HAL Id: jpa-00242439
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Submitted on 1 Jan 1910
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certains gaz récemment préparés
L. Bloch
To cite this version:
L. Bloch. Sur les ions et les particules neutres présents dans certains gaz récemment préparés. Radium (Paris), 1910, 7 (12), pp.354-362. �10.1051/radium:01910007012035401�. �jpa-00242439�
aux trajectoires obliques prédou1Ïuera; elle sera rela-
Fig. 4. - Courbes de saturation pour les rayons a parallèles
au champ calculées à partir des courbes obtenues avec les rayons a perpendiculaires au champ.
x Valeurs expérimentales.
LiN"elllet]L plus difficile si les plateaux sont distantes de
quelques centimètres.
8. - Conclusion. 11 est donc possible de pré-
voir la l’orme des courbes de saturation obtenues pour différentes inclinaisons du champ électrique sur les trajectoires cn admettant simplement que la conlpo-
sante du champ perpendiculaire aux trajectoires tlgi
seule. Il aurait pas été ainsi si la recombinaison initiale s’effectuait einre les ions provenant d’une
même molécule, puisque la direction du champ par
rapport à la trajectoire ne devrait avoir, dans ce cas,
aucune influence sensible 1 .
D’un aulre côte, ces expériences nlettellt une fois
de plus en évidence, d’une manière très nette, la na-
ture particulaire des rayons Y. La dissymétrie ohservée
pour la rero111binaison des ions permet de suivre la trajectoire des particules dont on peut observer le
point d’impact sur un écran au sulfure de zinc.
Mais il ne faudrait pas en conclure que tous les rayons de nature particulairc doivent conduire au
mênle résultat. En particnlier, on n’observe pas le même phénomène avec les rayons B qui sont assez
fortement dispersés par le gaz qu’ils traversent et qui produisent relativement peu d’ions, à des distancc s
probablement assez grandes de la trajectoire. Il ne
faut pas oublier, en effet, que les rayons B donnent
des rayons secondaires beaucoup plus pénétrants que
ceux des rayons ce et que l’ionisation produite doit
être plutôt considérée comme répartie dans tout le
volume de gaz que rassemblée au voisinage immédiat
des trajectoires.
[Manuscrit recu le 5 lovcmbre 1910.]
Sur les ions et les
particules
neutresprésents
dans certains gaz récemmentpréparés
Par L. BLOCH
[Faculté des Sciences de Paris. 2014 Laboratoire de Physique].
Les gaz récemment préparés par voie chimique sont généralement conducteurs. La question de savoir si cette conductibilité est d’origine proprement chi- miclue doit être considéréc aujourd’hui comme ré-
solue. Lorsque les gaz sont préparés par voie sèclce et qu’on a soin d’éviter tout phénomène parasite (in- candescence, frottement, transport de poussières, clivage ou bris de particules solides), leur conducti-
bilité est rigoureusement nulle. Lorsque les gaz sont
préparés par voie humide, la totalité des charges qu’ils transportent est empruntée aux effels de har-
botage, comme l’avait déjà suggéré Kösters et comme
nous l’avons démontré par les expériences sui-
vantes.
Si l’on place dans l’acide chlorhydrique très dilué
un petit fragment de zinc, on peut ohtenir un déga-
geluent d’hydrogène par bulles très unes pendant
très longtemps. Nous appelous ici biilles très fines des
billes dont Je diamètrc apparent est u la limite du
pouvoir séparateur de l’oeil. Il ne peut donc être question d’examiner la forme de ces bulles ou d’aper-
cevoir à leur intérieur nne masse liquide qui les
alourdit. Sitôt qu’une bulle atteint un diamètre voisin du Inilli111ètre, nous la qoalifions de grosse btclh. Il
1. Dans un récent mémuirc publié dans l’he American .Jour-
nal of Scicnce. octobre 1910, lI. Franck E. Wheclock décrit
une série d’expériences analogues aux miennes et qui conduisent
aux mêmes résultats. L’auteur calcule la recombinaison dans les colonnes en supposant que la densité des ions y est uni- f’orme, et trouve que les résultats expérimentaux ne concor-
dent pas avec cette théorie. Il conclut que la recombinai.un en colonnes ne peut expliquer seule le phénomène.
Mais il faut remarquer que l’hypothèse de M. Whectock est certainement inexacte et que la répartition des ions est plutût exponentielle qu’uniforme. Le calcul ne tient cl’nilleurs pas compte de la ditrusion qui est très importante, et l’auteur admet que toutes les colonnes d’ions ont la même direction, ce qui
n’est pas tout à fait rigoureux. Ma conclusion ne peut donc se
trouver modifiée par les expériences en question. M. 31.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01910007012035401
nous a paru important d’étudier les dégagement
gazeux en milieu liquide en nous attachant à réaliser des dégageements par bulles très fines. On évite ainsi l’écliatiffemeiit du liquide et les changements rapides
de composition. Dc plus, si comme l’expérience le
montre, l’ionisation qu’on observe est d’origine su- perficielle, il est intéressant de voir quelles différences existent entre le barbotagé par bulles très fines réa- isé dans les actions chimiques et le barbotage beaucoup plus grossier obtenu par voie mécanique.
La réaction étant réglée de façon à donner un déga- gement d’hydrogène par bulles fincs et régulières, on
observe que les gaz naissants sont fortelnent conduc-
teurs. En les entraînant par un courant d’air dans le condensateur de mesure, on recueille des charges des
deux signes, d’importance inég,ile, mais très fortes l’une
et l’autre. C’est ainsi qu’à débit rriodéré on obtient
sans peine des déviations électrométriques de 250 di-
visions en 2 ou 5 secondes.
Si les ions recueillis dans le gaz étaient fournis par la réaction chimique, on devrait s’attendre à ce que les effets ne subissent qu’une faible influence des impuretés superficielles. La présence d’une cou-
che superficielle de liquide étranger pourrait tout
au plus apporter quelqu’obstacle au départ des ions
formés dans la masse et entraîner une diminution de
courant d’autant moins sensible que la couche est
plus mince. Si au contraire une pellicule superficielle produit un changement radical daiis le phénomène,
nous devrons conclure que les forces mises en jeu
dans l’ionisation chimique ont leur siège dans la
couche de passage qui sépare le liquide du gaz : l’io- nisation dite par voie chimique ne sera qu’une n10da-
lité du barbotage.
- L’expérience nous a conduit a adoptcr cette
deuxième manière de voir. Il suffit de versera lasur- face du liquide on se passe la réaction quelques gouttes d’Ictcile d’olive, de benzine, de pétrole, d’huile
de vaseline ou de térébenthine pour réduire aussitôt à néant les effets très gros observés précédemment.
La couche d’impuretés qui suffit à supprimer l’ioni-
sation est d’une ténuité extrême. Dès que la tache formée à la surface recouvre la région où se dégagent
les bulles, les courants recueillis tombent à zéro. Bien entendu la suppression n’est complète que si l’on
opère sur des bulles très fines. S’il se forme de grosses bulles, le phénomène cesse d’être pur et l’on s’explique que dans ces conditions on ait pu observer
une persistance plus ou moins grande des effets.
Les expériences auxquelles nous veinons de faire allusion montrent clairement que l’ionisation par voie
chimique est d’origine superficielle. Elles paraissent indiquer davanta-e. La benzinc, le pétrole et les
autres liquides énumérés plus haut appartiennent tous
l. Voir lI. DE BROGLIE et 1,. BRIZARD, Ionisation des gaz en
présence des réactions chimiques, Le Radium, 7 (1910) 164-169.
très nettement au groupe des liquides inactifs (li- cluidcs ne présentant pas d’ionisation par barbotage).
Au point de vue auquel nous sommes placé, c’est-à-
dire lorsqu’on admet l’identité des effets de barbotage
et des effets de réaction chimique, il est tout naturel
que ces liquides suppriment entièrement l’ionisation.
Mais il était nécessaire de rechercher l’effet produit par des liq uides actifs (alcool, acétone, aldéhIdc, etc.).
Nous avons reconnu que ces liquides ne se compor- tent pas d’une manière aussi simple que les liquides
inactifs. Certains d’entre eux (aldéhyde, acétone) lais-
sent subsister en totalité ou en partie l’ionisation de
1 hydrogène naissant. D’autres au contraire (alcool éthyliclue, alcool amylique, éther) suppriment les
effets d’une manière aussi nette que le fait labenzine.
Nous ne pensons pas que ces résultats doivent fairc
renoncer à l’idée que les phénomènes d’ionisation
chimique sont dans le fond identiques au barbotage..
Il paraît plus rationnel d’observer que le barbotage
se fait dans des conditions totalement différentes selon qu’on procède par insufflation ou par dégage-
nicnt chimique. Ilicn n’autorise à prévoir qu’on
obtienne les mêmes effets avec de grosses bulles et
avec des bulles très fines.
Nous avons institué dans cet ordre d’idées de nom-
breuscs expériences où il était possible, par l’inter-
position d’obstacles solides, d agir sur la grosseur des bulles pendant leur ascension. Nous avons tou-
jours constaté des variations extrémement considéra- bles dans l’ionisation, lorsque, sans modifier les condi- tions de la réaction, on passe d’un dégagement par
bulles fines à un dégagement par bulles relativement grosses.
II
Nous venons de montrer que l’ionisation par voie
chimique se ramène, dans ses gros traits, à l’ionisa- tion par barbotage. Celle-ci a de tout temps été rap-
prochée d’un phénomène qui en paraît cornplérnen-
tairc, l’ionisation par chute d’eau ou effet Lenard. Si
ce rapprochement est légitime, comme cela semble résulter de la comparaison entre les propriétés des
ions produits dans les deux cas, il devient légitime
aussi de rapprocher les dégagements chimiques des phénomènes d’écrasement de goutte et de rechercher
si ces différents ordres de faits (barbotage, actions chimiques, effet Lenard) ne reposeraient pas sur un mécanisme commun.
Il nous est apparu que ce mécanisme ccmmnun
devait résider dans la pulvérisation de gouttelettes qui accompagne aussi bien les phénomènes de barbotage
que les actions chimiques ou le phénomène des chutes
d’eau.
Le barbotage ordinaire ne se fait jamais sans pro-
jection d abondantes gouttelettes. Il est probable que dans le barbotage, comme dans le phénomènes de
Lenard, la projection des gouttes intervient pour
expliquer la dissjmétrie des charges des deux signes.
Les gouttes obtenues par écrasement d’eau sont toutes
chargées positivement, et on a montré que les brouil- lards visibles dans le phénomène de Lenard sont le
véhicule principal des charges positives’.
Quand 1 hydrogène se dégage par bulles très fines,
la surface du liquide n’est pas troublée par le dégage-
mcnt des bulles. Elle reste parfaitement plane et
réfléchissante. C’est seulement avec un éclairage
intense (arc électrique) qu’on aperçoit au lieu où se
fait le dégagement une multituâe de petites scintilla-
tions correspondant à l’éclatement des bulles. Lorsque
la réaction est très vivre et qu’il se forme des bulles
un peu plus fortes, on voit au-dessus du liquide une projection de gouttes assez grosses et qui s’élèvent a
une grande hauteur (10 cm. et plus). Quand la réac-
tion dempure modérée, on aperçoit de temps en temps,
dans un éclairage intense, des brouillards faiblement irisés formés degouttelettes extraordinairement ténues.
Tout ceci montre que le dégagement des bulles met en jeu des forces très considérables. Il se produit par le barbotage des déchirements et des pulvérisations
de surfaces où l’énergie capillaire se transforme par- tiellement en travail d’ionisation.
En versant à la surface du liquide une couche d’un autre liquide (actif ou inactif par barbotage), on se
rend compte de la modification apportée aux phéno-
mènes ci-dessus. Généralement les brouillards sont sup-
prilnés, les projections persistent le plus souvent.
Avec l’alcool allylique en couche très mince on suF-
primepresque complètement brouillards et projections.
Mais si la couche n’est pas suffisamment épaisse, ils
reviennent au bout de quelques minutes. Une couche
d’acétone ne produit pas de changement net. Une
couche de benzine supprime les brouillards.
Nous n’insisterons pas sur ces constatations, très
analogues à celles qui ont été faites par d’autres
onservateurs. Elles montrent seulement que dans l’ionisation par barbotage ou par action chimique, l’é-
lément simple dont le départ est accomljagné d’ioni-
sation n’est pas la hulle, si fine soit-elle. Les pous- sières liquides visibles ou invisibles qui naissent pen- nant la destruction des bulles paraissent liées de plus près à l’électrisation.
Cette hypothèse acquiert un haut degré de probabi- lité, si, comme nous l’avons fait, on cherche â la con-
trôler par l’étude systématique de la pulvérisation
des liquides. Il est possible en eflet, à raide d’appa-
reils du genre du pulvérisateur Gouy, de réduire un liquide en poussière extrêmement fine par la seule
pression d’un courant gazeux. En évitant tout effet
parasite dù à l’écraselnent des gouttes déjà formées,
au frottement, aux différences de potentiel de contact,
1. Voir POMEROY, Phys. nev., 27 (1908)492-501; Le Radium,
6 (1909) 92-93.
on peut obtenir des jets pulvérisés duués d’une con-
dnctibilité très notable et comparer celte conducti- bilité à celle que donne le barbotage.
Le résultat de cette comparaison est extrêmement
frappant. L’eau distillée, l’acide chlorhydrique dilué,
la potasse concentrée, le sulfate de cuivre en solution normale, l’alcool absolu, l’acétone du commerce,
l’alcool amylique, donnent tous par pulvérisation des
courants d’ionisation intenses. ’l’ous ces liquides sont actifs par barbotage. La benzine, l’essence minérale,
l’essence de lérébenthine, l’huile de vaseline, l’huile d’olive,nc donnent aucun effet dans les mêmes condi- tions : ce sont les liquides qui ont été classés comme inacli fs au point de vue du barbotage.
Il semble qu’on puisse admettre la géncraliEé de
cette loi : les différents liquides se classent de la même 1nanière pour les eHets de barbotage et pOUf’ les
effets de pulvérisation. Il en est de même pour l’effet Lenard. On a retrouvé encore ce parallélisme en procé-
dant à l’agitation violente de certains liquides dans
des récipients 1. Cette agitation, où l’on peut retrouver
à la fois le barbotage, le frottement, la pulvérisation
et l’effet Lenard, conduit à classer les liquides de
la même manière que la pulvérisation seule ou le harbotage seul.
On peut conclure de là, avec une certaine vraisem- blance, à l’identité des mécanismes qui produisent les
ions dans le barbotage, dans 1 action chimique, et
dansla pulvérisation. Bien que nous ne connaissions pas le détail de ce mécanisme, il est probable qu’il
emprunte son énergie à l’énergie capillaire des cou-
ches de passage. Les nuages pulvérisés qui accompa- gnent le barbotage et la réaction chimique sont l’in-
dice d’une rupture d’équilibre capillaire. Nous allons
montrer qu’une étude purement électrostatique con- duit, elle aussi, à admettre une véritable désagrégation
des couches de passage.
III
On sait que les ions du barbotage peuvent pré-
senter des mobilités très variées, et que ces mobilités
dépendent essentiellement de la nature du liquide employé 2. Avec l’acide sulfurique concentré on obtient
de gros ions dont la mobilité est comparable à celle
des ions du phosphore. Avec l’eau pure on obtient des ions de dimensions assez petites pour que leur mobilité se rapproche de celle qu’ont les ions dl s
rayons Ilôntgen. Les recherches de J. ’1°oi;nsend et E. Bloch ont fait connaître depuis longtemps que les actions chimiques produisent de gros ions. Nous avions
complété ce résultat en montrant que les actions chi-
miqucs libèrent également des ions plus mobiles, ce qui confirme l’analogie de ces actions et des actions de barbotage.
’1. Voir DE BROGLIE, C. R.. (1910).
2. Voir L. BLOCH. Le RadiuJn, 4 (1907) 281; G’. R., i45 (1907) 54.
Pour décider si les actions chimiques ne produi-
raient pas en quantité appréciable des ions très mobiles, nous avons songé a recueillir ces ion s à l’endroit même où ils peuvent se former. La surface liquide où se dégagent les bulles constitue elle-même
l’une des armatures d’un condensateur chargé dont
l’autre armature est un plateau relié à l’électromètrc.
On peut alors, en l’absence de tout courant gazeu v 1, construire des courbes de saturation que nous appel-
lerons courbes de saturation statique. La forme de ces
courbes pourra nous renseigner sur l’existence d’ions de grande mobilité.
Les courbes de saturation tracées dans ces condi- tions présentent des caractères eutièrement différents des courbes de saturation usuelles obtenues par une
méthode de courant gazeux. Alors que dans ce der- nier cas les courbes ont la forme normale, c’cst-a- dire présentent un coude suivi d’un palier, indiquant
que le gaz contient des centres de mobilité déter-
minée, les courbes obtenues par la méthode statique
sont des lignes di,oite3 rnontant indéfini1nent. L’allure rectiligne des courbes se vérifie avec une grande exacti-
tude ,jusqu’â des champs dépassant 1!00 volts. :Même à ce haut voltage, on n’aperçoit aucun indice de satu-
ration. En même temps, on observc que les deux courbes relatives aux ions des deux signes sont très
sensiblement identiques. Sauf au voisinage immédiat
de l’origine où les deux courbes ne coïncident pas et
présentent en général une légère convexité vers l’axe
des abscisses, le courant positif comme le courant négatif augmentent linéairement avec le voltage et
pour des voltages suffisamment forts leurs valeurs ahsolues sont égales.
Des courbes analogues à celles qui viennent d’être
décrites ont été trouvées par Miss Gates dans l’ioni- sation par le sulfate de quinine 2. On a signalé des particularités analogues dans l’ionisation par le phos- phore quand on opère sans courant gazeux cr pré-
sence du phosphore lui-même. Avec les substances
radioactives intenses, la saturation est pratiquement impossible à obtenir. Dans l’action de la lumière ultra-violette sur le zinc, les courbes de saturation sont toujours ascendantes et ne présentent pas de
palier horizontal J.
Lorsque les courbes de saturation ont une forme de ce genrc, diverses explications sont possibles. Ou
bien les petits ions se forment en quantité très
abondante dans une couche superficielle où la diffu-
sion est intense (effet photoélectrique, substances radioactives, etc.), ou bien il se forme surtout de gros ions, de mobilité extrêmement faible, pour les-
quels il est impossible d’atteindre le coude de la 1. Le dégagement d’hydrogène est si faible qu’il ne constitue
par lui-même aucun courant sensible.
2. Voir Miss GATES. Phys. Rell.,1.8, 146.
5. Voir E. BLOCII, Le Radium, 7 (1910) 125-136.
courbe de saturation sans arriver aux voltages explo-
sifs (sulfate de quinine, phosphore).
Aucune de ces deux hypothèses ne convient au cas qui nous occupe. S’il se produisait de petits ions en abondance, un courant gazeux très rapide les entraî- nerait, sans perte i111portante, dans le condensateur de mcsure. Or, nous savons que les ions produits
dans les réactions chimiques n’ont pas la grande
mobilité des ions des rayolls Riinigen. D.autre part,
l’inteasité des effets sintiques est beaucoup plus grande que celle des effets observés cn courant
,qazeux : on ne concevait pas que des ions peu mobiles
disparaissent presque tous avant d’atteindre les appa- reils de mesure. On est donc amené à penser que les
courants recueillis par la méthode statique ne sont
pas des courants cl’ionisation. Les véhicules de l’électricité n’y sont autre chose que les poussières liquides formées par barbotage.
Pour décider du bien fondé de cette hypothèse
nous avions entrepris les différentes vérifications sui- vantes :
1° Des observations ont été faites simultanément
(c’est-à-dire avec le même liquide et à la même phase de la réaction) par la méthode statique et par la méthode de courant gazeux. A cet effet, on place
le liquide dans un flacon métallique F muni d’un plateau P pouvant se relier a l’électromètre (fig. 1).
Fig. 1.
On mesure de la sorte le courant statique. Un débit
d’air permet aussi d’entrainer les gaz dans un con-
densateur C et de comparer les courants recueillis dans ce condensateur à ceux qu’on observait précé-
demment.
En procédant de la sorte on constate invariable-
ment que les effets statiques sont d’un ordre de gran- deur tout à fait différent des autres. Il sont sensible-
ment symétriques pour les ions des deux signes alors qu’en courant gazeux les effets sont unipolaires.
Enfin quand la saturation est atteinte en C, on 11 it
encore aucune trace de saturation en F. Tout ceci
s’explique bien en admettant que la réaction chimique
donne lieu à deux phénomènes distincls : 10 une
ionisation proprement dite; 2° une projection de par ticules neutres susceptibles de se charger par voie
électrostatique. De ces deux phénomènes le deuxième
est de beaucoup le plus gros. On l’observe ü peu près
seul lorsqu’on essaye de construire des courbes de
