LA THÉORIE DES IONS

Quand on essaie de faire passer un courant électrique à travers différents liquides, on constate que tous les liquides ne se comportent pas de la même façon. Il y en a qui opposent au passage du courant une barrière infranchissable : c’est le cas de l’eau distillée, du pétrole, des huiles, des éthers, etc. Ce sont des isolants. D’autres, au contraire, se laissent traverser par le courant électrique. Mais ces liquides ne le conduisent pas à la manière d’un fil métallique. Ils ne sont pas des conducteurs ordinaires.

Le courant passe en faveur de certains phénomènes très spéciaux se passant au sein des liquides, de phénomènes de déplacement de matière. Suisant le cas, c’est-à-dire suivant la nature du liquide et certaines conditions, ce déplacement s’appellera : électrolyse, électrophorèse, osmose élec-

trique.

À ce point de vue, il faut diviser tous les liquides livrant passage au courant en deux grandes classes : les solutions des cristalloïdes et les solutions des colloides. Etudions d’abord les cristalloïdes. Ce sont

des corps qui ont les propriétés caractéristiques sui-

vantes. Dissous dans l’eau, ils forment des solutions homogènes et transparentes dans lesquelles ils existent à l'état de particules infiniment petites qui sont vraisemblablement les véritables molécules chimi-

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ques, isolées les unes des autres par le dissolvant. Ils

sont dialysables. En se séparant du solvant, ils cris-

tallisent. Enfin, propriété fondamentale et qui nous

intéresse le plus, leurs solutions sont électrolysables,

c'est-à-dire que, traversées par le courant, elles don-

nent lieu aux phénomènes de l’électrolyse que nous

allons étudier. On appelle ces solutions électrolytes. , ï La classe des cristalloïdes est constituée, en majeure partie, par les acides, les bases et les sels minéraux ‘à et organiques. Ce sont ces corps qui présentent tou- | tes les propriétés énumérées. Il existe certains cris- À

talloïdes peu nombreux, comme le sucre, l’urée, qui ) ne sont pas des électrolytes. Ils ne nous intéressent ; pas. ; ’

À. — Electrolyse. 54

Ce phénomène consiste dans la décomposition du corps dissous par le courant électrique. L’opéra- | 9 tion se passe dans une cuve dans laquelle plongent deux plaques métalliques, reliées aux deux pôles d’une pile. Ce sont les électrodes, et on distingue une électrode positive (reliée au pôle +) ou anode, et une à électrode négative (reliée au pôle —) ou cathode. Supposons, pour fixre les idées, que nous ayons dans la cuve une solution de HCI. Le gaz chlorhydrique, parfaitement sec, ne conduit pas l'électricité ; il en est de même pour l’eau. Mais, l'acide chlorhydrique, obtenu par la dissolution du gaz dans l’eau, est bon conducteur. Et ce liquide est décomposé par le cou-

rant électrique en ses 2 parties constituantes : hydrogène et chlore. Comment se décomposent les autres acides, bases et sels ? Or, on peut remarquer que la molécule de l’un quelconque de ces corps est constituée par un ou plusieurs atomes d'un métal ou d'hydrogène unis à un radical simple ou composé. Ainsi, dans l'acide chlorhydrique HCI, nous trouvons un hydrogène et un radical CI ; dans la potasse, on a le métal K uni au radical OH ; dans le sulfate de cuivre SO4Cu le métal Cu est uni au radical SO#, Tous ces corps, électrolysés, obéissent aux lois suivantes :

1. Sous l’action d’un courant, le métal ou l’hydrogène se séparent des radicaux qui leur sont unis.

2. Les produits de la décomposition n’apparaissent jamais dans la masse même du liquide, mais uniquement sur les électrodes : le métal ou l’hydrogène descendent le courant et apparaissent sur la cathode ; le radical remonte le courant et apparaît sur l’'anode. ,

Ainsi, dans l'exemple précédent, on obtient un dégagement de bulles de chlore à l’anode et d’hydrogène à la cathode.

Une solution de chlorure cuivrique CuCË donne un dépôt de cuivre sur la cathode et un dégagement de chlore sur l’anode.

Pour expliquer ces phénomènes de conductibilité électrique des électrolytes, de leur décomposition par le passage du courant, des lois qualitatives et Guantitatives de l'électrolyse, le physicien suédois Swante Arrhénius a émis une hypothèse géniale,

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l'hypothèse de la dissociation électrolytique ou ionisation, D'après lui : quand un électrolyte est dissous, un certain nombre de ses molécules sont, par suite de la dissolution, fractionnées en deux parties électrisées, constituées, l’une par le métal ou l’hydrogène, l’autre par le radical, et qu’on appelle ions (tov, qui va). Les ions possèdent des charges électriques égales et contraires ; l'ion métal (ou l’ion hydrogène) est électrisé positivement, c’est le cathion. L’ion radical, ou anion, est électrisé négativement. Cette dissociation se fait d’une façon intense quand on se sert de l’eau comme solvant. C'est pourquoi on appelle aussi ce phénomène hydrolyse. On dit que l’eau est un bon ionisant. Les autres liquides produisent la dissociation ionique d’une façon insignifiante, ils sont de mauvais ionisants.

L'hypothèse d’Arrhénius se rattache aisément à la conception qu'on a actuellement de la constitution de la matière, c’est-à-dire à la théorie des électrons, Il nous paraît indispensable de la résumer ici. On admet depuis longtemps que toute matière est composée de molécules, c'est-à-dire de particules identiques, physiquement et mécaniquement indivisibles. Mais la molécule n’est pas le terme ultime de la division de la matière. Un corps composé, par exemple NaCl, est constitué par des molécules qui pourront être scindées c himiquement en particules élémentaires plus petites encore et qui seront, cette fois, indivisibles aussi bien par voie chimique que par les procédés mécaniques. Ces particules, .limites extrêmes de la divisibilité de la matière, ont

reçu le nom d’atomes. Une molécule d’un corps composé est formée par la réunion d’un certain nombre d’atomes d'espèces différentes, la molécule d’un corps simple, par un ou plusieurs atomes de même espèce. La molécule NaCI est formée par deux atomes différents : Na et C1. La molécule CI? par deux atomes de Cl, etc:

On a cru pendant longtemps que l’atome, lui, était homogène, insécable. Sous la poussée des découvertes relatives à la désagrégation des corps radio-actifs et au passage du courant dans les tubes à vide, des études des phénomènes de l’électrolyse et des spectrographies obtenues avec les rayons X, les chercheurs ont conçu des idées nouvelles.

On considère actuellement l’atome comme un système complexe, comparable à un système astronomique. C’est un système planétaire en miniature. Il y a dans l'atome un noyau central qui, tel un soleil, est animé d’un mouvement de rotation autour de lui-même. Autour de ce soleil, tournent des satellites en plus ou moins grand nombre et sur des trajectoires plus ou moins complexes. L’hydrogène est l'atome le plus simple : il ne possède qu’un seul satellite. L’uranium, l'atome le plus complexe, en a 92.

Les satellites sont tous semblables ; ils n’ont pas de masse matérielle et sont constitués par une charge électrique négative, égale pour tous. On les nomme des électrons. Le noyau porte une charge électrique positive. Le noyau le plus simple est celui de l’atome d'hydrogène. On l'appelle proton. Puis, viennent

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des noyaux formés de plusieurs noyaux d'hydrogène

ou de noyaux d'hélium, ceux-ci étant des associations de noyaux d'hydrogène et d'électrons semblables aux satellites.

Quand il y a dans le noyau des électrons, ils sont inférieurs en nombre aux protons, si bien que la charge totale du noyau est toujours positive. Les électrons satellites sont en nombre suffisant pour que la somme de leurs charges négatives équilibre la charge positive du noyau. De sorte que l'atome est extérieurement neutre au point de vue électrique. En somme, noyaux positifs et électrons paraissent constituer à eux seuls ce que nous appelons la matière. Matière et électricité sont deux aspects différents d’une même chose. C’est le dernier mot de la science qui se fait. La répartition des électrons autour du noyau est bien déterminée et toujours la même pour chaque atome. Nous ne pouvons pas entrer dans le détail de la théorie des divers anneaux et trajectoires, des formes stables et instables, nous nous bornerons seulement à indiquer qu’elle explique le fait que certains atomes perdent facilement des électrons, d’autres, au contraire, ont tendance à capter des élec-

trons supplémentaires. Quand un atome a perdu un

électron, son équilibre électrostatique est détruit, il devient électropositif. L'équilibre électrique d’un atome est rompu aussi par l’acquisition d'électrons et cet atome devient électro-négatif. Mais, dans ce cas, on ne parle pas d'atomes négatifs et positifs, mais d'ions, d’anions et de cathions. Tandis que l’acquisition ou la perte d'électrons déterminent le signe

de l'ion, le nombre des électrons perdus ou acquis fixe sa valence. Il y a donc des ions mono, bi et plurivalents. Il n’y a pas que les atomes qui présentent cette propension à perdre ou à acquérir des électrons. Les radicaux peuvent en faire autant et, par conséquent, passer à l’état d'ions. En somme, un ion est un atome ou un radical portant une charge éléctrique. Dans cet état, cet atome ou ce radical ne présentent plus les propriétés du corps auquel ils appartiennent. Îls n’obéissent plus à leurs affinités chimiques ; ils sont, pour ainsi dire, « immunisés » par leur charge. La charge leur donne une stabilité grâce à laquelle ils peuvent rester dans cet état.

Maintenant, nous sommes à même de comprendre ce qui se passe dans un électrolyte. L’atome métallique (ou l'hydrogène) devient un ion positif parce qu'il perd un, deux ou trois électrons, suivant qu'il est mono, bi ou trivalent. Les électrons perdus par l’atome de métal sont captés par le radical qui devient un ion négatif.

Prenons, par exemple, üne solution de NaCI. Un cértaiñ noôtibre de molécules dissoutes sont dissôciéés én donnant un ion sodium positif Na+ et un ion chloïe négatif CI-. Dans une solution de ZnCP, lès molécüles dissociées donnent un ion zinc positif formé d’un atome de Zn ayant perdu 2 électrons Zn++, et deux ion chlore négatifs, formés chacun d'un atome de chlore avec un électron supplémentaire : 5 CI. Une molécule AICI donnera r ion positif trivalent AÏ+++ ét 3 ions négatifs monovalents