ÉLECTRISATION DE CONTACT, TENSION | SUPERFICIELLE, ÉTAT COLLOÏDAL

1. Électrisation de contact. — 2. Solutions colloïdales. Notion des colloïdes. Coagulation des colloïdes. Viscosité. Tension superficielle. Charges des granules

Nous allons maintenant rencontrer des théories dans lesquelles il va être fait appel à des actions physico-chimiques de nature variée qui risqueraient d’être incomplètement comprises si Ton ne donnait à leur sujet des éclaircissements nécessaires. D’où l’utilité de présenter, comme nous l’avons déjà fait dans d’autres occasions, groupées en un même chapitre, les notions relatives à la structure des colloïdes, la tension superficielle, l’électrisation de contact, les charges des granules et des ions, etc., etc. Nous les présenterons dans l’ordre nécessaire pour que ces différentes données se déduisent les unes des autres de la manière la plus intelligible.

Nous pourrions nous borner à ce qui est strictement indispensable pour l’intelligence de ces chapitres, mais il semble que ce soit vers les explications de ce genre que s’orientent les théories

nouvelles et peut-être nous saura-t-on gré de donner, en vue des théories à venir, une explication un peu plus élaborée des phénomènes invoqués ici.

1. Electrisation de contact — Toute paroi en contact avec une solution électrolytique (que cette paroi soit celle qui renferme la solution ou celle d’un corps immergé) reçoit de la solution une charge électrique positive ou négative. Perrin a montré que la charge est positive quand la solution est acide, négative quand elle est alcaline, des traces très faibles d’acidité ou d’alcalinité suffisant d’ailleurs à produire le résultat. Cette charge produite par un liquide électriquement neutre semble au premier abord paradoxale ; or, nous avons vu que les solutions employées dans la parthénogénèse sont électriquement neutres, les charges des ions H- et — s’équivalant. Aidé par une suggestion de Langevin, Perrin en a proposé l’explication suivante. Les ions H des liqueurs acides et OH des

Fig. 23. — Schéma de la couche double d ions.

liquides alcalins ont, comme nous l’avons vu, des vitesses très supérieures à celles des ions auxquels ils sont associés pour former les acides ou les alcalis, et il semble que l’on soit en droit d’en conclure qu’ils sont plus petits. Dès lors, si l’on imagine une paroi en contact avec la solution, les ions

ELECTRISATION DE CONTACT

ou OH“ formeront à la paroi un revêtement immédiat (fig. 23) tandis que l’ion associé Gl“ ou Na"^ en sera tenu écarté par son diamètre même. La paroi prendra donc le signe des ions les plus voisins. La chose ainsi décrite et surtout ainsi figurée n’est qu’une schématisation très grossière, mais qui suffit à objectiver le phénomène réel plus complexe. La grandeur de la charge varie, naturellement, dans le même sens que la concentration. Il y a donc au contact de la paroi une couche double^ appartenant au liquide, mais dont la partie externe confine immédiatement à la paroi, lui adhère et est immobilisée par elle, tandis que l’intérieure, de signe contraire, reste partie constituante du liquide et mobile comme lui. Si l’on fait passer un courant électrique dans le liquide, la lame interne de la couche double est entraînée, en raison de sa charge, vers l’électrode de signe contraire, tandis que la lame externe reste adhérente à la paroi. Si celle-ci est fixe, le courant ne peut la déplacer, mais si elle appartient à une particule très petite, en suspension dans le liquide et par conséquent susceptible d’être mue par une force très faible, les ions qui la revêtent sont entraînés vers le pôle de nom contraire et charrient vers ce pôle la particule à laquelle ils adhèrent. Là est l’explication des phénomènes de cataphorèse et de l’osmose électrique (réversible) qui permettent de mesurer ces charges, mais dont ce n’est pas le lieu de s’occuper ici.

Dans les sels neutres, les ions constituants ont '

(les différences de vitesse, et par suite de taille, beaucoup moins grandes que la différence entre la vitesse d’un ion H ou OH et celle de l’ion associé ; il est donc naturel que la charge de la paroi se montre très faible dans les solutions neutres. Il est à remarquer cependant que, même en choisissant des sels où cette différence soit aussi grande que possible (BrLi, où ce rapport = V2) 5 Perrin n’ait pu observer aucune charge, et cela jette quelque doute sur la valeur de l’interprétation.

Si l’influence des ions monovalents autres que H et OH est insignifiante ou nulle, il n’en est pas de même de celle des ions polyvalents, et leur action croît très rapidement avec la valence : la grandeur de la charge compense l’infériorité due au diamètre. Ainsi la charge communiquée par un même nombre d’ions H^ est beaucoup moindre lorsque ces ions sont associés à des ions SO^ dans l’acide sulfurique que lorsqu’ils sont unis à des ions Cl" dans l’acide chlorhydrique. Si à une solution acide (HCl) communiquant une certaine charge on ajoute, même en quantité très minime, un sel contenant un ion polyvalent, si cet ion est positif (Mg-*- + Cl" Cl“), la charge n’est pas sensiblement modifiée ; mais si cet ion est négatif (SO'* — K"^),

la charge est fortement diminuée et peut être annulée ou même changer de signe. Perrin admet que, dans ce cas, les ions SO^ sont attirés près de la paroi par la couche d’ions II qui la revêt et neutralisent tout ou partie de leur charge. Les ions polyvalents de même signe sont sans action parce

ELECTRISATION DE CONTACT

qu’ils ne sont pas attirés au voisinage de la paroi. Perrin compare très heureusement cette attraction à un mordançage. Même chose pour les liqueurs alcalines, mntalis mutandis.

2. Solutions colloïdales. — Nous avons, dans un chapitre précédent, montré que les solutions doivent être divisées en deux catégories, comprenant, la première, celles où les molécules dissoutes restent entières dans le liquide : ce sont les nonélectrolytes, telles que le sucre, l’urée, l’alcool, etc.; la seconde, celles où les molécules se scindent partiellement en leurs parties constitutives, les ions : ce sont les électrolytes, acides, bases, sels. Mais il existe une troisième catégorie de substances, où les molécules, au lieu de se dissocier en ions, comme dans les dernières, au lieu de se séparer complètement les unes des autres, comme dans les premières, se séparent incomplèteme7it. restant associés en groupes moléculaires plus ou moins volumineux qu’on appelle les granules. L’état dans lequel est la substance divisée en granules est dit colloïdal, et \e système formé par les granules et le liquide ambiant est appelé solution colloïdale ou sol, pour la distinguer des solutions vraies. Selon la nature du liquide, on distingue des hydrosols, des glycérosols, des alcoosols, etc. Nous ne nous occuperons que des premiers, qui sont de beaucoup les plus importants pour le biologiste.

Les granules sont trop petits pour être visibles au microscope ordinaire; mais on parvient à les

voir au moyen de rultra-microscope, consistant dans la combinaison d’un fort grossissement avec un éclairage latéral. Les granules apparaissent alors comme une fine poussière brillante, animée du mouvement broNvnien. On ne peut les mesurer directement, mais on peut les compter, savoir à peu près combien il y en a dans un volume donné de solution ; comme on sait d’autre part le volume total de la substance, d’après sa densité et le poids qu’en contient la solution, on en déduit le volume des granules et, par suite, leur diamètre, en les supposant sphériques. On a trouvé par cette méthode que le diamètre des granules est de l’ordre du millième de micron, unité que l’on représente par le symbole [xg : il varie de lg[A à la. Les molé-, cules sont d’un ordre de grandeur environ 100 fois moindre, en sorte qu’un granule contiendrait, à supposer qu’ils soient en contact, en moyenne, 100^, soit un million de molécules. La distance moyenne entre les granules est de l’ordre du [x.

Les sols sont intermédiaires aux solutions et aux suspensions, se rapprochant de celles-ci ou de celles-là par certains caractères, s’en écartant par d’autres. Comme les dernières, ils sont formés de particules visibles au moyen de certains artifices, dilTusentla lumière, la polarisent; comme elles, ils sont sans aucune action sur la tension de vapeur, le point d’ébullition et de congélation et sur la pression osmotique, sauf pour les solutions concentrées sans grand intérêt parla biologie. Ils ditïèrent par là des solutions; mais, sous le rapport de la

ELECTRISATION DE CONTACT

conductivité électrique, ils s’en rapprochent et prennent place entre les solutions électrolytiques et les non électrolytiques : les granules possèdent en effet des charges électriques, mais très faibles relativement à leur masse, et conduisent le courant, mais très peu. Laissant de côté leur action sur la lumière, nous examinerons ce qui est relatif à leurs charges électriques.

Si l’on établit une différence de potentiel entre deux électrodes plongeant dans un hydrosol, on constate que les granules s’acheminent lentement vers l’un ou l’autre pôle.

Une question capitale est de savoir si c’est là un phénomène comparable au transport des ions, ou si c’est un fait de cataphorèse, c’est-à-dire de transport de particules inertes, passives sous l’influence du courant électrique. Dans le premier cas, les granules auront des charges propres, comme lésions; dans le second, ce seront des particules inertes, pourvues par le liquide d’une couche double et chargées par la lame qui les entoure immédiatement.

On admet généralement que le transport des granules est un cas de cataphorèse. Mais en présence du fait que, dans de l’eau distillée aussi pure que possible, les uns descendent le courant tandis que les autres le remontent, il est permis d’en douter. Si les granules n’ont pas de charges propres, ces différences ne pourraient s’expliquer que par de faibles quantités d’ions -f- ou — qui se trouveraient unis à eux à titre d’impuretés. La preuve

qu’il en est ainsi reste à faire Si les déplacements des granules sous l’action du courant ne sont pas dus à de telles impuretés, il faut bien qu’ils aient des charges propres, car des pa/’ticules sans charges propres et rigoureusement insolubles, chargées par le petit nombre d’ions libres fournis par la très faible dissociation de beau distillée, se déplaceraient toujours dans le même sens, quelle que soit leur nature et probablement vers la cathode, sous l’action d’ions H formant la lame interne^.

Le fait que les granules, suspendus dans un même véhicule, l’eau distillée, se portent les uns vers l’anode les autres vers la catode autorise à conclure qu’ils ont des charges propres, comme les ions, et sont les uns positifs, les autres négatifs. C’est là un point d’importance capitale pour le biologiste, car il permet de concevoir la présence, dans un même liquide intergranulaire, d’ions de différentes natures, ayant des charges différentes.

Mais dans un sol contenant une seule sorte de granules, ceux-ci ont tous une charge de même signe, et c’est là une différence capitale avec les solutions électrolytiques, où les ions sont toujours

1. Tout au moins en ce qui concerne les colloïdes du protoplasma, il se pourrait qu’ils dussent leur charge à des ions 11 ou 011 présents dans le granule, non à titre d’impuretés, mais appartenant à des substances faiblement acides ou alcalines, faisant partie de la constitution chimique du granule.

2. Si des parcelles de verre se meuvent vers l’anode, si dans un tube de verre l’eau se rend vers la cathode, c’est parce que le verre se dissout lentement en émettant des ions.

ELECTRISATION DE CONTACT

de deux sortes, portant des charges égales et contraires.

Voici une liste de granules positifs et négatifs.

Positifs : Hydrates de fer, de cadmium, d’aluminium, de chrome, de cérium, de thorium, de zircon ; acide titanique; oxyhémoglobine ; rouge de Magdala, violet et bleu de méthyle; mucine.

Négatifs : Or, argent, platine, iridium, palladium, cadmium, sélénium, tellure, soufre; acides silicique, stannique, molybdique, tungstique, vanadique; sulfures, chlorures, iodures et bromures colloïdaux; ferrocyanures de fer, de zinc, de cuivre; indigo, bleu d’aniline, vert de méthylamine, fuchsine, auréosine; gélatine, albumine.

Mais, proportionnellement à leur masse, leurs charges sont incomparablement plus faibles que celles des ions : le nombre d’électrons que porte un granule est faible en comparaison de celui de la couche double dont il peut être entouré, en sorte que celle-ci peut diminuer sa charge, la neutraliser ou la faire changer de signe.

Coagulation de colloïdes. — Dans certaines conditions, les granules d’un sol se rassemblent, se fusionnent en masses volumineuses qui se précipitent : c’est la coagulation. Le sol passe alors à l’état de gel. L’état de suspension ou de coagulation dépend de trois facteurs : la viscosité du liquide, la tension superficielle au contact des granules et du liquide, la charge électrique des granules.

a) Viscosité. — En raison de l’extrême division

de la matière dans les granules, la surface de ceuxci est énorme par rapport à leur volume : un vingtième de milligramme d’or colloïdal présente une surface de 625 mètres carrés^; pour l’albumine, dont les granules sont beaucoup plus gros, les granules d’un centimètre cube d’une solution à 1 °/o présentent, pour un poids d’à peine 2 centigrammes, une surface de 60 mètres carrés. La force qui tend à les précipiter, par suite de leur densité supérieure à celle du liquide périgranulaire, est donc si faible et la résistance due à la viscosité du liquide si énorme qu’ils restent indéfiniment en suspension. Ce n’est qu’après leur réunion en un coagulum de même poids et de surface beaucoup moindre qu’ils peuvent se précipiter.

h) Tension superficielle. — Pour saisir comment la tension superficielle peut intervenir dans la coagulation, il faut bien comprendre la nature de cette tension.

Dans une masse liquide au repos, à surface plane, toutes les molécules se pressent les unes contre les autres en vertu d’une force attractive qui est la cohésion. Cette cohésion, énergique à distance très faible, n’a, autour de chaque molécule, qu’une

1. Celle affirmalion peut paraître invraisemblable à certains esprits. Mais il suffit d’un peu de réflexion pour se rendre compte que ce chiffre fabuleux de mètres carrés non seulement n’a rien d’extraordinaire, mais pourrait être énormément dépassé. Une masse d’or aussi faible que l’on voudra étendue en feuille sous le pilon arriverait à la limite à posséder une surface infinie, puisqu’à la limite, l’épaisseur étant nulle, la surface ne consomme point de matière.

ELECTRISATION DE CONTACT

sphère d’action très petite, d’environ, 0;a,1 de diamètre. Au sein de la masse, chaque molécule est attirée également en tous sens par ses voisines, en sorte qn’elle n’a aucune tendance à se déplacer. Mais les molécules situées dans la couche superficielle, de 0|j.,i d’épaisseur, sont attirées en bas par les sous-jacentes, tandis qu’il n’y a au-dessus d’elles que peu ou point de molécules pour les attirer en haut, en sorte que la résultante les attire vers la profondeur du liquide. D’ailleurs elles ne peuvent y pénétrer, toute la place étant occupée par les molécules identiques à elles, et cette résultante n’a d’autre effet que de comprimer le liquide sousjacent. Cette compression, dite pression normale a été évaluée, par des calculs ayant pour point de départ des hypothèses un peu incertaines, à un chiffre énorme : 10.700 atm. pour l’eau. C’est, pour chaque liquide, une constante physique.

Dans cette même couche superficielle, les composantes horizontales de la cohésion produisent une compression tangentielle des molécules les unes contre les autres, et il faut exercer un certain effort pour les séparer, dépenser un certain travail pour produire un certain accroissement de la surface. Cette résistance delà couche superficielle à la séparation de ses éléments constitue la tension super ficielle, a. Comme K, a est une constante physique dépendant seulement de la nature du liquide. On a convenu de lui donnerpour mesure la force nécessaire pour rompre la couche superficielle sur 1 millimètre de longueur. Cette force, très faible,

a été mesurée expérimentalement : elle est pour l’eau de milligr. 7,7, notablement plus forte pour le mercure (47 milligr.), sensiblement plus faible pour les autres liquides.

Si la masse liquide est terminée par une surface courbe, la pression normale change : si la surface est convexe (ménisque convexe, goutte), elle augmente; si elle est concave (ménisque concave), elle diminue. Sa valeur est déterminée par la formule