LES IONS ET L'IONISATION

Les mots d'ion, d'ionisation, se rencontrent à chaque ligne dans les publications relatives aux rayons Rœntgen et aux corps radioactifs. Qu'est-ce qu'un ion?

Le mot fut employé pour la première fois par Faraday, dans ses recherches sur la décomposition des solutions salines par le courant électrique. Dans cette décomposition, qu'on appelle Yélectrolyse, la molécule chimique est coupée en deux : l'atome de . métal qu'elle renferme descend le courant, et vient se déposer sur le pôle négatif; c'est au pôle négatif que, dans la dorure et l'argenture galvanique, il faut placer les objets métalliques que l'on veut recouvrir d'une lame d'or ou d'argent. Le reste de la molécule, que ce soit un atome ou un groupement d'atomes, remonte le courant électrique et vient se porter sur le pôle positif. Dans l'électrolyse du sel marin, qui est du chlorure de sodium, le sodium descend le courant, le chlore le remonte.

C'est à ces deux morceaux de la molécule chimique, que sépare le courant, que Faraday attribuait le nom

306 • LA DÉGRADATION DE i/ÉNERGIE

d'ions y du grec bu*»., marcher. Ce sont ees deux morceaux de molécule en marche, qui sont les véhicutes de l'électricité. Le métal apporte au pôle négatif de l'électricité positive; le reste de la molécule, ou radical électronégatif, apporte au pôle positif de l'électricité négative : et ce sont ces deux files d'ions, marchant en sens inverse, qui propagent le courant à travers la solution ; l'électricité ne s'y transmet que par conviction.

A l'état normal, la molécule complète n'est pas chargée d'électricité : elle est à l'état neutre. Des actions spéciales, comme la dissolution en liquenr étendue, la dissocient en ses deux ions, chacun des deux portant une charge électri'que égale et de signe contraire à l'autre. Il suffira de placer dans la solution deux lames métalliques reliées aux deux pôles d'une pile, pour que chacun de ces deux pôles attire les ions chargés d'électricité contraire à la sienne.

Avec quelle vitesse se déplacent ces ions? Leur vitesse dépend de leur nature; elle n'est pas la même pour des ions de deux métaux différents; mais elle a pu être mesurée. Entre deux électrodes distantes d'un centimètre et présentant entre elles une force électromotrice de 1 volt, un ion-hydrogène se déplace avec une vitesse de mn \0337 par seconde; un ion-sodium, également positif, avec une vitesse notablement moindre, et qui n'est que de mm ,004(> par seconde. Un ion-chlore, négatif, a une vitesse en sens opposé, égale à mm ,0068 par seconde.

Ces divers ions transportent tous l'a même quantité d'électricité : c'est la grande loi de Faraday qui a montré que, pour décomposer le même nombre de molécules de sels différents, il faut, en employant le même courant, le même temps. 1 gramme d'hydrogène transporte toujours avec lui 96.500 coulombs. Un poids équivalent d'argent, 108 grammes, transporte avec lui exactement la même quantité d'électricité.

NOUVEL ASPECT DE i/ATOMISME 307

La chimie nous apprend en effet que l'atome d'argent est 108 fois plus lourd que l'atome d'hydrogène ; elle nous fait connaître les poids relatifs des divers atomes : c'est ce qu'on appelle les poids atomiques, Mais elle ne nous apprend rien sur le problème, autrement important v etque nous essaierons d'aborder ici, du poids absolu de l'atome.

L'une des propriétés des rayons X qui fut aperçue de prime abord, est la propriété de décharger les conducteurs électrisés sur lesquels ils tombent. Il n'est pas nécessaire que les rayons X tombent sur le conducteur lui-même; il suffit qu'ils rencontrent le gaz interposé entre deux conducteurs de signes contraires. Faraday a donné aux physiciens l'habitude de concevoir l'espace isolant qui sépare deux conducteurs comme sillonné de lignes de force électrique qui, parties du conducteur positif, vont aboutir au conducteur négatif, et, comme des cordons élastiques, tendent à se raccourcir et à tirer Tun vers l'autre les deux conducteurs. Une particule électrisée, rendue libre dans l'espace, suivrait la ligne de force qui passe par le point où elle est, et irait aboutir au conducteur négatif si sa charge est positive, au conducteur positif si elle est négative. C'est précisément ce chemin que nous allons voir suivre aux ions gazeux^ positifs ou négatifs, libérés dans l'air par les rayons X.

En l'absence de rayons X, le gaz que sillonnent les lignes de force est isolant; les ions positifs et négatifs ne sont pas séparés les uns des autres: on n'a que des molécules neutres, et les conducteurs restent chargés. Le rôle du faisceau de rayons Rontgen est de libérer des ions, c'est-à-dire des particules matérielles mobiles chargées d'électricités contraires. Comme cette libération s'effectue même dans les gaz dont la molécule est constituée paj* un

seul atome, on est certain qu'il n'y a pas simplement, comme dans l'électrolyse, cassure d'une molécule en atomes chargés, mais segmentationde l'atome lui-môme.

Une fois libérés en un point, les ions gazeux se diffusent dans le reste du gaz, s'ils ne sont pas soumis à une action électrique. S'ils sont au voisinage de corps électrisés, ils se déplacent dans le champ électrique, ^montant ou descendant les lignes de force suivant le signe de leur charge, et allant ainsi décharger les conducteurs électrisés. La vitesse de leur déplacement dépend naturellement de la grandeur du champ électrique : elle dépend en outre, comme pour les ions métalliques en solution, de la nature de l'ion lui-même : la mobilité de divers ions dans un champ électrique donné est caractéristique de chaque gaz, et, pour un même gaz, elle varie souvent avec le signe de la charge de l'ion.

C'est ainsi que pour l'air sec, dans les conditions normales, la mobilité est d'à peu près un centimètre par seconde pour les ions positifs, et dix-huit millimètres pour les ions négatifs, dans un champ de un volt par centimètre : ce sont des vitesses beaucoup plus grandes que celles des ions en solution.

Le physicien anglais Wilson, élève de J.-J. Thomson, a donné une méthode d'étude des ions gazeux qui est particulièrement élégante en ce qu'elle permet de compter, — on pourrait dire de voir de nos yeux, — ces étranges véhicules d'électricité qui pouvaient paraître, avant ses expériences, de simples êtres de raison.

Wilson a eu recours à des expériences de condensation. Si l'on détend brusquement de l'air humide saturé de vapeur d'eau, il se refroidit et la vapeur se condense : le vase où se fait l'expérience se remplit d'un brouillard plus ou moins dense, suivant le degré où l'on a poussé la détente. Il arrive pourtant que

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NOUVEL ASPECT DE L'aTOMISME 3(P

cette condensation n'ait pas lieu et que l'aif puisse rester sursaturé de vapeur d'eau sans que sa transparence soit altérée : c'est ce qui aura lieu si Ton a soin de débarrasser l'air du moindre grain de poussière. Dans un vase primitivement vide où Ton ne fait pénétrer l'air qu'à travers des tampons* de coton, on arrive à produire des délentes sans que l'air saturé donne lieu au moindre brouillard. On a pu obtenir ainsi une masse d'air parfaitement transparente et contenant jusqu'à huit fois le poids de vapeur d'eau nécessaire pour la saturer. La poussière, an contraire, empêche la sursaturation et provoque la condensation, parce qu'elle fournit des noyaux autour desquels peuvent plus aisément se former les gouttes d'eau : ce sont des sortes de germes autour desquels la production dés gouttes est facilitée ; et l'exclusion de ces germes a pour résultat de retarder la condensation. Ces expériences délicates font songer aux expériences de Pasteur sur les générations spontanées.

Cependant, ici, en l'absence de tout germe, il arrive toujours un moment où une détente assez forlo provoque une condensation spontanée; et, dans l'air bien débarrassé de poussière, cette condensation spontanée se produit à peu près au moment où la masse de vapeur d'eau a huit fois la valeur qui correspond à la saturation.

La théorie et l'expérience montrent que des noyaux de condensation électrisés facilitent plus encore le dépôt des gouttes d'eau dans une atmosphère humide. Et l'on peut, en effet, dans un air humide privé de poussières, provoquer une condensation aisée et abondante en dirigeant sur cet air humide, à travers le verre du vase qui le renferme, un faisceau de rayons X. Les centres sur lesquels se produisent les gouttes oVeau sont bien les ions mis en liberté par les rayons X. On l'a démontré par les expériences les plus variées. Si on a fait agir un champ électrique

avant der produire la détente, les gouttes ne se produisent plus aux mêmes points : les centres de condensation ont été entraînés, les uns dans le sens des lignes de force, les autres en sens inverse. On a pu, après une émission instantanée de rayons X, grouper et ' arrêter ensemble les ions à charge positive ou les

ions à charge négative, et étudier* séparément ceux qui f restent. On a constaté, par là, que les ions négatifs

i provoquent la condensation plus vite que les ions

I positifs, ce qui expliquerait que, dans la haute atmos-

f phôre, la condensation se fasse de préférence sur les

f ions négatifs, et qu'ainsi la pluie entraîne vers le sol

6" ■ de l'électricité négative, laissant répandue, dans les

c couches élevées de l'air, de l'électricité positive.

Mais le principal intérêt des expériences de Wilson est leur intérêt philosophique. Elles ont, pour la première fois, rendu perceptible à nos sens la structure atomique de la matière, et, du même coup, la structure discontinue de l'électricité. Elles ont permis de compter les centres chargés sur lesquels se condensent les gouttes ; on vérifie d'ailleurs qu'il se forme une goutte sur un centre électrisé, et qu'à chaque goutte correspond un centre et un seul. En recueillant le brouillard qui tombe, on peut mesurer la charge électrique totale. Gomme les météorologistes savent compter les gouttes d'un brouillard, on arrive à compter les ions et, par suite, on sait quelle est la charge électrique de chaque ion. On trouve ainsi, nous lavons indiqué déjà, que la charge d'un noyau, la charge-unité, est d'un dix-trillionième de microcoulomb.

C'est la même charge-unité qui est associée à l'atome d'hydrogène dans Télectrolyse de l'eau, à l'atome de sodium dansl'électrolyse du sel marin, à l'atome d'argent dans Télectrolyse d'un bain d'argenture. Comme un gramme d'hydrogène transporte 96.500 coulombs — ou à peu près 100.000 coulombs, — un dix-trillio-