Sur la masse et la mobilité de l'ion positif d'une flamme

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Submitted on 1 Jan 1912

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Sur la masse et la mobilité de l’ion positif d’une flamme

G. Moreau

To cite this version:

G. Moreau. Sur la masse et la mobilité de l’ion positif d’une flamme. Radium (Paris), 1912, 9 (8),

pp.273-276. �10.1051/radium:0191200908027300�. �jpa-00242560�

MÉMOIRES ORIGINAUX

Sur la ^masse et la mobilité de l’ion positif d’une flamme

Par G. MOREAU

[Université ^de Rennes.2014Laboratoire de Physique1.]

1. Il est possible ^de déterminer la masse de l’ion

positif ^d’une flanlme par le procédé que j’ai applique

intérieurement à l’étude de l’ion négatifs ^{Il consiste}

à faire diffuser les ions d’une flamme A chargée ^de

vapeur saline ^{vers une autre} flamme pure h, séparée

de la première par ^{une toile} métallique (fig. 1). ^Un champ électrique X ^{les recueille et du courant trans-} porté ^on déduit la vitesse d’agitation ^{eu ensuite la}

masse par la loi d’égale répartition ^de l’énergie ^lnolé-

Fig. ¹

’ ^’

culaire. Les mesures donnent en même temps ^la mobilité.

L’étude est plus délicate pour les ions positifs que pour les ions négatifs, ^{car les} premiers ^sont plus

lourds que les seconds ^et diffusent moins vite. En outre, dans la flamme Fui, ^{avec une cathode de} platine

1. rn mémoire plus ^détaillé paraîtra ^dans les Au na les de Chimie et Physique.

2. Annales de Chimie et Physiquc 1909), Le Itnfiiii>11. 7 ltil(1 70-74.

C opposée ^{o la toile} métallique, ^{la chute de} potentiel qui fournit le champ ^{X, est} presque complètement

localisée à la cathode de sorte qu’au ;voisinage ^{de la}

toile métallique, ^le champ ^{est très faible et l’cntraî-}

nement des ions insignifiant. ^Cette difficulté, ^la plus importante, ^{est éliminée} par l’enij>loi d’une cathode l’ecouverte de chaux, qui rend uniforme le champ

dans la flamme B et permct une mesure précise ^du

courant de diffusion.

Le dispositif’ expérimental ^{est le suivant} (fig. ),

Deux flalnnlcs de brûleurs Bunsen de mêmcs dimensions brûlent au contact de la toile métallique

T dont les mailles ont 2 millimètres de côté. Dans la flamme _1, ^on peut pulvériser ^une solution saline alcaline ou alcalino-terreuse. Un faible champ ^élec- trique ^{Y assure la constance de la} densité des ions

positifs ^au voisinage de T : ceux-ci diffusent dans la llamme B on se trouve la cathode de platine ^{C recou-}

verte d’un léger dépôt ^de chaux. Une différence de

potentiel ^{V étable entre T et C donne le} champ ^X qui ^{cntrahic les ions et} transporte ^{le courant} qu’on

mesure avec le galvanomètre ^(i.

La catllode sensibilisée C émet des corpuscules qui,

dans la flamme B, régularisent ^le champ. ^On peut

Fig.2.

s«en assurer en étudiant la distribution des potentiels

avec un ni fin de platine f, ^en communication avec un électromètre, qu’on déplace ^entre ’a toile T et la cathode C à mi-hauteur de celle-ci. Les observations sont résumées par les de la -2. Celle-ci

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191200908027300

274

sont construites en portant ^en abcisses les distances

en millimètres du fil à la toile métallique, ^{en ordon-}

nées les potentiels, ^{celui de la cathode étant} pris égal

à 0 et celui de l’anode à l’unité. Ces courbes sont

valables pour les valeurs de V comprises ^{entre 50 et}

500 volts.

(03B1) ^{Flammes A et} B pures.

(l) ^{Cathode C nue.}

(2) ^{Cathode C} recouverte de chaux.

(B) ^{Flamme A} chargée ^{de sel. La} cathode C est recouverte de chaux.

(5) ^{Dans A, on} vaporise ^un sel de sodium.

(4) ^{Dans A, on} vaporise ^{un sel de} potassium.

(5) ^{Dans A, on} vaporise ^{un sel} alcalino-terreux

(Ba, ^Sr, Ca).

En comparant ^{a la courbe} I , les courbes 2, 5, 4, 5

on constate que la substitution d’une cathode ^sen- sible à une cathode nue diminue la chute de potentiel cathodique ^{et accentue la chute de} potentiel anodique.

Dans la plus grande partie ^{de la flamme, le} champ

devient uniforme.

Si V = la différence de potentiel ^{entre les denl}

électrodes distantes de d,

X

le champ ^{dans la} région moyenne ^uniforme de la flamme,

X1 = ^le champ moyen dans la région anodique, ^au voisinage ^{de la toile} métallique.

On _{pose :}

Pour d = 2 _cm., les coefficients a et b ont les valeurs suivantes :

et les formules 1 donnent les champs ^{en volts : cm.}

La distribution des températures ^{dans la flamme B}

est déterminée avec un couple thermo-électrique

au voisinage de la toile T la température ^{moyenne est}

1250° absolus, ^{elle s’élève à} 1400° absolus dans la

région ^de champ ^uniforme.

2. Calcul du courant de diffusion.

Grâce à la cathode sensible un clamp moyen notable l, ^{est établi}

au voisinage de la toile métallique ^{et suffit à entrainer}

les ions positifs qni ^sont lancés de la flamme A en

raison de leur agitation moléculaire. Le calcul du cou- rant correspondant ^se fait aisément.

Si ^on compare la courbe 2 à l’une des courbes 3, 4, 5

on remarque que l’apparition ^{des ions} positifs ^dans

la flamme B atténue la chute de potentiel anodique et

accentue la chute cathodique. L’accroissement du courant observé est surtout dù li l’émission corpus- culaire qui accompagne ^le relèvement cathodique,

puisque ^{les ioiis} négatifs d’une flamme sont beaucoup plus rapides que les ^ions positifs.

Dans la région anodique ^{soit :}

N la densité des ions positifs diffusés, Kt ^{leur mo-} bilité, Xt ^le champ moyen calculé par la formule ^1.

Dans la région ^{uniforme de} champ ^{X, soit :}

n l’accroissement de densité des ions positifs qui

est aussi celui des ions négatifs ^en raison de l’unifor- mité du champ.

lÉ la mobilité positive, Ko ^{et e la mobilité et la} charge ^{d’un ion} négatif.

i l’accroissement du courant par unité de ^surface.

On a, ^en négligeant ^la recombinaison toujours

f a ible ’ .

car le courant i est surtout transporté par les ^ions

négatifs.

La valeur de N se calcule ainsi : P ions positifs ^sont

lancés par seconde ^et unité de surface dans la flamme B,

venant de A, ^{en vertu de} l’agitation moléculaire. In- versement u N vont de B vers A dans les mêmes con-

ditions. D’après ^un calcul antérieur (Le Radiurn, ^loc.

cuit.).

1l

la vitesse d’agitation ^{des ions} positifs ^{au vomi-} sinage de l’anode.

La toile métallique ^{découvre entre ses} mailles par em2, ^{une surface utile} de 0,6 cm’. En écrivant que les ions dinusés sont entraînés par ^le champ X1

il vient :

Un calcul simple ^montre qu’on peut négliger ^les

ions qui sont retenus par l’action électrostatique ^des

mailles de la toile.

La formule 2 suppose immobiles les gaz de la flamme B. Il y ^a lieu de tenir compte ^{de la vitesse} d’entraînement za de ceux-ci. La trajectoire ^{d’un ion} positif qui part ^du point Ai ^le plus ^{bas du} champ ^est

sensiblement une droite A,C, (fig. 1) ^{et la surface}

utile S1 ^{de la cathode} est, ^si S est sa surface totale et h Fa hauteur :

d‘où le courant total 1

1 == S1 ⁱ

1. MOREAU. Annales de Chimie et Physique. ^1911.

Onpose:

avec les formules précédentes, ^{il vient :}

où 1- est la différence de potentiel ^{établie entre la}

toile T et la cathode C.

La formule 7 donne l’accroissement du courant à

travers la flamme B, lorsqu’on vaporise ^{une solution}

saline dans la tlamme A. Elle est complètement ^véri-

fiée _par l’observation. Voici deux exemples : ^{V est} exprimé ^{en volts, 1 en divisions} galvanométriques,

chacune correspond ^{â 5} micro-ampères.

lel exemple.

^On vaporise ^{dans A une solution}

aqueuse normale ^de carbonate de sodium.

2e exeiiiple.

^On vaporise ^{dans A une solution}

aqueuse normale de chlorure de strontium.

Masse et mobilité de l’ion positif.

^L’ob-

servation du courant 1 pour différentes valeurs de V, donne les grandeurs ^{(ù, B et A de la formule 7. On a}

ainsi le rapport 8 = B A, et la mobilité et la vitesse moyenne d’agitation ^{u de l’ion} positif.

D’après ^les formules 6 :

Ou a, b ^{sont les} coefficients des formules 1. D’ail- leurs Ki, ^{mobilité de l’ion} positif ^au voisinage ^{de la}

toile métallique, diffère peu de K, mobilité ^au milieu de la flamme, On peut ^écrire d’après (5)

Voici les résultats relatifs aux différentes sels

11 est exprimé ^en cm/sec, ^{K en} cm,-sec-Volt.-com.

La moyenne ^des mobilités pour 1400° ^est K = 12 _{cm ;}

d’après ^le degré ^de précision ^{des mesures elle a la}

même i,aleur quelles ^{que soient la nature du sel et}

la concentration.

En 1905 (Annales ^de Physique ^et C/zilnie), j’ai

trouvé pour ^la mobilité de l’ion ii 1650° 80 cm. qlll, comparé ^{à la valeur actuelle,} indique ^{une variation}

assez rapide ^{avec la} température.

Lusby (Plzil.

Mag., 1911) ^observe une variation plus rapide. ^{A 1950°,}

il donne 550 _cm., a 1300°, ⁴² cm, 5. ^A 1150°, ^il

trouve 12 cm, _{2 pour} ^les sels alcalins et 6 cm,2 pour les sels alcalino-terreux, je n’ai pas observé de diffé-

rence entre les deux espèces ^{de sels,} différence qui ^ne s’expliquerait guère, ^{si l’on} considère la masse des ions.

La moyenne ^de la vitesse d’agitation ^{u est 2,2 104}

cm. sec.

elle est indépendante de la nature du sel et de sa concentration. La masse de l’ion se calcule par la formule qui exprime l’égale répartition ^de 1"éner-

gie moléculaire dans la flamme B. (Radium, ^loc. cit.)

La ^niasse de l’ion positif qui provient d’une vapeur saline est, entre 1250° ^et 1400°, environ 8. J 0-22 gr.

Elle est indépendante ^{de la nature et de la concen-}

tration du sel vaporisé.

Si on considère l’ion comme formé de molécules salines retenues par attraction autour d’un centre positif,

il est constitué par ^un assemblage ^{de 5 à 10 molécules}

suivant le sel. On conçoit alors que la mobilité ^ne varie pas ^avec celui-ci. L’ ion négatif ^{a une masse} beaucoup plus petite; j’ai ^trouvé (Radiunz, ^Io(-. cit.)

110-23 gr., c’est-à-dire qu’il ^est intermédiaire entre le

corpuscule ^{et l’aloiiie} d’hydrogène. ^{Il ne} serait pas ^un édifice invariahle, mais à la suite des chocs avec les molécules de la flamme et du sel, s attacherait une ou

plusieurs ^molécules qu’il conserverait pendant quel-

quels libres parcours, pour ^les abandonner après ^un

choc plus ^{violent et} effectuer ensuite des parcours à

l’état de corpuscule. ^{Il n’est sûrement} pas toujours ^un

276

simple corpuscule, ^comme r ont afnrmé plusieurs

auteurs.

Dans ^un mémoire publié aux Annales due Physique

et Chinz ic en 1906, j’ai inditlué les Il10)Jilités des ions obtenus avec les _vapeurs salines _pour des températures conlprises ^{entre 288° et 443°} absolus. Avec le chlo-

rurc de potassium, ^{elles varient entre 0,013 cm et} 0 , -)9 ^{cm .}

J’ai montré qu’ils ^{sont formés de molécules salines} agglomérés ^{dont le} nombre décroit â mesure que la

température s’élève. On peut suivre les variations de leur masse avec la tempurature par le raisonnement suivant : la mobilité d’un gros ion de rayon ^{1’t est} inversement proportionnelle ^{au nombre de chocs} qu’il reçoit par seconde de la part ^{du nlilieu} environnant, c’est-à-dire ^au nombre N de molécules par cm3 du gaz ambiant, à la vitesse moyenne d’agi tation Il ^{de ce}

gaz ^{et au carré} du rayon ^B. Or N est inverse de T, 11

proportionnelle à ^{T 2. nn} peut ^{écrire :}

où lI est la ^massue de l’ion.

Si pour ^T

^{1400° on} donne à )1 et K les valeur

précédentes, ^on calcule ç, d’où la valeur d2 )1 _1»ur les

températures plus basses. On trouve ainsi :

L’ion comptant ^à 1400°, ^{5 à 10 molécules de} sel,

en retient jusqu’à ^{70 000 à 15-} centigr. A- ^{très haute} température, ^vers 1900°, ^il serait réduit à une seule molécule ou au métal du sel.

[Manuscrit reçu le 9 aoiit d9i2].

Sur la période du radiothorium et le nombre des particules ^03B1

données par le thorium ^{et ses} produits

Par May Sybil ^LESLIE

[Laboratoire ^de Physique.

Université de Manchester.]

A la fin d’un mémoire sur le thorium et ^ses pro- duits de désagrégation i, ^{l’auteur a donné} quelques

chiffres indiquant qu’on ^doit peut-être ^{atlribuer au}

radiothoriuln une période beaucoup plus ^courte que deux ans. Cependant, ^{on avait} prolnis ^une investiga-

tion plus soignée, ^{et c’est} l’objet ^de cette note de

communiquer les résultats de ce nouvel ^examen.

Comme source de thorium on s’est servi d’un échantillon de tliorite tout à fait différente. Ce miné- ral était plus ^riche que l’autre, ^donnant par la mé- thode d’analyse, par l’eau ox-vgénée décrite dans le

premier ^{mémoire, 56,:)} pour 100 d’oxyde de thorium.

S’il y avait de l’uran111 dans la thorite il faudrait

qu’il s’y ^{trouvât en} quantité négligeable, 8 nlâr de minéral n’un montrant rien par le ferro-cyanure ^de potassium. en peu de l’oxyde, préalablement privé ^du

lnésathorium à l’aide de nombreuses précipitations par

l’ammoniaque, était étalé sur une plaque ^{et enfermé}

sous du mica pour empêcher ^la perte ^de l’émanation.

Après ^deux mois environ, quand la montée d’acuité par suite de la follllatlon du thoiinm X fut finie, ^et

que la diminution due à la destruction du radiotho- riuln fut commencée, ^on faisait de temps ^en temps des mesures de l’activité pendant ^une période ^{de six}

1. Mlle LESLIE. Le Radium. 8 1911) 336.

ou sept ^{mois. La} grandeur ^{de la chute de l’activité}

du radiothorium fut ^un peu masquée par le radiotllo- rium fraîchement formé _par suite de la nouvelle _pro- duction du mésothorium. Il faut aussi attribuer une

petite quantité d’activité constante ^au thorium lui- même. Correction faite pour ^ces deux causes pertur- batrices, la courbe de décroissance trouvée pour ^le radiothorium indique ^une période ^{de 710} jours,

valeur qui ^{s’accorde assez bien avec} celle de deux ans

trouvée par M. Blanc’.

Ilans le mémoire précédent ^la justification princi- pale pour l’attribution au radiothorium d’une période plus courte resta sur la différence entre l’activité maximum de l’oxyde ^{de thorium,} calculée de I*acti- vité de la thorite, ^et l’activité de l’oxyde ^{trois mois} après ^sa séparation du minéral. En regardant ^la courbe y ^{dessinée on} peut remarquer que les loga-

rithmes des valeurs obtenues, ^{en suivant encore} plus

loin l’activité de cet oxyde, ^{ne se trouvent} pas ^sur la même ligne ^droite. Néanmoins, quelques ^détermina-

tions faites u la hàte pour examiner ^un peu l’espace

de trois mois se sont accordées apparemment ^{avec la} période ^courte. Le nombre de particules x ^nécessaire

pour expliquer ^cette haute activité du thorium dans

1 BLANC, Phys. Zeitsche.. (1907 ^321.