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ACTIONS DE LA LUMIÈRE SUR LES SUSPENSIONS ll
milieux troubles dont les sphérules sont plus grands que la A
" 2 4 Il USA longueur d'onde de la lumière incidente,ona-——e ?} \ û
dans laquelle —— représentelerapportdel'intensité delumière
transmise à l'intensité de lumière incidente, À une fonction dela concentration et du diamètre, .la longueur d'onde de la radialionincidente. L'exposant de}, n,caractériseles propriétés dispersives du milieu; quand x est => o le milieu absorbe surtout les radiations de petites longueurs d'onde : il parait rouge par transparence ; quand n = 0, il absorbe également toutes les radiations ; dans ce cas, il paraît blanc par transparence quand il est éclairé par un faisceau de lumière blanche ; au contraire quand n est o ce sont surtout les radiations de grandes longueurs d'onde qui sont absorbées, par transparence le milieu paraît bleu. Pour les milieux à très petites particules x peut être voisin de + 4 (bleu du ciel) pour les milieux à grosses particules n peut être voisin de — 2 (1).
A 30" Temps
. La variation relative de x pendant l’évolution de la suspension est donc considérable et toute modification
() C. Cnevenrau et R. Auouserr. C. R., t. CLXVHI, p. 766,
10 R. AUDUBERT
dans le processus d'évolution pourra être mise en évidence par la détermination de la variation de x. L’allure de la courbe n — f (t) est indiquée fig. 2.
On voit que n décroit jusqu’à un certain minimum puis tend vers 1. Le minimum se produit en général au moment où la sédimentation s’amorce.
Il n’est donc pas intéressant de considérer la partie de la courbe qui se trouve après le minimum. Si l’on envisage seulement la partie descendante, on voit immédiatement que l'on peut obtenir la forme de la fonction n — f ({). En effet, appelant n, la valeur initiale de n, en portant en ordonnées les logarithmes de la différence (n,-n) et en abscisses les logarithmes du temps, on a par expérience une droite.
log (n,—n) = Cte + log (f), on a donc :
n—n=KX 1P ; comme on le verra plus loin, @ est un coefficient indépendant des conditions de préparation, tandis que K, au contraire, varie avec ces dernières.
Les déterminations de (n,— n)se réduisent done à une formule simple et la comparaison des différents résultats en est facilitée.
Dispositif pour la détermination de n. — Les coefficients
de transmission ya ont été déterminées au moyen du spec-
trophotomètre de Féry (Journal de physique, 1910). La con-
ë I, E naissance de —— et 7. Pour deux longueurs d'onde X et X, 0 Q
permet d'atteindre la valeur de n ; en appliquant la formule de lord Rayleigh généralisée on a en effet :
I 5 log | — log | log | - log le | - log }o + log }:
, . . Il La [2 Là Les déterminations de ___ ont été effectuées au moyen du 0 “
spectrophotomètre avec une précision qui est environ 4 0/0 pour À, = 0,644 y et À, = 0,498 u.
9. Dispositif d'exposition des suspensions. — Dans les premières expériences, le liquide était exposé à l'action de la lumière blanche filtrée par des associations d'écrans colorés donnant des bandes, dans le rouge, le jaune, le vert ou le bleu. Mais la difficulté d'obtenir par ce dispositif des rayonuements homogènes fit substituer par la suite comme source de ravonnement d'une part pour les radiations rouges une lampe demi-watt de 5oof filtrée par un verre rouge qui ne laissait effectivement passer qu'une bande assez étroite de radiations de grandes longueurs d’onde du spectre visible, et d'autre part comme source de radiations bleues et violettes une lampe à vapeur de mercure Berlemont-George devant laquelle était placée comme filtre une cuve contenant la
solution suivante :
RANCE NAT EE 229 cm?
Sulfate de cuivre, . 1 QT.
Ammoniaque. . . 75 cm*
Les radiations d'un are à mercure traversant ce filtre sont
limitées aux raies de longueurs d'onde :
4360 À Ao7o À ho5o À
mais les raies violettes présentent une intensité beaucoup moins élevée que la raie bleue.
Ce dispositif fut utilisé pour toutes ces recherches sauf pour les premières qui furent effectuées au moyen des écrans dont il vient d’être question.
Le liquide était réparti dans des flacons plats d’une contenance de 150 cm°. Les dimensions de ces flacons étaient
environ de 12 X 4,8 X 2,5 cm. L’épaisseur de 2 em. 5 rela-
13 k. AUDUBERT
tivement faible assurait une assez bonne utilisation du faisceau incident.
Pour éviter les erreurs dues aux différences de tempérares, les flacons étaient bouchés et entièrement plongés dans une grande cuve de verre parcourue par un courant d'eau provenant de la canalisation de la ville. Avec ce dispositif, la température était la même en tous les points de la cuve à r ou 2 dixièmes de degré près.
Un flacon témoin recouvert d’un vernis noir opaque, plein aussi de liquide et placé dans la cuve thermostatique, permettait de connaître l’évolution de la suspension à l'abri de la lumière.
ro. Actions de la lumière sur n. — Avant d'étudier l'action des différentes radiations du spectre visible, j'ai d’abord étudié l’action de la lumière totale provenant d'une lampe à incandescence de tungstène-azote de 300 bougies.
Dans cette série de mesures, je relève les résultats suivants :
Suspension soumise Suspension Temps à la lumière non soumise
Valeur de n au moment
oh. de la formation + 1,39 + 1,39 5h. + 0,70 + 0,43 20 h. + 0,20 + 0,02 30 h. + 0,00 — 0,20 45 h. — 0,25 — 0,70 ñ Temps Partie soumise Partie non soumise oh. + 1,57 + 1,97 o h./40 m. + 1,40 + 1,07 7 h.30 m. + 0,34 + 0,04 24 h. — 0,12 — 0,43 30 h. — 0,97 — 0,60
Les deux dernières valeurs de 7 sont voisines ; mais. la
suspension avait déjà commencé sa sédimentation et il est probable que ces deux valeurs correspondent à des points placés sur la partie ascendante de la courbe située après le minimum.
Du reste, ces deux dernières mesures ne vérifient pas l'équation : RSR ESA!
Cette série d'expériences fut effectuée avec des suspensions de soufre précipitées de l’acétone on de l'alcool par l'eau. Des suspensions de soufre préparées par précipitation chimique donnèrent les mêmes résultats. Ces premières observations permirent donc de penser que la lumière agissait sur la précipitation, et que la lumière blanche augmentait la stabilité de la suspension en diminuant la vitesse de précipatation. La détermination du coefficient de
transmission E donna lieu aux mêmes observations. On «
indiqué plus haut que la varation du coefficient de transmission, ou, en d’autres termes, de l'absorption, avec le temps, est particulièrement caractéristique ; l'absorption présente un maximum très accentué puis elle diminue plus lentement en tendant asymptotiquement vers zéro. Les courbes d’absorption en fonction du temps des suspensions soumises à l'influence de la lumière sont différentes de celle que lon obtient pour les suspensions placées dans les mêmes condiions et soustraites à l’action de la lumière.
La tangente à l’origine est plus inclinée pour les suspensions non illuminées, le maximum de l’absorption se produit au bout d’un temps beaucoup plus court. Bref, la lumière blanche retarde l’évolution de la suspension.
On verra plus loin que les radiations rouges retardent la précipitation tandis que les radiations bleues et violettes, au contraire, l’accélèrent. Il ne faut donc pas s'étonner de voir que la lumière blanche exerce une action stabilisatrice, l'énergie lumineuse émise par une lampe à incandescence à
filament de tungstène est en effet en majeure partie composée /
20 R; AUDUBERT
de radiations à grandes longueurs d'onde. Le rapport de l'énergie dans les différentes zones du spectre est environ de 1 à 10 quand on passe de 0,45 1 à 0,7 u. (Table des constantes de la Société de Physique).
Dans le but de déterminer les longueurs d'onde actives J'ai alors cffectué une série de déterminations en utilisant d'abord les écrans dont il a déjà été parlé, placés devant des lampes 1/2 watt de 500 bougies, puis le verre rouge et la lampe à mercure. J’espérais mettre en évidence l’action stabilisante d'une ou plusieurs longueurs d'onde du spectre visible ; mais je pensais que l'effet devait être toujours de même signe.
Les premières mesures révélèrent au contraire un résultat inattendu : les radiations du spectre visible se séparaient en deux groupes : les radiations de petites longueurs d'onde et les radiations de grandes longueurs d'onde. Les premières diminuaient la stabilité de la suspension, en accroissant la vitesse d'évolution; au contraire les radiations de grandes longueurs d'onde accroissaient la stabilité de la suspension en diminuant la vitesse d'évolution.
Entre ces deux groupes de radiations se trouvaient placées des radiations voisines du jaune sans influence sur la vitesse de précipitation.
L'effet produit par les radiations actives est d'autant plus grand que l’on s'éloigne, soit dans un sens, soit dans l’autre de la radiation qui ne produit aucune modification, comme en témoignent les tableaux suivants qui donnent les valeurs
de »n dans la série de ces expériences.
: ACTIONS DE LA LUMIÈRE SUR LES SUSPENSIONS 21 AUTONE Obscu- Räd. Rad. Rad, Rad.
Temps rité rouges jaunes vertes bleues Bande de 0,7 u Bande de Bande de 0,7 m2 à 0,6 u 0,280 4 à 0,60 v2 « à 0,478 el de À : 0,478 à 0,450 7 o h. + 1,77 + 1,77 + 1,77 + 1,77 + 1,77 1h. + 0,86 + 1,08 + 0,97 + 0,79 - 0,70 2h; +o,76 + 0,86 + 0,77 + 0,60 + 0,50 4h. —+ 0,52 — 0,60 + 0,53 — 0,22 + 0,26 18h — 0,00 +0,10 — 0,02 — 0,12 — 0,24 oh. HL84 Hi,84 -Lr,84 HLi,84 +1,84 sh. + 0,10 + 0,14 —- 0,00 — 0,09 er > h. — 0,1û —O,11 — 0,10 — 0,22 4h. — 0,51 — 0,44 — 0,60 —0,62 18 h. — 0,00 — 0,80 — 1,04 = 1,08 oh, + 1,66 + 1,66 + 1,66 + 1,66 1h.25m. +Lo,o2 20,93 + 0,12 — 0,40 2h.05m. —0,20 —+ 0,24 — 0,17 — 0,60 3h05 nm. —0,34 L 0,10 — 0,30 — 0,80 19h.05m. —1,03 — 0,27 — 0,91 — 1,60 L S:
n +1 À Î T Le sen °$ée aux fadidtio $ Tr 7 So laisse | — ae - Î | Œ enslon a : IX hdi. |.
| + ar bagez | 5 104 154 20 Temps
22 R. AUDUBERT
La figure 3 qui se rapporte au dernier tableau montre nettement l'allure de la variation de » en fonction du temps et les différences que présente cette variation avec les longueurs d'onde de la radiation à laquelle est exposée la suspension.
En portant en ordonnées les logarithmes 7,— 7 (n, étant Ja valeur initiale de x), et en abscisses les logarithmes des temps, on voit ainsi que le montre la figure 4 que l'on obtient
mie EN mn Eu eee AE hot A Me | LL t!
1,00 FRS TA 10° 2e RSA UT
pour les valeurs du tableau précédent des droites ayant toutes même coefficient angulaire 6 log(n, —n)=A + Élog f.
6 est indépendant de la manière dont la suspension a été obtenue et des conditions dans lesquelles elle est placée. Quelles que soient les concentrations des réactifs quand on utilise la voie chimique, quelle que soit la quantité de soufre dissoute dans l'acétone ou dans l'alcool quand on procède par dissolution, quelles que soient les dimensions des grains formés et leur nombre, on obtient toujours des droites parallèles ou sensiblement parallèles ; 1l est en outre remarquable de constater que £ est indépendant de la longueur d'onde de la radiation à laquelle la suspension est soumise, On peut
donc penser que ce coefficient dépend seulement de la nature
at
de la suspension. Il est à remarquer que les points correspondants à des durées d'évolution trop grandes vérifient mal la droite précédente. Ce résultat ne doit pas faire infirmer Pexactitude de la forme :
log (ny — n) = À + 5 log t;
il tient uniquement à ce fait que la sédimentation est commencée; dans ce cas, alors, 7 à dépassé le minimum qu'il présente et il diminue en tendant asymptotiquement vers zéro ; les points aberrants correspondent à la partie de la courbe n—/f{t) qui se trouve après le minimum. Il est done légitime de représenter la variation de (n, — n) en fonction du temps, avant la sédimentation, par une formule de la forme 7, — 7 —KTÉ dans laquelle & est une constante qui ne dépend que de la nature des particules dont la suspension est constituée ; en exprimant les temps en heures, la valeur de £ est voisine de 0,26.
La constante K dépend des conditions de formation et aussi des conditions dans lesquelles la suspension est placée. Ses valeurs sont d'autant plus élevées que la vitesse d’évolution est grande ; en outre, elles varient avec la longueur d'onde de la radiation à laquelle le liquide est soumis. Les valeurs correspondant aux radiations rouges sont plus petites que celles obtenues avec les radiations bleues, les suspensions exposées au jaune donnent le même résultat que les témoins ; d’après les expériences faites avec les écrans, il semble que les radiations inactives soient comprises entre 0,980 p et 0,600 y.
Une série d'expériences a donné, par exemple, les nombres du tableau suivant :
Valeurs de K.
Témoin Rouge Jaune Vert Bleu 0,80 0,70 0,80 0,98 1,07 1,74 1,70 1,77 1,84 1,89
24 R. AUDUBERT
On voit donc bien que les radiations de courtes longueurs d'onde accroissent la vitesse de la précipitation, cette action croissant avec la fréquence ; et que les radiations de grandes longueurs d'onde diminuent la vitesse de précipitation, cette action variant en sens inverse de la fréquence.
11.— Action de la lumière sur l'allure de la courbe d'absorplion. — Comme on l’a vu, la détermination de l'exposant
nécessite la connaissance du coefficient de transmission 1
pour deux longueurs d’onde. La figure 1 indique l’allure de
he I ÿ :
la variation de en fonction du temps. La forme de cette
courbe dépend des conditions d'évolution de la suspension. Plus la vitesse d'évolution est grande, plus est élevé le coefficient angulaire de la tangente à l’origine et plus le minimum est rapproché de l’origine.
La lumière modifie la variation de -— de la manière suivante :
L’inclinaison de la tangente à l’origine de: courbes 1, —/Ù) 1 0
obtenues avec des suspensions exposées aux radiations de
petites longueurs d'onde, est plus grande que celle’ des cour-
bes obtenues avec les suspensions exposées à l’action des
radiations rouges, tandis que les courbes correspondant aux
suspensions laissées dans l'obscurité se placent entre les
deux. En ce qui concerne le minimum des courbes de Ts: il
semble difficile de dire si la lumière produit une modification sur son intensité; mais il est possible de vérifier que les suspensions exposées à l’action des radiations de courtes longueurs d'ondes atteignent leur minimum plus rapidement que les suspensions laissées dans l'obscurité tandis que les suspensions exposées aux radiations rouges l'atteignent
après ces dernières.
