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Les centres neutres dans les gaz et l’ionisation par barbotage
M. de Broglie
To cite this version:
M. de Broglie. Les centres neutres dans les gaz et l’ionisation par barbotage. Radium (Paris), 1907, 4 (8), pp.285-288. �10.1051/radium:0190700408028500�. �jpa-00242254�
Les centres neutres dans les gaz
et l’ionisation par barbotage
Par M. de BROGLIE.
VANT de parler de l’action des centres neutres
A sur le barbotage, nous rappelons ici en quoi
consiste ce phénomène particulier d’ionisation des gaz, d’autant plus que les renseignements n’abon-
dent pas sur le sujet et qu’il suffit de consuller la dernière édition du remarquable ouvrage du profes-
seur J.-J. Thomson, intitulé « Conduction of Electricity through gases », pour se rendre compte de la com- plexité et de l’état encore peu avancé de la question.
On s’est surtout servi de deux procédés : le premier
consiste à faire passer un courant d’air dans des sortes de flacons laveurs à orifices plus ou moins étroits; le second à faire circuler le gaz dans un grand récipient oil des gouttes de solutions, tombant d’en-
viron 1 mètre de hauteur, viennent s’écraser sur une
surface liquide libre ou sur un plan de verre confondu
avec elle.
L’air est conducteur à la sortie; il possède le plus
souvent une charge électrique, et le caractère domi- nant du phénomène est son extrême variabilité sous
l’influcnce de faibles traces d’impuretés dans le liquide.
La plupart des auteurs (Lord Kclvin1, Ilôsters’, Kachler3, Aselmann4, L. Bloch5) s’accordent à recon-
naitre qu’avec l’eau pure la charge du gaz est d’abord
négative, puis qu’elle se renverse et devient positive lorsqu’on ajoute du sel marin, des acides sulfurique, chlorhydrique, etc.
Le professeur Lénard’e 6 a trouvé des charges de signes variés suivant les liquides employés; la nature chimique du gaz a aussi une influcnce : avec l’hvdro-
gène parfaitelnent pur, par exemple, l’effet est faible
et de signe contrairc à celui que donne l’air (Thomson).
La conductibilité est bien due à des ions ; la forme
des courbes de saturation, l’existence du courant de
décharge d’un condensateur, quel que soit le signe de
sa charge, mettent le fait hors de doute; mais lors-
qu’on veut mesurer la mobilité de ces ions par les
procédés ordinaires, méthode de Zélény ou méthode
des condensateurs à toile métallique, on s’aperçoit
1. KELVIN. Proceedings Roy. Soc., /I89L
2. KosiERs. Wied. Ann., 1899.
5. KAEULER. Anu. der Physik.. 1903.
4. ASELMANN Ann. der Playsik., 1906.
5. L. BLOCH. C. R., Ier juillet 1907.
6. LENARD. Tried. Ann., 1802.
que cette constante est mal définie; il y a des ions de mobilités très variées.
M. Aselmann a estimé que, dans le cas d’une solu- tion à 0,2 pour 100 de chlorure de sodium, produi-
sant l’ionisation par l’écrasement des gouttes, la mo-
bilité des ions négatifs allait de 4 centimètres par seconde à 2,4.10-4 centimètres par sec. et que celle des ions positifs restait de l’ordre de 16-2 centi- mètres par ,sec. Récemment M. L. Bloch1, calculant les mobilités par l’abcisse du maximum arrondi que donnent les courbes de Zélény, ce qui correspond à
la fois aux ions les plus nombreux et les plus mobilcs,
a trouvé comme mobilité moyenne pour le barbotage
dans l’eau distillée 1mm, 15 pour les ions négatifs et 0mm,8 pour les ions positifs; cette mobilité, dans le
cas de solutions sulfuriques, va en décroissant et tend vers 1/500 millimètre par sec., pour les ions des deux signes, quand on arrive aux liqueurs normales.
Voici maintenant quelques résultats que nous avons
obtenus; ils sont relatifs à l’air atmosphérique bar-
botant dans un flacon laveur où visent se brancher
l’aspiration d’une trompe u eau : l’ionisation est,
comme toujours, mesurée par la déviation d’un élec- tromètre relié à la tige centrale d’un condensateur
cylindrique.
a) Variation avec la pression. - Le régime
du courant gazeux s’établit pour une certaine diffé-
rence de pression. entre l’intérieur et l’extérieur du
barboteur; avec l’aspiration d’une trompe à eau ordi-
naire et un diamètre d’orifice de l’ordre de 15/100 de
millimètre cette dépression peut facilemcnt atteindre 50 centimètres de mercure, la plupart des résultats
cités plus loin sont obtenus avec une dizaine de cen-
timètres de mercure et des diamètres d’orilices de
quelques dixièmes de millimètre.
Si l’on désigne par :
n le nombre d’ions positifs par exemple contenus dans
1 centimètre cube de gaz a la soi-tie du barboteur;
U le débit en centimètres cubes par seconde mesuré à la pression H-A que possède le gaz en cet endroit ;
e la charge d’un ion.
Le courant recueilli par l’électromètre, mesuré
par l’inverse du temps que met la tache lumineuse à 1. C. R., 1" julllct JûOi.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190700408028500
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parcourir un certain nombre de divisions de l’échellc,
donnera n Ue, si le condensateur qui transmet les charges de l’électromètre est assez puissant pour les arrêter toutes (partie horizontale de la courbe de
saturation) ; en divisant 1l Ue par le débit U il reste ne
qu’on peut appeler l’intensité d’ionisation.
Si l’on trace la courbe qui donne le courant
recueilli par l’électrométre en fonction de la dépres-
sion D, on obtient les tracés de la figure 1 ; on volt
que cette courbe, après une partie très basse, devient
Fig. 1.
et reste une droite; le courant varie alors non pas
tout a fait proportionnellement à la dépression, mais
li la dépression corrigée d’une valeur constante OA;
en changeant le tube fin, on obtient une droite ana-
logue plus ou moins inclinée sur l’axe des dépres-
sions ; enfin en gardant le même tube mais en chan- geant le liquide, en remplaçant par exemple l’eau par
l’alcool, on obtient encore une droite, mais de coeffi-
cient angulaire beaucoup plus grand ; cette remarque permet de déduire dans une certaine mesure les
observations faites à une certaine dépression de celles qu’on obtient avec une autre valeur de cette variable;
elle montrc, par exemple, due l’allure de l’alcool par rapport à l’eau ne dépend pas de la différences de
pression.
Pour avoir l’intensité d’ionisation, il faudrait diviser les ordonnées de la courbe précédente par le débit
correspondant; avec des tubes très fins le débit reste
sensiblement proportionnel a la dépression et l’inten-
sité d’ionisation n’est pas loin d’ètre constante; mais
avec dcs orifices plus gros elle augmente rapidement
et pratiquement, quand on dispose d’une aspiration
constante, l’efl’et d’ionisation faible pour les tubes très fins, croit, passe par un maximum et redevient presque nul pour de gros orifices.
b) Eau et solutions aqueuses étendues. -
Supposons qu’un flacon barboteur soigneusement
lavé et rince contienne de l’eau distillée et ajoutons progressivement des doses connues de solutions di-
verses. L’air aspiré à travers le Ilncuu devient conduc- teur et l’ou constate que les intensités d’ionisation varient avec la concentration pour les ions positifs
comme pour les iols négatifs. En traçant les courbes
qui ont pour ordonnées les courants et pour abscisses les concentrations en fraction de liqueur normale, on
obtient pour un grand nombre de sels, chlorures de sodium, de potassium, de baryum, bromure ct iodure
Fig. 2.
de potassium, pour les acides sulfurique, chlorhy- drique, acétique, la potasse, etc., des courbes très
analogues entre elles dont la figure 2 reproduit le type (dans la région des très grandes dilutions).
On voit que le nombre des ions positifs, très faible
au début, s’accroit rapidement pour de très pctites quantités de sel, mais tout en restant inférieur à celui des ions négatifs; il passe par une sorte de maximum
aplati dans la région qui va de M/1000 à M/500 puis
diminue très lentement vers les fortes coneentra-
tions.
La courbe des ions négatifs part au contraire d’une valeur encore assez forte, passe par un maximum plus
net aux environs de M/2000 et redescend; elle coupe la courbe des ions positifs sous un angle faible vers M/100, reste longtemps â son voisinage et s’abaisse
notablement vers les fortes concentrations.
La charge totale est représentée sur la figure par la différence entre les ordonnées correspondantes des
deux courbes; elle commence donc par être négative,
ne varie pas beaucoup jusqu’au maximum de la courbe des ions négatifs, puis diminue, devient positive
et reste faible pendant un long intervalle; puis elle prend une valcur notable. On peut également reteou-
ver ces résultats en faisant passer le gaz dans un tube
rempli de tournure de cuivre, relié à l’électromètre et
convenablement protégé contre les actions électrosta-
tiques.
La teneur saline des eaux usuelles correspond à la région où la charge totale est faible.
Dans la première branche montante de tes deux
courbes l’ionisation du gaz constitue un réactif très
sensible des variations de concentration, comme le montrent, par exemple, les chiffres suivants
En ajoutant u l’eau de l’alcool, de l’éther au lieu de sels ou d’acides, ou ne retrouve plus du tout la même
allure des courbes d’ionisation en fonction de la con-
centration. Ainsi l’addition de très petites quantités
d’alcool ne modifie pas sensiblement l’efl’et produit
par l’eau distillée.
La figure 5 montre les résultats obtenus par un
mélange d’eau et d’alcool, on voit que la conductibilité
l’ig. 3.
augmente régulièrement jusqu’à une certaine valeur
de saturation qui correspond à l’alcool pur; les solu- tions d’éther dans l’eau, dans la région où ces liquides sont miscibles, donnent lieu u des remarques
analogues.
c) Liquides autres que l’eaul. - Si l’on passe
au cas des liquides autres que l’eau, on reconnaît qu’un grand nomhre présente encore le phénomène de
l’ionisation par barbotage, mais à des degrés très
divers et sans qu’il apparaisse de lois simples; tandis
que l’alcool, l’aldéhyde, l’acétone, l’éther, donnent des effets intenses et se rangent dans l’ordre de leur ten-
sion de vapeur avec une grossière proportionnalité,
a benzine cristallisable, l’essence de térébenthine, le xylol, le toluène, l’essence d’automobile ne donnent que peu de conductibilité; nous verrons tout à l’heure
qu’il semble exister une différence profonde entre le
cas de ces derniers liquides et celui des premiers et
des solutions aqueuses.
Enfin pour que l’ionisation de l’air apparaisse, il faut qu’il y ait réellement barbotage; en soulevant par 1. l,es cffcts indiqués sont relatifs au barbotage dans des fla-
cons laveurs à oriGcc dc quelques dixièmes de milliinètre sous une différence de pression d’environ deux mètres d’eau.
exemple le tube fin du barboteur à une certaine dis- tance au-dessus du niveau liquide, on ne change pas la din’ércnce de pression qui provient presque totale- ment de l’orifice étroit; l’air détendu et abondamment
charge de vapeur qui passe dans ces conditions n’est ni conducteur ni chargé de centres neutres.
Rôle des centres neutres.
cc) Présence ou absence des centres neutres
dans les gaz de barbotage.- Nous avons indiqué
dans un précèdent article1 un procédé permettant de
recoiinaitre si toutes les particules en suspension
dans un gaz sont chargées; il suffit de faire passer le gaz â travers un condensateur assez puissant pour arrête toute conductibilité, et de 1 exposer ensuite
à un rayonnement ionisant qui tranforme en ions les particules neutres restantes. Dans les gaz issus des flammes une fraction seulement des centres fut trouvée chargée; pour l’air ionisé par barbotage, l’expérience montre que, dans le cas de l’eau, de l’alcool, et des solutions aqueuses tous les centres sont chargés.
Au contraire les gaz très faiblement ionisés qui
sortent dcs barboteurs à benzine, à toluène, etc., con- tiennent presque exclusivement des centres neutres;
le radium accuse chez eux la présence d’aggloméra-
tions chargeables.
b) Influence des centres neutres contenus
dans le gaz antérieurement au barbotage. -
Nous venons devoir que l’air sortant d’un barboteurà
eau ne contient pas de centres neutres, qu’arrive-t-il
si le gaz en contenait déjà ?
L’expérience montre que la conductibilité est beau- coup accrue, conlme le fait ressortir l’exemple numé- rirlue suivant :
Ceci explique inactivité spéciale que possèdent lcs
gaz de flamme pour le barbotage, on se rend aisé-
ment compte que cette action est due uniquement a
leurs centres neutres.
L’augmentation d’ionisation se produit aussi bien
avec les centres neutres provenant des corps poreux humides chauffés qu’avec ceux que fournit le bar-
botage de la benzine ; on peut, par exemple (fi,. 4),
mettre a la suite l’un de l’autre deux barboteurs : l’un, B1, contient de la benzinc cristallisablc, le tube
1. Le Radium, juillet 1907.
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central peut glisser dans le bouchon de manière à
pouvoir a volonté le sortir du liquide ; lc harhoteur B2
contient de l’eau.
Un commence par soulever le tulc central de Di, ce qui laisse passer de l’air charge de vapeurs de heu-
Fig. 4.
zine, mais n’ayant pas barboté dans ce liquide ; le barbotage dans l’eau en B2 donne alors un courant mesuré par 100 ; en abaissant le tube central de B1 jusque dans le liquide, cc qui ne change pas la dépres-
sion, le courant passe à 500 pour revenir à 100 par la
man0153uvre inverse.
Dans toutes ces expériences ce n’est pas une sub- stance apportée parles gaz chargés de centres neutres qui vient modifier l’eau du barboteur, car en envoyant ensuite dans la même eau de l’air ordinaire, on revient
à l’état initial.
Tout se passe comme si les solutions aqueuses four- nissaient beaucoup de charges et peu de centres, de sorte que tous leurs centres soient chargés et qu’elles puissent même transformcr en ions des centres non
chargés en grand nombre si on leur en fournit.
Les centres neutres barbotant dans les liquides tels
que la benzine ne donnent pas d’accroissement d’ioni- sation
c) Action des rayonnements ionisants sur le gaz conducteur mais privé de centres neutres
qui sort des barboteurs à solutions aqueuses
ou à alcool. - Si Ion fuit passer ces gaz dans iiii
ballon sounlis au radium ou aux rayons de Rontgen, oii
constate que leur coridtictiiiilité est considérablement diminuée.
On a par exemple :
En comparant ces résultats avec ceux que fournit la charge des centres de benzine, on ne peut s’empê-
clier d’y voir une confirmation de la théorie hrécé-
demmcnt exposécl et montrant cluc les petits ions du
radium mélanges à des centres neutres ne doivent en
charger qu’une fi-actioii relativement faible ; en en’et
nous venons de voir que, dans le cas où toutes les par- ticules sont chargées, l’effet du radium est d’abaisser la conductibilité, alors que pour la benzine, où les
centres neutres prédominent énornlélnent, le radium
agit n l’opposé et augmente l’ionisation; dans les deux
cas, il y a tendance u ramener le rapport du nombre
des centres chargés au nombre total des centres vers
une valeur d’équilibre.
On voit aussi qu’il peut être tout à fait inexact, pour prévoir la conductibilité totale d’un gaz soumis à différentes causes d’ionisation, d’additionner l’effet
particulier de chacune d’elles.
Enfin les centres neutres, quelle que soit leur ori-
gine, peuvent servir de noyaux de condensation pour les vapeurs faiblement sursaturées.
Remis le 23 jnillet 1907.
REVUE DES TRAVAUX
Radioactivité
Sur la radioactivité des boues thermales de
Lucques (Toscane). - G. Magri (Il Nuovo Cimento, mai icJ07). - L’auteur a cherche l’origine de la radioactivité notable découverte par lui précédemment dans les boues de l’établissement thermal de Lucques. Une analyse chimique systématique et une étude attentive des émanations lui ont
permis d’affirmcr que les houes ont une composition très complexe, mais qu’elles renferment sûrement du radium et du thorium. La présence de l’actinium n’est pas démontrée,
mais il est probable qu’oh y rencontre aussi le polonium et
d’autres sous-produits du radium. Léon BLociI.
Radioactivité de quelques roches et terres. -
G. Accolla (TL Nuovo Cimento, mai 1907). - L’étude
d’un certain nombre d’échantillons prélevés en Sicile (ter-
ritoire d’Auguste) permet à l’auteur d’énoncer les conclu- sions suivantes:
1° Les roches et les terres examinées sont peu radioac- tives (1/1000 de l’uranium). Elles se classent dans l’ordre suivant par activité décroissante : terres végétales et arbilcs
communes, tufs et détritus basaltiques, calcaire tendre et tuf calcaire;
2° La radioactivité de l’argile diminue beaucoup par la
cuisson ;
5° Les tufs et débris basaltiques sont plus actifs que les roches basaltiques dont ils dérivent ;
4° Les sables fluviaux et les boucs marines sont très peu
actifs;
5° La radiuactivité de la lave de l’Etna, des roches cal- caires et du sel marin est négligeable ;
6° La boue de la source sulfureuse de Brucoli a une
activité du même ordre que les argiles, c’est-a-dire trop
