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Variations du moment atomique chez les
paramagnétiques. États magnétiques et variétés diverses d’un même ion
G. Foex
To cite this version:
G. Foex. Variations du moment atomique chez les paramagnétiques. États magnétiques et var-
iétés diverses d’un même ion. J. Phys. Radium, 1931, 2 (11), pp.353-375. �10.1051/jphys-
rad:01931002011035300�. �jpa-00233073�
VARIATIONS DU MOMENT ATOMIQUE CHEZ LES PARAMAGNÉTIQUES.
ÉTATS MAGNÉTIQUES ET VARIÉTÉS DIVERSES D’UN MÊME ION
Par G. FOEX.
Sommaire. 2014 Une espèce chimique déterminée peut, en général, prendre plusieurs
états magnétiques distincts caractérisés chacun par une valeur du moment de l’ion
magnétique et une valeur correspondante de la constante 03B8 de la loi de Weiss (point de Curie).
Droites coudées.
-Le changement d’état est dû à l’action de la température. La
courbe expérimentale qui représente l’inverse du coefficient d’aimantation en fonction de la température se compose de segments de droite raccordés à angle vif. A chacun des
segments correspond une valeur du moment et une valeur de 03B8.
Le coefficient d’aimantation varie de façon continue au passage d’un état à l’autre;
la variation du moment est au contraire discontinue; elle se produit en même temps
dans tous les atomes de la substance; elle atteint en général un petit nombre de magné- tons de Weiss, rarement cinq (1 magnéton de Bohr).
Ces variations sont réversibles; suivant les substances, le moment augmente ou diminue à température croissante.
Toute variation du moment entraine une variation de 03B8; par contre 03B8 peut varier notablement sans que le moment change (déplacement parallèle des droites).
Exemples de substances donnant des droites coudées ; fer, néodyme, platine; ferrite de magnésie ; ferricyanure de potassium; chlorure de nickel et sulfate de nickel à 7H2O ; solutions aqueuses de sulfate ferreux ammoniacal et de chlorure cuivrique; oxygène gazeux fortement comprimé. Les observations relatives à ces diverses substances sont dues à de nombreux auteurs.
Variétés magnétiques.
-Différents échantillons d’une substance déterminée peuvent
avoir des moments différents dans un même intervalle de température; ils constituent des variétés magnétiques différentes.
Premier cas.
2014Les variations du moment sont provoquées par des circonstances
connues : structure cristalline ; nature du solvant, etc. Il s’agit alors d’espèces réellement
distinctes.
Deuxième cas.
2014La cause des changements de propriétés magnétiques reste totale- ment inconnue ; en particulier, les conditions de milieu et de structure paraissent iden- tiques. Il arrive qu’un même échantillon prenne successivement plusieurs états magné- tiques sans que la cause du changement soit connue. Ces diverses variétés paraissent comparables aux différents états spectraux d’un élément. Dans la plupart des cas, la loi de Weiss se vérifie avec rigueur dans des intervalles étendus de température. Cela exclut les mélanges de variétés magnétiques à points de Curie différents. L’uniformisation de l’état magnétique de tous les atomes contenus dans un échantillon paraît donc être la
règle, comme dans le cas des droites coudées.
L’étude expérimentale des substances paramagnétiques a révélé depuis longtemps
l’existence de deux phénomènes importants par leur généralité et remarquables par l’allure
qu’ils présentent. Ils ont encore peu attiré l’attention des physiciens et sont restés jusqu’ici
en dehors de toute théorie.
Ces phénomènes sont : 1° les changements brusques de direction qui se manifestent souvent sur la droite de Weiss représentant l’inverse du coefficient d’aimantation d’une substance en fonction de la température (droites coudées). Ces changements de direction
mettent en évidence des variations discontinues et simultanées du moment atomique et
du point de Curie. C’est au moins l’interprétation à laquelle conduisent les théories actuelles du magnétisme; 2° l’existence de variétés magnétiques multiples caractérisées chacune par une valeur du moment atomique et du point de Curie et apparaissant tour à
tour sous l’influence de circonstances encore presque toutes inconnues et difficiles à élucider.
0Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01931002011035300
Ces deux phénomènes qui ont entre eux une parenté évidente font apparaître une
liaison étroite entre le moment atomique et le point de Curie.
Le mécanisme de cette liaison est tout à fait inconnu.
Je me propose de rassembler ci-dessous les données les mieux établies relatives à ces
deux phénomènes et d’exposer leurs caractères si particuliers.
~
A. Droites coudées.
Les coefficients d’aimantation ~y, mesurés à diverses températures, sur un même échan-
tillon, suivent la loi de (t
-b)
=C.
Leurs inverses sont représentés en fonction de la température par une portion de
droite dont le prolongement coupe l’axe des températures au point de Curie 9 et dont la
pente est égale à l’inverse de In constante de Curie C. Le moment atomique T a été calculé
à partir de cette constante au moyen de la relation de Langevin (1)..
~ == 3 ~ C. ~
0Il arrive que la région rectiligne s’étende à un grand intervalle de température, limité
par l’anomalie cryomagnétique d’une part, la destruction de la substance par la chaleur,
d’autre part. Il en est ainsi, par exemple, pour Fe2 (SO~1)1, )In CI~ anhydres, etc., qui
donnent de bonnes droites entre
-150, et + U~0°, pour les oxydes rares étudiés par
Williams, etc.
Mais il arrive aussi que la droite présente un coude : au-dessous d’une température t,
et jusqu’à cette température on observe une droite bien déterminée à laquelle correspondent
une constante de Curie Ci et un point el. Au-dessus de 1, les points cessent brusquement de s’aligner avec les précédents ; ils se placent, suivant les cas, au-dessus ou au-dessous de la droite. Très souvent, dès la température t, et au dessus, ils définissent avec précision une
deuxième droite caractérisée par les constantes C2 et 02.
Dans certains cas, il existe entre les deux droites, au voisinage de t, une région de
,transition plus ou moins étendue ; les deux droites sont alors raccordées par une courbe.
Dans les deux cas, la variation du d’aimantation reste continue.
Les premières droites coudées ont été observées par Weiss et Foëx (-) en 19i’f avec la magnétite et le fer à des températures supérieures à leurs’ points de Curie.
La découverte du magnéton, survenue un peu plus tard, a permis de mieux comprendre
le phénomène en montrant que les moments atomiques ne prennent qu’une suite discon- tinue de valeurs : à chaque droite en correspond une.
L’existence du coude montre que le moment change de façon discontinue. Sa variation, généralement, est égale à.. un nOlllbre entier et petit de magnétons. Il reste encore à expli-
quer pourquoi le changement se produit efi dans tous les atomes de la substance.
Métaux. - Fer. - La
figure 1 reproduit les résnltats obtenus par différents auteurs.
Au ûegré de précision des expériences, les points se placent sur deux droites de pentes différentes (3) .
Pour chaque segment, les droites des différents observateurs sont parallèles, niais
elles sont décalées les unes par rapport aux autres. Cela montre que, dans chaque état,
caractérisé par unie droite, le moment est bien défini, tandis que le point de Curie et la température cte transition t, dépendent de circonstances accessoires. Chez Preuss la
première droite n’existe pas; chez Welss et foîix diine part et Terry d’autre part, il y a
décalage pour la première droite, coïncidence pour la seconde.
(i) Voir pour la justification mode de calcul P. et C, 1?. , 187(~2~, Rapp. Coiriseil de Phys. Solvay (1930)...
( -) .1. de Phys., 5° s., Z (19 il), p. 274 et ~44.
La figure 1 est empruntée à FoEx, de Phys. 9° s., 16 (1921), p. 174.
Ces caractères’ se retrouvent dans beaucoup d’autres coudes.
Pour le fer, les constantes de Curie correspondant aux deux régions rectilignes sont
déterminés avec peu de précision par suite de la faible étendue de ces régions ; chez Weiss
-et Foëx, elles sont voisines de 0,0395 et de 0,0273 qui correspondent aux moments 21 et
A7,5 magnétons.
Fig.1.
Depuis lors j’ai fait; quelques mesures très précises sur le fér au-dessus du point de
Elles n’ont pas confirmé te caractère rectiligne des graphiques en - et ont donné une
_
X
courbe continue. Mais ces expériences ont été faites dans des champs intenses et plus récem-
,ment encore on a aperçu que les phénomènes paramagnétiques peuvent changer d’allure
avec la grandeur du champ (’).
Praséodyme. - Owen (2) a étudié divers métaux rares préparés par Freund. Leur
pureté n’est pas certaine, ils se comportent cependant comme des substances de propriétés magnétiques parfaitement définis et non comme des mélanges. Pour l’erbium en particulier
les points expérimentaux, à l’exception de celui qui correspond à la température la plus élevée, se placent bien sur une droite donnant 8
~ -22° et 19 magnétons environ.
La figure 2 représente les résultats obtenus pour le praséodyme. Les points se trouvent
,sur deux droites qui se raccordent par un coude à 200°C. L’écart du premier point avec la
,droite est dû sans doute à une anomalie cryomagnétique.
Les deux régions rectilignes donnent respectivement
La première valeur de 8 est positive ; il se peut que, au-dessous de 42° Ii, le coefficient {l) G. FOFX et P. COLLET, J. de Phys. 7e"B., 2 (f93i), 290, NÉEl., Thèse (inédit.
(2) 37 (1912), p. 657.
d’aimantation cesse d’être indépendant du champ et manifeste des phénomènes de satu-
ration. -
’
Fig. 2.
Néodyme. - Ce métal donne une première droite bien caractérisée par quatre points (fig. 3) avec 6 voisin de zéro et ~6,9 magnétons. Les deux points suivants ir:diquent un chan- gement brusque de direction vers 500° K. Si l’on admet qu’ils définissent une deuxième
droite, celle-ci correspond à un moment égal à 22 magnétons. Le nombre des mesures est
insuffisant pour permettre d’affirmer que cette deuxième région est bien rectiligne. Un
troisième point se place nettement en dehors et rend probable un deuxième changement des
direction.
Le cas du néodyme est remarquable par la grandeur de la discontinuité du moment, égale à 5 magnétons de Weiss ou peut-être un magnéton de Bohr.
Platine.
-Il résulte des mesures de Kopp (1) que le platine possède 8 magnétons au-
dessous de 450°C et 9 au-dessus de 500°. Entre ces deux températures paraît s’étendre une région de transition à courbure continue.
Aux basses températures des mesures très précises (1) faites spécialement en vue de
l’étude des variétés magnétiques, ont démontré de manière indéniable l’existence de nom-
breux coudes. Par exemple un échantillon de platine pur, a donné, dans un champ de
6 000 gauss, 13,0 magnétons de
-9.80° à -1l0° ; 10,5 de
-L~0° à
-10o et 8,5 de
-30°
à -~- 100- (fig.4).
On remarquera sur la figure 4, vers
-101, le point qui s’est placé au-delà du coude sur
le prolongement de la deuxième droite. Ce fait est assez fréquent et montre par l’existence métastable de l’un des états dans le domaine de l’autre que le coude correspond bien à un changement d’état.
(1) Thèse Zurich (1919).
C (2) Paule COLLET et G. FoEx. C. R., i92 (f931), p. 930.
Fig. 3.
Fig.4.
Composés du fer.
-Ferrite de magnésie. - Ce cas est remarquable par la préci-
sion des expériences dues à y!lle Serres (~) et la netteté des coudes. Après correction du
paramagnétisme constant de Fe’O3 les points se placent snr deux droites, ou sur trois
droites (autre échantillon). Les constantes magnétiques possèdent les valeurs suivantes : -.
Fig.5.
Pour le deuxième échantillon le point à 460° se place comme pour le platine, sur le prolongement de la première droite au-delà du coude (fig. 5).
D’autres iertf’¡itA3’s, ceux de cuivre, de zinc, etc, donnent aussi deux droites.
_ ,
(1) Thèse, Strasbourg (1931).
Alun ammoniaco-ferrique.- L’échantillon étudié par Kamerlingh Onn e s et Oosterhuis(1),
suit la loi de Curie entre 14° et 290° Ii avec unmoment égal à~9 magnétons. Un autre échan- tillon étudié par Ishiwara (2) donne 30 magnétons avec 0 = 0entre I(1(i° et 255° K. Au-dessus de cette température la substance paraît prendre un nouvel état caractérisé par 8
=47~
avec 27 magnétons (tableau I) :
TABLEAU 1.
Fe K + 2,2 ÏTO. 2013 Ce composé de fer et pyrocatéchine, étudié par Welo (3),
donne 26,5 magnétons au-dessous de 330° K et ~3°~ au-dessus. Les deux points de Curie correspondants sont
-3° et + 69°. Les mesures qui ont fourni ces résultats ne sont pas d’une haute précision; elles méritent cependant une certaine confiance parce qu’elles ont
conduit pour beaucoup d’autres compos és du fer et du chrome à des résultats déjà bien
établis par d’autres auteurs.
Ferricyanure de potassium. - Les expériences de Ishiwara donnent avec une préci-
sion médiocre 13 magnétons et e
= -49° entre 125° et 290°K. Collet et Birch (’) ont
retrouvé le même moment avec 0 ~. - 63" entre 200, et 284°K. Au-dessus de cette tempé-
rature les points se placent sur une autre droite à i2 magnétons et 0
‘ -13°.
Le sommet du coude est .au voisinage de 240°.
_Deux des points se trouvent sur le prolongement de la première droite au delà du
coude. C’est une nouvelle démonstration du fait que chacun des deux états peut persister
entre certaines limites de température dans le domaine de l’autre.
Des mesures plus récentes de Collet et Foëx ont entièrement confirmé ces
résultats.
Les expériences de Welo sur le ferricyanure donnent aussi deux droites avec un
coude; mais les moments sont différents : 12 magnétons et 0 .’ - 6° entre 200° et ~4~°;
il magnétons et 6
=-{- 37° entre 345, et 4401.
(i) Conun. Phys. Leiden ~1914), 139.
(2) Sc. Rep. Tohoku Univ. (1914), 3, p. 303.
(3) Phil. JIag., 6 (1928), p. 48L
,.
(4) C. R., 187 (1925), p. 35.
(1)L’échantillon étudié par Welo constitue donc une variété magnétique nouvelle.
Fig. 6.
Sels de nickel.
-Chlorure anhydre. 2013Mesures de Théodoridès (’).
Sulfate à 7 H~O. - Jackson (2) a étudié trois sulfates de nickel avec les mêmes appareils
et dans les mêmes conditions : 1° le sulfate anhydre pour lequel il a obtenu i7 magnétons,
comme Ishiwara; ~’ le sulfate ammoniacal à 6Hs0 qui suit à peu de chose près la loi de Curie et donne le moment ordinaire des sels de nickel, 16 magnétons; 3° le sulfate à
qui se comporte de façon tout à fait anormale.
L’accord des résultats de Jackson avec ceux des autres physiciens pour les deux (1) 1. de Phys., 3 (1922), p. 1.
(~) Phil. Trans. Roy. Soc., London, 224 (1923), p. 1..
premiers composés montre que l’anomalie observée pour le dernier n’est due ni au procédés d’observation ni aux appareils. De plus, en ce qui concerne le sulfate à 7 H20, quatre séries d’expériences distinctes ont été faites par deux méthodes différentes et toutes ont donné le même résultat. L’une des séries se rapportait au sel pulvérisé, les trois autres à un cristal
unique orienté par rapport au champ. La concordance des résultats fournit la preuve de la ,
réalité des phénomènes observés.
’
La figure 7 reproduit les résultats obtenus avec le sel pulvérisé. Les deux points rela-
tifs aux températures les plus élevées définis sent un état dans lequel le moment atomique
serait voisin de 14,B magnétons avec 0 = + b0°.
_
Fig. 7.
Les cinq points relevés aux très basses températures se placent bien sur une droite, à l’exception du point à 20°,33 qui se trouve au-dessus avec un écart de 5 pour 100 dans le-
cas de la poudre, ou 11 en température, et de 2 à 3 pour 100 dans le cas du cristal orienté (1).
*Cette droite définit un nouvel état magnétique avec 19,5 magnétons et 9
= -9°K environ.
Il y aurait donc une variation du moment égale à cinq magnétons de Weiss ou un magnéton-
de Bohr.
Jackson a attribué les particularités observées dans son sulfate de nickel à une anomalie-
cryomagnétique. Cette explication me paraît inexacte pour les raisons suivantes : 1° Les cinq points relatifs aux températures les plus basses sont en ligne droite.
~ CI) La figure 8 représente seulement la région de la première droite pour les 3 séries sur le cristal
orienté.
2° La substance est pratiquement isotrope
ce qui rend peu vraisemblable une anomalie aussi marquée. On ne connaît en effet, aucune
substance isotrope présentant une anomalie cryomagnétique notable.
Fig. 8.
,3~ Une anomalie ne produit généralement pas de fortes déviations dans le même sens
pour les trois directions principales. Or c’est le cas ici.
Il est hors de doute que le sulfate à 7H2O de Jackson se trouvait dans un état magné- tique exceptionnel. Les mesures de Hof, citées par Jackson, donnent en effet une droite unique de la température ordinaire à 1~°,8 ~ avec 16 magnétons environ et 8
= -1°,2.
-
Solutions aqueuses. - Les droites coudées ne se présentent pas seulement dans les
solides, mais aussi dans les solutions et probablement dans les gaz. (voirr ci-après, le cas de
l’oxygène). Il ne s’agit donc pas là, d’une propriété particulière des solides.
Solution de sulfate ferreux ammoniacal contenant 0 gr, 039 de rer par gramme de solution (J).
-Au-dessous de 350oTB: :
Au-dessus de 3500, même série de mesures.
Les deux constantes de Curie, 0,0636 et 0,0736 donnent 26,5 et 28,5 magnétons.
Deux autres solutions du même sel ont donné des coudes.
Chlorure cuivrique en solution aqueuse à 8,42 pour 100.
-Mesures de Birch 1’) :
de 0 à 40° 9 magnétons avec 6 = + 10°
40 à 850 10 magnétons avec
-650
Par suite de la faible~ longueur des portions de droites les valeurs numériques des
’moments ne sont pas très sûres.
Oxygène gazeux comprimé. - Tant que la pression n’est pas trop élevée, l’oxygène
gazeux suit la loi de Curie, et d’après les mesures précises de Weiss, Piccard et Baguer (3), possède dix magnétons par atome.
L’oxygène liquide, soit pur, soit dilué dans de l’azote liquide, étudié dans des condi- tions telles que sa densité soit ramenée à la même valeur à toutes les températures, suit la
loi de Weiss avec un 6 proportionnel à la densité (~). Le moment atomique est le même que pour l’oxygène gazeux.
Kamerlingh Onnes et Oosterhuis ont montré que l’oxygène gazeux fortement
comprimé (densité égale à 0,15) suit. entre
-130, et la température ordinaire, la loi de
Weiss avec une valeur de 6 voisine de celle que donnent les observations de Perrier et
Kamerlingh Onnes pour la même densité, 9
= -504. Le moment est encore à 1 pour 100
près le même que dans les expériences précédentes.
La question a été reprise récemment par Woltjer, Coppoolse et Wiersma (1) qui ont
.étudié l’oxygène gazeux entre 1550 et 290, K. Cinq séries d’expériences ont été faites sur le
gaz aux densités 0,1~~; 0,320: 0,428 et 0,~’~3.
Pour chaque densité 7 est mesurà en fonction d’une constante de l’appareil; on extra- pole la valeur de ~r, trouvée à la température ordinaire jusqu’à la densité nulle et l’on com-
pare la limite ainsi obtenue pour Z avec celle de Weiss, Piccard et Bauer. On détermine
ainsi la constante instrumentale.
La conclusion des auteurs est t que la loi due s’applique, dans la limite de précision
des mesures ( ~/2 pour 100), entre ~90° et 175° avec une constante de Curie fonction de la
densité, mais qurau-dessous de cette température des écarts très marqués apparaissent.
La figure 9 représente les résultats. A la précision des expériences les points se pla-
cent pour chaque densité sur deux portions de droites. Il lne parait donc très probable que les écarts constatés à la loi de Weiss sont dus à l’existence d’un coude. Les droites rela-
(1) G. FoEx. Aitn. de Phys., De sO’, 16 (1921), p.
’
(~) J‘. de Phys-., 6~ s., 9 (192~), [y. 137.
’
(3) ~.~., 177 (29~~), p. 484.
(4) PERRIER et KAMERLINGH 0;;Es. Comm. Phys. Lab. Leiden (1914), p. 3 î, n- 139.
(5) Comm. Phys. Lab. (1913)~ ThO ta4 d.
Phys. Lab. Leiden, (1929), n- 20f d.
tives aux diverses concentrations sont sensiblement parallèles entre-elles ; la constante de Curie me parait donc indépendante de la densité comme dans les expériences de Perrier- et Kamerlingh Onnes.
Fig. 9.
Les mesures ne permettent pas de calculer exactement cette constante; le coude se déplace en effet vers les températures élevées, lorsque la densité diminue. Aux très faibles densités la première droite, celle qui correspond aux températures les plus basses, se pro
longerait vraisemblablement jusqu’à la température ordinaire et c’est sans doute à elle que se rapporte le nombre de Weiss, Piccard et Bauer. Aux fortes densités, à température ordinaire, l’oxygène étudié par Woltjer, Coppoolse et Wiersma se trouvait dans un autre- état magnétique et l’extrapolation vers la valeur de Weiss, Piccard et Bauer ne paraît pas
légitime.
Mais si l’on admet que la première portion de droite correspond à 10 magnétons, OH1
trouve 9,5 pour la deuxième comme si dans l’un des deux atomes composant la molécule,
le moment avait passé de 10 à 9 magnétons.
Les constantes 0 relatives à la première droite peuvent être déterminées à 1 ou 2 degré près par extrapolation. On trouve ainsi
"
A part la valeur 19° qui correspond au gaz de densité 0,428 ces nombres se placent
bien sur la droite qui représente les observations de Perrier et Kamerlingh Onnes (fig. 10).
L’hypothèse de l’existence d’un coude rétablit donc bien l’accord entre les divers résultats
Fig. 10..
obtenus. Il parait cependant subsister une divergence avec les expériences de Kamerlingh
Onnes et Oosterhuis relatives à l’oxygène gazeux de densité 0,15. Ces mesures montrent
en effet que la loi de Weiss s’applique dans tout l’intervalle de température, sans coude.
Cette divergence tient probablement à un déplacement du coude jusque au-dessus de la
température ordinaire dans cette dernière série d’observations. Des décalages de ce genre sont très fréquen tR.
Dans les mélanges d’azote et d’oxygène de Perrier et Kamerlingh Onnes, étudiés entre 64~ et 800K, la température du coude n’a pas été atteinte. Elle est en effet encore voisine de 190?K dans l’oxygène gazeux à la densité la plus forte (0,43) ; elle baisse lentement
lorsque la densité augmente.
En résumé, admettre l’existence d’un coude permet d’interpréter de façon simple les particularités observées dans l’oxygène par Woltjer, Coppoolse et Wiersma; on les rattache
en effet à des phénomènes bien connus et assez fréquents, et les contradictions de ces
résultats avec les expériences antérieures disparaissent.
Action du champ magnétique. - C’est seulement dans le cas du platine que l’on a cherché si les variations discontinues du moment sont influencées par le champ magné- tique agissant sur la substance au cours des mesures.
L’expérience C) a montré qu’il en est bien ainsi : lorsque l’intensité du champ augmente le nombre des droites diminue et le moment varie dans des limites plus res-
treintes.
~1~ PAULE COLLET et G. FoEx, C. R., 192 (193i , p. 1213.
-Ainsi un échantillou de platine a donne les résultai suivants :
Chacun des nombres de magnétons correspond à une portion de droite.
Les changements de moment dus au champ sont réversibles, tout au moins tant que l’intensité ne dépasse pas 14 000 gauss. Ils se rapprochent par là des changements dus à la température seule.
Un autre échantillon de platine possédant 8 magnétons depuis 1800 jusque £?10° C.
conserve le même moment dans des limites étendues de champ.
Il résulte de l’ensemble des mesures que lorsque le champ devient de plus en plus intense, le moment de n’importe quel échantillon paraît tendre vers cette valeur limite
égale à 8 magnétons.
Il est désirable que l’action du champ sur l’état magnétique soit étudiée avec d’autres échantillons, de platine et surtout avec d’autres substances. Cela permettrait de voir si cette action existe de façon générale et si son sens est toujours le même. Il ne paraît pas irnpos- possible que certaines divergences assez notables entre les résultats trouvés par différents auteurs lui soient dues : par exemple la différence déjà signalée des états magnétiques ren-
contrés chez le ferricyanure de potassium par Paule Collet et Birch d’une part (13 et
12 magnétons) et Welo d’autre part (12 et 11).
Caractères des variations du moment dues aux variations de la tempéra-
ture. - I. La variation est en général réversible.
II. Le changement se produit sans entraîner la moindre discontinuité du coefficient d’aimantation. Ce caractère paraît important au point de vue de l’interprétation des phénomènes.
Les changements de structure, comme la transformation fer, provoquent au contraire une variation discontinue du coefficient d’aimantation.
III. Cette absence de discontinuité entraîne nécessairement un,e variation de b corréla- tive à celle du moment.
C’est là une évidence géométrique qui se dégage de l’examen d’une droite coudée, par
exemple celle de la figure o.
Cette propriété est importante parce qu’elle met en évidence une liaison entre le méca- nisme producteur du moment et celui qui règle les valeurs de 6.
-Cette liaison ne fonctionne d’ailleurs que dans un sens puisque 0 peut varier dans de larges limites sans que le moment change (voir p. 354). Par exemple pour V20’2CII +
b peut passer de
--~9° à
-450, le moment restant égal à 8 magnétons (1).
On observe parfois que la température à laquelle se produit le passage de la première
droite à la deuxième, varie d’une expérience à l’autre, les constantes de Curie restant inal- térées. Il se produit alors un décalage parallèle de l’une des droites, parfois des deux ; ceci
révèle l’un des aspects des variations de 0 qui consiste, en un simple déplacement du point
d’intersection des deux droites de pentes déterminées. Ces décalages éveillent l’idée d’un facteur accidentel qui amorce la modification du moment lorsque la température varie.
Cette modification, déclenchée presque de manière fortuite s’étend très vite à toute la
(1) PERRAKIs. J. de l’trys., 6e S., 8 (lH2i). p. -Í ï3,
substance, mais la température du début est loin d’avoir la fixité d’un point de traiisfor- mation.
V. Pour plusieurs des substances énumérées plus haut, les points expérimentaux se placent exactement sur les droites jusqu’à leur intersection ; il ~- a même parfois un point
au-delà du coude, sur le prolongement de l’une des droites, ce qui paraît correspondre à un
état de faux équilibre.
Ces caractères montrent que la variation du moments est discontinue et se produit en
même temps dans tout l’échantillon. Ceci luet en évidence une remarquable tendance à
l’uniformisation de l’état magnétique dans toute de la substance. La matière, étudiée
se trouve souvent sous forme de poudre plus ou moins fine et cependant, malgré les petites
différences de température inévitables, tous les grains de la poudre se transforinent en
même temps, ou restent en même temps en état de faux équilibre.
VI. La variation du moment ne se produit pas toujours dans le même sens à tempéra-
ture croissante. Pour certaines substances il y a augmentation du moment; parmi les para-
magnétiques cités plus haut c’est le cas pour le praséodyme (passage de 13 à 15), le néodyme (17 à 22), le platine aux températures élevées (8 à 9), le ferrite de magnésie, le
chlorure de nickel (16 à 17), une solution de sulfate ferreux ammoniacal (?fi,5 à 28,3), une
solution de chlorure cuivrique (9 à 10). Il y a au contraire diminution du moment, à tem- pérature croissante, pour le fer (21 à I’l,5), le platine aux basses températures, l’alun ammoniaco-ferrique (l10 à 27), le complexe de fer et pyrocatéchine étudié par Welo
(26,5 à 23,5), le ferricyanure de potassium (13 à 12), l’oxygène (10 à 9,5).
Conclusions. - En résumé presque tous les paramagnétiques suivent la loi de Weiss, varie linéairement en fonction de t. Cette loi s’applique souvent dans des intervalles de température très étendus, ce qui permet d’affirmer sa grande rigueur ; elle souffre très
peu d’exceptions.
Dans beaucoup de cas l’expérience fournit des droites coudées raccordées soit à angle vif, soit par un petit arc de courbe; on ne peut invoquer, pour interpréter l’ensemble des deux droites, une courbe continue à faible courbure puisque justementle caractèreessentiel
~t fondamental de la variation de est d’être rectiligne.
La position du coude, pour deux droites de pentes données, a d’ailleurs quelque chose
de fortuit et ce caractère accidentel élimine précisément de manière certaine la possibilité
de remplacer l’ensemble des deux droites par une courbe unique.
,Enfin la substitution parfois observée d’une droite unique à l’ensemble de deux autres, l’échantillon restant le même, (sulfate de nickel à 7H20, p. 360) en accentuant encore le caractère discontinu et accidentel des phénomènes, fournit un nouvel argument dans le
même sens.
B. Variétés magnétiques.
Les changements du moment atomique examinées jusqu’ici peuvent être attribués à des variations de la température : le coude sépare deux domaines dans lesquels l’état magné- tique est différent. Mais il n’en est pas toujours ainsi.
Très souvent on observe, pour un élément ou un ion déterminé, plusieurs valeurs dis- tinctes du moment à l’intérieur d’un même domaine de températures. On trouve ces diverses
.
valeurs en utilisant des échantillons de provenances différentes ou un même échantillon
ayant subi des traitement-s différents.
Dans la plupart des cas le moment est le même dans toute l’étendue de l’échantillon : il n’y pas mélange d’atomes se trouvant dans des états différents.
Chaque état magnétique, caractérisé par une valeur du moment et de la constante 6,
~~e maintient de façon durable à une température déterminée, la température ordinaire par
exemple. Dans bien des cas on ne sait pas faire passer la substance de l’un des états à. l’autre.
Nous dirons que ces échantillons, de propriétés différentes, constituent des variétés inagné-
tiques distinctes.
Elles correspondent vraisemblablement à des répartitions ou à des quantifications
différentes des électrons dans les couches extérieures. Peut-être faut-il voir là une certaine
analogie avec les états spectraux d’un atome.
Ion ferreux.
-Les solutions aqueuses de sulfate ferreux ammoniacal ont fourni le
premier exemple bien établi de variétés magnétiques distinctes (1). Préparées à l’abri de
l’air et enfermées pour les mesures dans des récipients en verre scellés, ces solutions conte-
naient des corps étrangers en quantités minimes, ajoutés dans le but de rechercher leur action. Les mesures, toujours faites dans les mêmes conditions de champ et de température,
yont donné les résultats suivants :
Dans ces solutions l’ion Fe" peut donc exister :
, ’Avec 26 magnétons et un 6 positif;
Avec 26,5’et un 0 voisin de zéro ;
Avec des moments plus élevés et un 6 négatif, croissant en valeur absolue avec le moment.
Les mesures, interrompues en 1914, n’ont pas permis de reconnaitre si les variations du moment sont bien dues à l’adjonction des impuretés ; l’exemple des solutions 2 et 3
qui, sans matière étrangère, sont dans des états différents semble prouver le contraire.
Pour le même sel (sulfate ferreux ammoniacal), cristallisé avec 6 molécules d’eau,
deux variétés magnétiques ont été signalées (2). L’une possède 26 magnétons (3) avec 6= 22°
et une anomalie cryomagnétique marquée, l’autre 27,5 magnétons, 8 = - 31 et pas d’anolnalie (~).
Il est remarquable que ce sel, qui possède une composition chimique et une forme
cristalline parfaitement définies (sel de Mohr), présente deux variétés distinctes. Les raisons qui favorisent la stabilité de l’une ou de l’autre n’ont pas été élucidées.
Ion nickeleux. - Des mesures à diverses températures ont été effectuées sur plusieurs
solutions de chlorure et d’azotate de nickel.
Les unes ont donné 16 magnétons avec 6 === 0 quelle que soit la concentration (j) ; les
autres 17 magnétons et 8 = - 20~ environ (6). La raison de l’apparition de l’un ou l’autre
(1) Anii. de Phys., 9a s., 16, 1921, p. u. Les mesures datent de 199~.
(’-’) G. FOEX. Soc. Franc. de Phys., Résumés des comrnunications (1923), p. 243 S.
(3~ Mesures de G. FOEX, loc. cit.
(4) Observations dues à Kamerlingh Onnes et Oosterhuis et à Jackson. Voir JACKSON, loc. cit..
(5) P. WEISS et Mlle BRUINS. K. Akad. Wet., Amsterdam, 24 (1915), p. 310 ; CABRERA et DUPÉRIER. J. de l’hys.. VI, 6 (i J25 ~, p. 121 ; G. loc. cit.
«;) G. FOEX et B. KESSLBR, C. 192 (1931), p. 1638.
moment n’a pas encore été entièrement éclaircie. On sait seulement que les solutions du chlorure à 17 magnétons, chauffées au-dessus de 100° évoluent et tendent progressivement
vers l’état à 16, qu’elles atteignent au bout d’un temps suffisant.
Beaucoup d’autres solutions de sels de nickel ont été étudiées à la température ordi-
naire seulement. En admettant qu’elles suivent la loi de Curie on trouve pour le moment
ionique 16 magnétons à toutes les concentrations.
Dans les sels cristallisés l’état du nickel est souvent le même qu’en solution. Le sulfate ammoniacal (1), le sulfate à 7 molécules d’eau (2) suivent à peu de chose près la loi de Curie
avec 16 magnétons. Le chlorure anhydre, aux températures peu élevées, aussi bien dans les mesures de Théodoridès que dans celles de Honda et Ishi,vara, s’est présenté avec
16 magnétons.
Ce moment, égal à 16, est donc celui que l’oiirencontre le plus souvent chez l’ion Ni".
Mais on connaît deux autres variétés : Il le sulfate anhydre possède lî magnétons, d’après
Jackson et Ishiwara. Le chlorure anhydre peut présenter un coude et prendre i7 magnétons
au-dessus de 150, (3).
Le sulfate à 7H20 étudié par Jackson se trouvait dans un état magnétique très particu- lier, tout différent de l’état habituel à 16 magnétons et à champ moléculaire nul. Cet état a
été décrit à la p. 360; les résultats expérimentaux qui le concernent sont représentés par les
,figures 7 (sel pulvérisé) et 8 (cristal orienté). Le moment était égal à 14,5 magnétons au-
dessus du coude avec un 0 positif voisin de 60° ; à 19,5 magnétons au-dessous.
Plusieurs séries de mesures effectuées sur des sulfates de nickel à 7H’O de provenances différentes ou ayant subi des traitements différents m’ont toujours mis en présence de l’état
à 16 avec un 0 faible. L’échantillon même qui avait servi à Jackson, et se trouvait alors dans l’état anormal, m’a donné, comme les autres, i6 magnétons entre la température ordinaire
et l’air l’iquide.
La variété magnétique exceptionnelle observée par Jackson n’était évidemment pas due a des impuretés puisque le même échantillon est revenu spontanément à l’état
normal.
On ne sait pas actuellement à quelles circonstances (basses températures, champ magnétique intense, etc.) attribuer son apparition.
Ion cobalteux. - On a signalé, déjà en i9ii, deux valeurs du coefficient d’aimanta- tion du sulfate de cobalt à 7H20, trop différentes pour que leur écart put être attribué à des
erreurs d’expérience.
Cet écart était resté inexpliqué.
Plus récemment des mesures faites par Trümpler (6), à la température ordinaire seule- ment, sur des solutions aqueuses de différents sels cobalteux, ont fait connaître deux états
magnétiques nettement distincts de l’ion Co".
Les moments indiqués ci-dessous ont été calculés en admettant la loi de Curie. Dans l’une des séries de Trümpler et dans les mesures de Cabrera (1) l’ion Co" S’est présenté avec un
moment variable en fonction de la concentration, entre 24 et 25 magnétons, comme le montre
la figure 1.
D’autre part, Trümpler dans sa deuxième série de mesures et Ml1p. Brant (g) on
(1) JACKSON, loc. cit..
(2) Kamerlingh Onnes et Hof, cités par Jackson, loc. cit.
(3) Théodoridès, loc. cit.
(4) Ann. Chim. Phys., 8e s., 7 (1906).
(5) J. Phys., 5e s., 1 (19.li), p. 27~ et 744.
(6) Thèse, Zurich (1911).
(7) Cabrera, Jimeno et Marquina. Anales Soc. Espan. de Fis. y Quim. B. 14 (1916), p. 357.
(8) Phys. Rev., i7 (49i4), p. 678.
trouvé un moment rigoureusement indépendant de la concentration et égal à 24,5.
Chàtillon a obtenu à nouveau, avec le sulfate, le moment variable et le moment constant
mais sans pouvoir passer à volonté de l’un à l’autre.
Fig. 11.
Ces résultats sont particulièrement significatifs à cause de l’appui mutuel que se prêtent
les observations concordantes des différents auteurs. Ils mettent bien en lumière l’un de
aspects actuels de ces phénomènes : on constate l’apparition de telle ou telle variété magné- tique, nettement caractérisée, mais on ne peut en général pas la faire apparaître ou dispa-
raître à volonté.
Pour quelques solutions aqueuses de sels de cobalt on a obtenu des données plus com- plètes en mesurant le coefficient d’aimantation à diverses températures.
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