Le spectre d'absorption de la vapeur de thallium entre 7 000 et 1 850 Å

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Submitted on 1 Jan 1928

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Le spectre d’absorption de la vapeur de thallium entre 7 000 et 1 850 Å

Ramon G. Loyarte, Adolfo T. Williams

To cite this version:

Ramon G. Loyarte, Adolfo T. Williams. Le spectre d’absorption de la vapeur de thallium entre 7 000 et 1 850 Å. J. Phys. Radium, 1928, 9 (4), pp.121-126. �10.1051/jphysrad:0192800904012100�.

�jpa-00205326�

LE JOURNAL ^DE PHYSIQUE

ET

LE RADIUM

LE SPECTRE D’ABSORPTION DE LA VAPEUR DE THALLIUM ENTRE 7 000 ET 1 850 Å,

par RAMON G. LOYARTE et ADOLFO T. WILLIAMS,

Institut de Physique de l’Université de La Plata.

Sommaire. - Les observations faites

l’absorption de la vapeur de thallium renfermée dans

tube de quartz,

températures ^{de 700° et} 900°, montrant que le niveau le plus profond ^est 22P1 ^et que, par absorption, les séries 2P12S1 ^et 2P12D2 apparaissent;

remarque, par contre, que très peu de raies provenant ^{du niveau} correspondant à 2P2, contrairement à ce qui

produit pour l’aluminium, le gallium ^{et l’indium.}

Nous attribuons

fait à

que la différence 22P1

21P2, ^{dans le} thallium, ^{est très} grande relativement à celle des atomes Al, ^{In et} Ga; ^il

résulte que la proportion ^des

atomes

niveau 2P1 ^est 3,5 ^fois plus grande ^{dans le}

^de l’indium, 9,4 fois dans celui du gallium ^{et 68} fois dans celui de l’aluminium.

En outre,

observé pour ^la première fois, ^{entre 2} 210 et 2 105 Å, ^{des raies} très fines

d’absorption qui ^avaient déjà été observées

forme de bandes

de raies très diffuses.

Stitiii VI. TOME IX. AVRIL 1928 N° 1.

1. Considérations générales. - Parmi les raies qui constituent le spectre ^{d’émission}

d’un gaz ^ou d’une vapeur, seules doivent apparaître ^{comme raies} d’absorption

^suivant

la théorie de Bohr

celles dont le niveau initial est tel que le nombre d ^atomes qui ^le possèdent ^{est très} grand ^{à la} température considérée. Etant donné que d’autre part

^et

suivant la même théorie

les états quantiques des atomes sont successifs, ^ce qui ^{veut dire} qu’un même atome ne peut ^{se trouver} simultanément dans deux (1) ^ou plusieurs états quan-

tiques différents, ^les spectres d’absorption permettent de résoudre un premier problème :

-celui de la détermination de l’état quantique ^{des atomes, ou - ce} qui ^{revient. au même -}

l’état dans lequel ^{se trouve la} plus grande partie des atomes à la température considérée.

Il est fort probable que l’on pourrait apprécier ^la justesse de la théorie de Saha par la démonstration du fait que les spectres dépendent ^{de la} température, démonstration qui,

pensons-nous, ^est rendue très difflcile à cause de l’augmentation simultanée de la densité de la vapeur. Il ^est vrai que Saha ^a établi sa théorie pour le ^cas de l’ionisation, ^{mais on sait}

que des raisonnements entièrement analogues ^sont applicables, ^{au même} titre, ^{tout au moins}

à l’excitation.

On sait aussi qu’il ^est possible ^de compléter, ^au moyen des spectres d’absorption, ^la

connaissance des séries et peut-être ^{encore de} détacher, du fatras de raies de certains

spectres ^non classifiés, ^un groupe qui conduise à la connaissance des séries.

C’est en raison des considérations qui précèdent ^que nous avons entrepris, ^{dans notre} Institut, des recherches sur l’absorption des vapeurs métalliques, combinées, ^{dans certains}

cas, ^avec l’étude de l’excitation et de l’ionisation par chocs électroniques, par des ^mesures

électriques ^ou spectroscopiques.

En ce qui ^{concerne le} thallium, ^en particulier, ^la question de l’existence possible ^d’un

niveau plus profond ^{que 2Pi a} été résolue négativement par les ^travaux de Cario (2) ^{et de}

(1) ^{Dans la} luécanique ondulatoire de Schrôdinger, l’émission d’une raie provient de l’existence simultanée de deux états quantiques. ^Dans

^telle mécanique,

infinité d’états peuvent ^{donc coexister.}

Il

semble pas, de prime abord, que l’on puisse décider entre cette conséquence de la théorie de

Schrodinger ^et l’hypothèse ^de Bohr par le moyen des spectres d’absorption.

(2) G. Catuo. Zts. /’. Phys., ^{t. 10} (1922), p. 185.

LI

JOURNAL

PHYSIQUR

X 4. 9

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0192800904012100

122

Grotrian (3), qui ^{montrent sans} équivoque que c’est bien là le premier ^{niveau. C’est aussi}

ce qu’établit, ^d’autre part, la théorie de Hund.

°

Xotre but, ^en entreprenant ^ce travail, ^ne fut donc que d’essayer d’observer, pal-

absorption, ^{d’autres termes des} séries, et aussi de rechercher avec quelque soin l’influence de la température ^{sur les} spectres, ^{afin de} projeter plus de lumière sur la question ^{des états.}

quantiques, sujet étroitement lié à l’apparition de la raie verte (par absorption), qui ^{n’a été-}

observée ni par Wood ^et Guthrie (-) (bien que ^ces auteurs aient atteint la température

de 1 000"C dans des

mélanges ^{de gaz ea présence de mercure),} ni par Mc Lennan (~).

Suivant Grotrian (1), ^cette raie s’observe dans la vapeur de thallium pure lorsque ^la tempé-

rature atteint 800°C, ^ce qui ^veut dire que les atomes dont l’électron lumineux ^se trouverait.

au niveau ~P2 seraient nombreux dans cet état thermique. Il. -R. Rao (’) ^a seulement observé- les raies du niveau bien qu’il ^n’ait opéré qu’à ^la température de 1 500°. D’après ^cet.

auteur, ^{les raies} (surtout celles de la série P II) ^sont fort diffuses et accompagnées ^{de satel-}

lites. Par contre, J.-C. Frayne ^{et Smith} (8) affirment que les raies du niveau 2P,, apparaissent ^{à la} température ^de 400°, ^et celles du niveau 800°. Dire que les raies

appartenant ^{au niveau} ZP2 apparaissent par absorption ^{a un} sens, tandis que l’affirmation que les raies correspondant ^au niveau 2p s’observent vers 400° ne saurait avoir de signifi- cation, ^{car c’est} là le niveau oo se trouverait l’immense majorité des atomes au-dessous de 80il~ de sorte que l’apparition des raies d’absorption dépendrait exclusivement de la densité de la vapeur et du trajet parcouru par la lumière ^au travers de celle-ci. Dans un tube.

suffisamment long, ^{ces raies} apparaitraient sûrement à des températures inférieures à 400°.

Si, procédant par analogie ^avec la théorie de l’ionisation de Saha, ^on calcule le nombrer

ou plutôt la proportion d’atomes dont l’électron lumineux se trouve au niveau on arrive à la conclusion que ^ce nombre est donné (9) par l’expression générale :

il. ,

dans laquelle .1’’ est le nombre d’atomes

excités _{» ;} ; ,1’, le nombre total d’atomes ; l’énergie

absorbée par l’excitation; li, ^{la constante} universelle des gaz, et I, ^la température ^absolue

La valeur de E se calcule en remarquant que les termes 2 2p ^et 21P:2 ^{sont :}

et

Si Fon représente par,) le nombre d’ondes de la différence, ^celui-ci équivaut, ^en chiffres"

ronds, ^à

correspondant ^à

cL puisque

il en résulte que

de sorte que

(%) ^GROTRIAN. Zts. f. Phys,, ^{1~. 12} (1922), p. 2fR.

(4) ^{WOOD et GUTIIRIE.} Astroph. ^{J., t.} 29 (1909), p. 211.

(5) ^Me etiRETON. Proc. roy. Soc. Canada, ^t. 13 (19fl9), p. 9.

(6) ^~V. GROTRIAN. Zis, f. ^{t. 12} (1922), p. 12.

(i) ^{K.-R. RAO. l’roe.} ph ys. ^Soc. London, ^{t. 37} (192», ^{p. 259.}

(8) J.-C. FRAYEE et ~.-~~’ . SMITH. Phys. Rei,., ^{t. 27} (19’26~, p. 23.

(1) Voir FOOTE et 310HLER : The 0rigin of Spectra (1922), ^{p. 163} et sq.

A la température ^{de 1} absolus, température ^un peu plus haute que celle pour

laquelle ^on observe, d’après Grotrian, l’apparition ^{du niveau on a :}

approximativement, c’est-à-dire que, ^sur 2j Of)O atomes, ^{un seul -} d’après cette tlléorie

aurait son électron lumineux sur le niveau IP,. ^{Les raies} d’absorption correspondant ^{à un} tel niveau, si tant est qu’on ^les observe, ^devraient paraître fort peu visibles par rapport

à ec,lles qui correspondraient ^{au niveau 2Pi .}

A 70t)OC, c’est-à-dire vers 1040° absolus, ^la proportion ^en question ^est

, , ... - -

c’est-à-dire près de trois fois moindre. A cette température, d’après ^nos observations, l’apparition ^{du niveau 2P2 est} douteuse, ^car s’il est vrai qu’on n’observe pas la raie verte, par contre, la raie 3 229, ⁱ⁵ (soit 2 ^{2P2 - 2} 2S~) apparaît ^sur presque ^toutes les plaques,

et sur un bon nombre d’entre elles apparaît aussi la raie 2 538,1H ^{(soit 2 :!P2}

⁷ 2Si).

2. Installation et moyens d’observation. - l)ans la plupart ^des observations, ^la

vapeur de thallium était renfermée dans ^un. tube de quartz transparent ^{de 30 cm de} longueur ^{sur 2 cm} de diamètre intérieur, que l’on évacuait jusqu’à ^une pression ^inférieure

.

Fig. i

à 0,ni ^mm Hg. ^{Le tube} étaitlplacé ^{dans un four à} gaz représenté, ^en coupe, ^sur la figurel,

modèle auquel ^on s’est:arrêté après plusieurs essais infructueux de chauffage électrique.

Les parois ^{du four} [sont ^{en carton} d’amiante de 7 mm d’épaisseur, maintenu par ^une armature en fer. Deux _traverser d’amiante soutiennent le tube, chauffé par 6 ~grands

brûleurs Meker. Nous avions ainsi atteint la température nioyenne de 7000 C, ^{mesurée au}

124

moyen d’un thermomètre à spirale ^de platine étalonnée par la Technische Reichanstalt.

Dans une autre série d’expériences, ^on alimenta les becs avec un mélange de gaz d "éclairage

et d’oxygène, ^ce qui permit d’atteindre la température moyenne de 90U°C, ^{mesurée au} moyen d’une pile thermo-électrique ^au platine-platinorhodium.

Dans d’autres observations, ^nous avons encore utilisé un ballon de quartz transparent

de 6 cm de diamètre, chauffé de la manière suivante : le ballon était plongé ^{dans la}

flamme de deux grands ^{becs Meker; on} évitait ainsi la condensation du thallium sur les

régions ^des parois ^{au travers} desquelles ^{se faisait} l’observation; ^on vaporisait, ^d’autre part, ^{le thallium} déposé ^{sur les} parties ^les plus ^{froides au} moyen d’un chalumeau. Au ^cours de ces observations, ^la température n’a pas été mesurée.

Les sources de lumière utilisées ont été : la lampe à vapeur de mercure, l’arc entre charbons imprégnés suivant la méthode indiquée par Jones, enfin l’étincelle entre électrodes due tungstène ^{sous l’eau.}

Nous nous sommes servis du grand spectrographe IIilger ^à optique ^de quartz pour la

région de 7 000 à 2 000 Â et, pour les longueurs ^d’onde inférieures, ^du petit ^modèle EsT Hilger qui permet ^de descendre jusqu’à ^{1 ~30.x.}

Enfin, ^les enregistrements photographiques ^{ont été faits sur} plaques panchromatiques

Ilford et Schurnann.

3. Les raies d’absorption ^observées.

TABLEAU 1.

Observations failes ^{avec le tube.}

TABLEAU II.

Observations faites ^avec le ballon.

Les nombres indiqués pour les longueurs ^d’onde des raies observées sont ceux donnés.

par lecture directe sur l’échelle des spectrographes. ^Ceux qui correspondent ^au petit spectrographe ^sont entachés d’une erreur de plusieurs unités. La correspondance ^est cependant ^correcte.

En conformité ^avec les éléments des tableaux 1 et II, les raies observées dans le spectre d’absorption ^{ont été} consignées dans le tableau III. Suivant les notations habituelles, ^la

variation du nombre de quanta internes y ^a été désignée par 3 j.

TABLEAU III.

126

Nous avons observé quatre têtes de bandes entre 3 ~25 et 3 ~461. Dans une des bandes,

on parvient ^à distinguer ^{cleux raies, ce} que ^{met en} évidence la microphotographie.

Ces bandes ont été aussi observées par Wood ^et Guthrie, ^et par Grotrian, ^{dans les}

travaux déjà mentionnés. Ces auteurs

et nous partageons ^leur opinion

les attribuent à un groupe atomique instable, peut-ètre ^{une molécule T12.}

Revenant au sujet de la variation des états quantiques ^{avec la} température, ^{un fait} qui

s’est produit ^avec plusieurs plaques frappe l’attention : c’est la raie;) 77a,72, qui part ^du niveau 2Pi ^{avec une} forte intensité, ^bien plus grande que ^sur toutes les autres plaques, ^ce qui prouve que dans ^{ces cas} la densité de la vapeur et, partant, ^la température, ^{y étaient}

&

aussi plus ^élevées (’°), ^Par contre, ^{an ne trouve} pas la moindre trace de la raie verte

5 350,461, qui correspond ^{au niveau} IP2

Que ^dans l’aluminium, ^le gallium ^{et l’inlium} apparaissent beaucoup ^{de raies} d’absorption correspondant ^{au niveau} -’P2, ^cela s’explique par le fait que, dans ^ces corps, la différence d’énergie entre les niveaux 2Pi et 2Pz correspond respectivement ^à 0,014, 0, lU2

et 0,27 volts, c’est-à-dire à une valeur bien inférieure à celle du tballium, qui ^{est de} 0,96 ^{volts. Dans} l’indium, ^la proportion ^{des atomes} qui ^{se trouvent au niveau la} température de 1 1000 absolus, ^serait (conformément ^à la formule 1) ^{35 fois} plus grande

que pour le thallium, tandis que pour le gallium ^et l’aluminium, ^cette proportion ^serait respectivement 9,4 ^{et 68 fois} plus grande.

4. Conclusions. - a) Des observations faites, il résulte, ^{en accord avec} les travaux d’autres investigateurs, que le niveau le plus profond ^{est t :2p l’}

b) ^A l’intérieur de la région ^{étudiée, on a} observé la totalité des raies correspondant

à ce niveau, c’est-à-dire les séries ’P,

2Si ^et :2p

c) ^{A la} température ^{de ÎOOIC et} plus bas, ^{on observe} quelques-unes ^{des raies corres-} pondant ^{au niveau 2p2.}

d) Ce dernier fait devient inexplicable à la lumière de raisonnemenl s sernblables à

ceux de Saha.

(~°) Il convient de faire remarquer que cette plaque

été obtenue

le ballon. Le chemin du faisceau à travers

ballon (:5 cm) est beaucoup moindre que dans le

du tube, ^{dont la} longueur ^était

de 3û

*

’

Manuscrit, _reçu le 10 octobre 1927.