport Moo Noo
définitivement
établi sa valeur serait de beaucoup supérieure à K
1
incompatible 1B11 avec l’application d’’ LI lui de ta- 12. La vitesse de la décomposition est de
de grandeur à 190, dans H2S dans
la vitesse de de 0,82 et à
minution ne peut
l’union spontanée du soufre
d’autres causes, lesquelles l’objet
ultérieure.
