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Submitted on 1 Jan 1913
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G. Reboul
To cite this version:
G. Reboul. Phénomènes capillaires au contact des solides et des gaz. J. Phys. Theor. Appl., 1913, 3 (1), pp.450-457. �10.1051/jphystap:019130030045000�. �jpa-00242051�
PHÉNOMÈNES CAPILLAIRES AU CONTACT DES SOLIDES ET DES GAZ;
Par M. G. REBOUL;
Quand un solide est en contact avec un gaz, il se produit une con-
densation du gaz à la surface du solide; d’après Quincke 1’ ), la den-
sité de la couche gazeuse superficielle augmenterait à mesure qu’on
se rapproche de la surface du corps et elle atteindrait la densité de
ce dernier à sa surface même. L’on sait que cette condensation est
particulièrement vive pour les corps poreux ou sous forme pulvé-
rulente. Je me propose de préciser ces actions de surface et de mon-
trer qu’elles sont soumises aux lois que révèle l’étude des phéno-
mènes classiques de capillarité : la concentration gazeuse n’est pas la même aux divers points de la surface de séparation solide-gaz,
elle est plus grande aux points où la courbure moyenne est elle- même plus grande.
On est amené à cette conclusion par une voie assez indirecte : si la concentration du gaz n’est pas la même aux divers points de la
surface de séparation et si le gaz attaque le solide, l’attaque doit être plus vive aux points où la concentration est plus grande, nous
devons donc trouver une influence de la courbure des solides sur les actions chimiques qu’ils subissent.
Je décrirai d’abord les expériences montrant que l’action chi-
mique dépend de la forme des corps intervenant, j’indiquerai ensuite quels renseignements on peut en conclure sur la distribution des molécules gazeuses dans le voisinage des corps solides.
1
1° L’expérience èst disposée de la manière suivante : un ballon B
i) muni d’un long col (80 centimètres) est renversé sur la cuve à
mercure. Il est relié à une pompe de Goede par l’intermédiaire d’une jauge de Mac-Léod. Une tige de fer t, lestée par un morceau de
platine p, flotte verticalement sur le mercure; on l’engage dans le col
du ballon ; quand la pompe fonctionne, le mercure s’élève, il entraîne
le flotteur dont l’extrémité libre se trouve ainsi amenée dans la
(1) QUINCKE, Pogg. Ann., 108, p. 326; 18o9.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019130030045000
chambre à vide de ce baromètre. On peut fixer à la partie supérieure
du flotteur le corps qu’on veut étudier, on introduit ainsi facilement dans le ballon des solides de formes géométriques diverses (sphères,
cônes,, cylindres, etc..,).
FIG. 1.
Le gaz produisant l’attaque est fourni par un morceau de caout- chouc rouge, qui sert en même temps de ligature pour fixer le solide à la tige de fer. Ce caoutchouc est vulcanisé au chlorure de soufre ;
à la pression ordinaire la tension des vapeurs est très faible, mais
dès qu’on arrive aux basses pressions (inférieures à 1 millimètre de
mercure), il y a émission notable de vapeurs, et l’on constate que le cuivre et le mercure sont attaqués ; *,
2° Fixons au flotteur une lame de cuivre rectangulaire (18 X 1 ~ mil-
limètres environ); elle a été soigneusement polie avant son intro-
duction dans l’appareil, elle est disposée horizontalement et se trouve à 7 ou 8 centimètres du morceau de caoutchouc. - Faisons fonctionner la pompe, arrêtons-la lorsque la pression atteint par
exemple 1 10de millimètre ; au bout de quelques minutes, il se mani-
feste une attaque de la lame de cuivre ; mais cette attaque ne se pro- duit pas d’une manière quelconque en se traduisant par un noircis- sement uniforme de la lame ; elle commence par les bords et avance
lentement vers la partie centrale. L’attaque se poursuivant, il se
forme des colorations de lames minces suivant des plages parallèles
aux bords de la lame; ces colorations renseignent sur l’épaisseur de
la couche de sel formée aux divers points et par suite sur l’intensité de l’action chimique produite ; cette intensité a été plus vive sur
les bords que sur la partie centrale. - Le cliché 2) montre une
série de lames qui ont été exposées dans les mêmes conditions, mais pendant des temps différents; la photographie ne peut malheureu-
sement pas rendre compte des colorations de la lame, mais elle indique assez nettement que les colorations sur les bords sont diffé- rentes de celles du centre.
Naturellement, quelle que soit la position de la lame (horizontale, verticale, etc...) le résultat est le même ; l’on ne peut donc pas dire que la non-uniformité de l’attaque provient de ce que la distance de ses divers points à la source du gaz actif n’est pas la mêrne, ni faire intervenir la densité des vapeurs émises.
30 Les résultats précédents amènent à penser que l’intensité de l’action chimique dépend essentiellement des rayons de courbure du corps solide en ses divers points.
On fixe au flotteur une petite masse de cuivre en forme d’ellip-
soïde allongé et l’on répète l’expérience précédente; on constate que
l’attaque se produit en commençant par les sommets de l’ellipsoïde
où les rayons de courbure principaux sont les plus petits. L’attaque
se poursuivant, le sel formé recouvre finalement tout le corps, mais les colorations de lames minces qui se succèdent, indiquent une attaque plus prononcéee à partir des sommets de l’ellipsoïde.
Avec des sphères, l’attaque se produit uniforme, sauf au voisinage
du point d’attache. Si l’on introduit dans le tube un ensemble de deux sphères, l’une de 10 millimètres, l’autre de 2 millimètres de
diamètre, on constate que la sphère la plus petite est celle qui est le plus rapidement attaquée.
En variant la forme géométrique des solides essayés : prismes, pyramides, cylindres, cônes, etc..., on trouve toujours que l’attaque
commence par les arêtes, ou par les points de plus grande cour-
bure moyenne et que c’est en ces points qu’elle est le plus pro- noncée.
4° La critique que l’on peut faire aux expériences précédentes
consiste en ce fait que le gaz réagissant est mal défini ; j’ai donc essayé de préciser les conditions et de voir si le phénomène est sus- ceptible de généralisation.
On remplace le caoutchouc vulcanisé par un petit cristal d’iode,
dans les mêmes conditions que précédemment on constate que l’ar- gent, le cuivre sont attaqués, et l’on retrouve dans cette attaque les
caractères précédents ; cependant, dans ce cas, le phénomène est fugitif à cause de la concentration relativement grande des vapeurs
d’iode; on voit l’attaque commencer par les points de plus faibles
rayons de courbure, mais les colorations de larnes minces qui in- diquent la profondeur de l’attaque se succèdent rapidement : en quelques secondes le corps se recouvre d’une teinte grise uniforme,
et l’on n’a plus de renseignement sur l’intensité de l’action chimique
aux divers points.
En modifiant légèrement l’appareil antérieurement décrit, par
l’adjonction au ballon d’une tubulure latérale munie d’un robinet à
vide, j’ai pu introduire divers gaz (chlore, brome) dans le ballon
à réaction ; avec les mêmes métaux l’attaque se produit, et elle est plus vive aux points où la courbure rnoyenne est plus grande. La
seule difficulté de l’opération étant d’introduire assez peu de gaz pour que l’attaque du solide soit très lente.
L’on comprend facilement qu’avec une atmosphère concentrée
l’effet ne soit pas perceptibles; le seul moyen d’analyse que l’on ait pour suivre l’attaque consiste à utiliser coloratiuns de lames minces, il ne peut réussir que pour des qliantités de sel très faibles,
ne tombant d’ailleurs pas sous le coup des méthodes d’analyse ordi-
naire. On peut alors se demander si l’expérience ne réussirait pas à la pression ordinaire en mélangeant au gaz actif une très grande quantité de gaz inerte de manière que l’attaque du solide soit très lente.
L’expérience a été faite avec divers gaz : chlore, brome, vapeurs
d’iode, hydrogène sulfuré, vapeurs d’acide azotique et difl’érents métaux : argent, cuivre, mercure. Elle est très facile à réaliser.
Dans un récipient de grande capacité ~1 ou "2 litres) on place
soit quelques tout petis cristaux d’iode, soit des traces de vapeur de brome ou de chlore, soit encore une solution très étendue d’acide
sulfhydrique ou d’acide azotique ; on suspend dans cette atmosphère
le solide auquel on a donné la forme qu’on désire : lame recitangu-
laire, prisme, etc... On constate toujours que l’attaque commence par
les arêtes ou par les points de plus faibles rayons de courbure et que c’est en ces points que la couche de sel formé est plus épaisse.
La nécessité d’employer des gaz attaquant divers métaux à la tem- pérature ordinaire et donnant des composés transparents, limite le champ des expériences; il semble cependant permis d’énoncer la loi
suivante : Dans ga sur un solide l’attaque est plus valve
aiix ozi la eourvure 1noyenne est 1,)It(s grande.
lI
Comment se traduit sur la quantité de sel formé l’influence du rayon de courbure? la question est assez facile à résoudre de la ma-
nière suivante : les colorations de lames minces produites à la sur-
face du corps attaqué renseignent sur l’épaisseur de la couche de sel et permettent ainsi sans difficulté le dosage relatif et instantané de
quantités minimes du composé. Il suffit de prendre des corps de courbure différente, de les exposer dans les mêmes conditions à
l’atmosphère réagissante et de déterminer ensuite, d’après la colora-
tion de la lumière réfléchie, l’épaisseur relative de la couche de sel
qui a été formée. Pour cela, je me suis servi des tables donnant les couleurs produites par des rayons de lumière blanche normaux à une
lame d’air d’épaisseur donnée (1). Pour avoir la vraie valeur de l’épais-
seur, il faudrait connaître l’indice de réfraction de la substance et la perte de phase subie par la lumière au moment de la réflexiun sur
les couches métalliques (‘-’). La connaissance de ces vraies valeurs ne
changerait d’ailleurs rien aux conséquences que l’on peut déduire
des valeurs relatives des résultats.
On prend une série de cylindres de diamètre différent ; leur lon-
gueur est d’environ 6 centimètres, leurs extrémités ont été paraffi-
nées ou étamées sur une longueur de 1 centimètre de manière à éviter les perturbations dues aux arêtes de la coupure ; aorès l’attaque, chacun des cylindres présente une teinte uniforme. Par
exemple, avec une série de 6 cylindres de cuivre maintenus pendant
25 minutes à une pression de le caoutchouc vulcanisé étant la
(1) DUFET, Recueil de clonnees nUfl1éÎ>iques, publié par la Société Française de Pllysique, t. III, p. 1 i6? et suivantes.
(’2’, G. MESLiN, W an. de Cja. et Phys., 6° série, t. XX, p. 89 et suivantes.
source d’émission du gaz actif, on obtient les résultats suivants : -.
Ces résultats vérifient assez bien une relation de la formé *.
q, épaisseur de la couche de sel, R, rayon du cylindre ; a, b, c, sont des constantes qui, dans l’exemple précédent, prennent les valeurs :
En substituant dans les deux membres de l’équation (1), on obtient
les résultats suivants : -.
Plusieurs autres séries de cylindres dans des conditions de pres- sion un peu différentes ont donné la vérificalion de la même formule
avec des valeurs des constantes a, b, c légèrement différentes. La même vérification a été faite de même manière avec des cylindres d’argent attaqués à la pression ordinaire par des vapeurs d’iode.
On peut vérifier la même formules d’une manière un peu différente :
on prend un solide aux divers points duquel on peut f acilement rne- surer les rayons de courbure principaux, par exemple un cône, on l’expose à l’atmosphère active, on détermine ensuite l’épaisseur du
sel correspondante aux divers points. Un cône de cuivre exposé pendant une lieure et demie à une pression donne les résul-
tats suivants :
(1) En admettant une perte de phase égale à 7r.
Ce qui vérifie à peu près la formule (I) pour :
En substituant l’on obtient en efiet :
Etant donnée la grande difficulté que l’on éprouve à apprécier
exactement les diverses teintes et la discordance que présentent
entre elles les tables suivant leur auteur (~), la relation apparaît
comme suffisainment vérifiée.
Dès que l’épaisseur devient telle qu’on arrive aux colorations du troisième ordre, la vérification de la formule (1) devient mauvaise. Ce sont d’ailleurs les couleurs du premier et deuxième ordre qu’on peut apprécier avec le plus de précision.
lII
Si l’on fait l’hypothèse qu’il y a augmentation de la concentration gazeuse aux divers points de la surface de séparation du métal et
du gaz, il devient facile de montrer que la relation (1) est une con- séquence de la formule que Laplace a donnée pou les phénomènes capillaires.
Soit (j l’épaisseur de la couche de sel formé au temps 1, par unité de surface la quantité de composé sera -I. La vitesse 2013 de la réac-
fi t,
tion chimique est proportionnelle à la concentration r du gaz réagis-
sant ; en outre cette vitesse diminue à mesure que l’épaisseur du composé formé augmente, puisque ce composé gêne le contact du
solide et du gaz ; admettons que celte diminution ait lieu suivant une
loi exponentielle, on aura :
K pouvant d’ailleurs être une fonction de t. Pour une durée d’exposi-
tion toujours la même, t étant constant, l’épaisseur de la couche de
~ de et de 3e série, t. XL, 1854: ~ RoLLErr,
t. VU (ni Ab.), 1878.
sel formé sera donc liée à la concentration par une expression de
la forme :
En comparant à la formule (1) que donne l’expérience, on voit que la concentration du gaz est liée à1par une relation linéaire.
En chaque point de la surface de séparation -d’un solide et d’un
gaz, il y a une concentration de l’atmosphère gazeuse proportion-
nelle à la courbure de la surface au point considéré.
On exprime la mêmes chose en disant qu’il y a, en chaque point de
la de séparatloîz un excès cle pression
courbure moyenne. On retrouve ainsi la formule du
Laplace.
MESURES INTERFÉRENTIELLES DE LONGUEURS D’ONDE DANS LE SPECTRE DU FER.
Par M. K BURNS.
Les mesures spectroscopiques de grande précision ont exigé la
détermination des longueurs d’onde de raies servant de repères ; des déterminations faites dans le spectre du fer, au moyen des interfé- rences, ont fourni un système de raies de référence qui, mesurées de façon très concordante dans plusieurs laboratoires (’), sont généra-
lement employées sous le nom d’étalons internationaux (2).
Je me suis proposé de compléter la série de ces étalons :
’1° Du côté des grandes longueurs d’onde, les étalons internatio-
naux s’arrêtent à la longueur d’onde 6500. J’ai pu, en utilisant les
procédés actuels de sensibilisation des plaques photographiques,
étendre les mesures interférentielles dans le spectre du fer j usqu’à
la longueur d’onde 882!t, c’est-à-dire dans tout l’extrême rouge et
une partie de l’infra-rouge;
2° Dans la région jaune et orangée, où les fortes raies du fer sont
-- --- -- - -- --- -
(1) Buisson et FABRY, J. de Phys.. 4e série, t. B’11, p. 169: 1908: - EVERS>UEUf, der Pfiysik, 4e série, t. 810; 1909; .lsi»oph ysic,Al
t. XXVIII, p. 19’7: 1908.
(2) RA>-SER, FABRY et AMES, Aslt’ophysical Jou1’nal, t. XXXII, p. 215 et t. XXXIII, p. 85.
