DE L'IONISATION THERMIQUE DES VAPEURS SALINES

Par m. g. MOREAU,

Professeur de Physique à la Faculté des Sciences de rUoiTersité de Rennes.

A. — Ionisation à hante température. Hammes saléei.

L n champ électrique est établi entre les électrodes d'un condensasateur plan en platine, plongé dans la flamme très chaude d'un bec Bunsen, et Ton note au galvanomètre le courant pour une diflerence de potentiel V. Lorsqu^on charge la flamme de vapeurs salines, par piil\érisation d'une solution de concentration connue (procédé Gouy) on obser\e un accroissement considérable de conductibilité avec un sel alcalin. Les autres sels, y compris les sels ammoniacaux, la vapeur d*eau, les solutions acides ne fournissent pas de conductibilité régulière ou supérieure à celle d'une flamme pure.

1. Pour une flamme de concentration fixe, le courant I dû à la vapeur, augmente avec V, jusqu'à un courant limite lo dont l'intensité varie peu avec le radical acide du sel et beaucoup avec le métal. L'ordre de conduction décroissante est ciesium, rubidium, potassium, sodium, lithium, thallium.

2. Pour la même vapeur le courant limite croît sensiblement comme la racine carrée de la concentration de la flamme. ( Loi d'Arrhénius : tf'ied. Ann,^ 1891.')

L'analogie des courbes de conductibilité d\ine flamme salée avec celle d'un gaz ionisé est évidente et conduit à attribuer le phénomène à l'ionisation du sel dans le corps de la flamme, c'est-à-dire à la formation de centres chargés constituant des ions positifs et négatifs qui se déplacent dans le champ électrique et déchargent les électrodes.

— L'un des caractères de ces ions est leur mobilité on la \ites>e qu'ils acquièrent en vertu de leur charge dans un champ électrique de i volt par centimèlrt\

J'ai mesuré ces mobilités par un procédé détaillé ailleurs {Annales

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de Chimie et de Physique^ septembre iQoS), et dont voici le principe :

Deux flammes A et B d'égales dimensions {fig>) brûlent côte à cote en se frôlant légèrement suivant la majeure partie de leur hauteur S. Elles sont réglées de façon que leurs filets gazeux ont même

F. pure \ F.MJé*

vitesse linéaire v\ A est pure, B chargée de vapeurs salines. Le condensateur plan a une électrode aa' dans A et Tautre 6 dans B. Le courant I ne s*établira entre ces électrodes que si le champ électrique X peut infléchir suffisamment les trajectoires des ions de B pour qu'ils viennent toucher aa' . La courbe I = /(X) sera ainsi décalée parallèlement à l'axe des X, d'une longueur Xo qui représente le champ minimum, nécessaire à l'établissement du courant. L'observation de Xq fournit la mobilité k par la formule (i)

^r dv aC = d,

ok aa = o.

V oici les résultats pour les sels de potassium et de sodium :

1. A concentration moléculaire égale, la mobilité kt de Vion négatif est indépendante du radical acide du sel. Elle varie avec le métal en raison inverse de la racine carrée de son poids atomique. Pour la même vapeur, elle augmente notablement quand la concentration diminue.

Exemple :

Concentration de la solution vaporisée } en molécules-litre (

, . . \ Sels de potassium.

A:} en centimètres. ^ ^ ■ j ••

( Sels de sodium.. .

2. La mobilité Xr^ de Vion positif est indépendante de la concentralion et de la nature du sel. Elle est égale à Ho'''".

Les vitesses k^ et A"2 sont très supérieures aux mobilités des gaz ionisés parles rayons deRcintgen; pour l'air, à température ordinaire

8oo

io4o

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et SOUS pression normale, on trouve i'^'",7 et i^'",4« Les agglomérations qui constituent les ions d'une flamme sont donc plus faibles. II est difficile de se rendre compte de leur grosseur, c'est-à-dire d'évaluer le nombre des molécules maintenues par attraction électrostatique autour du centre chargé, sans connaître leur coefficient de dillusion. Les calculs qu'on peut faire sont donc très approximatifs. En supposant avec J.osclimidt que le coefficient de diffusion varie comme le carré de la température absolue et en partant des valeurs observées pour celui-ci à température ordinaire pour les gaz, on trouve que Tion négatif est une fraction de Fatome du métal plus petite que l'atome d'hydrogène, et variable avec la concentration. L'ion positif est comparable à une molécule du sel et par suite d'une grosseur assez peu diflerente d'un sel à l'autre. Dans cet hypothèse et au point de vue de la masse, ils seraient intermédiaires entre les ions des gaz ordinaires et les corpuscules de Thomson.

Effet Hall. — Si un champ magnétique H agit transversalement sur les ions en mouvement dans un champ électrique x, une force électromotrice Z, perpendiculaire au plan :rH, est produite et le coeffi-

eient R= — ^ de cet effet Hall a pour valeur {Mémoire cite plus haut)

où P est un coefficient compris entre i et \.

Le phénomène de Hall a été observé dans les flammes salées par Marx {Drude*s Annal., Il, 1900). Les nombres qu'il fournit pour R ■concordent bien avec les valeurs précédentes des mobilités. Les variations de ce coefficient avec la concentration sont expliquées par

•celles de kx ainsi que la relation R^//?i = const., où m est le poids atomique du métal que Marx a trouvé, puisque mes expériences

établissent k \hn = const.

B. — Ionisation à température peu élevée.

Les propriétés conductrices d'une vapeur saline n'exigent pas forcément la haute température d'une flamme pour apparaître. Je les ai <'tudiées à des températures moins élevées par le procédé suivant :

Le courant d'air d'une trompe à eau traverse une solution aqueuse ^Tun sel, une colonne desséchante surmontée d'ouate qui arrête les gouttelettes d'eau et les poussières, un tube de porcelaine chautTé au

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rouge, un condensateur cylindrique, relié à un électromètre Curie, par son armature externe, pendant que Télectrode centrale esta un potentiel V : la charge reçue en une seconde par Télectromètre donne le courant I qui traverse le courant d'air salé.

En éloignant le condensateur de la région chaurtée, on observe, avec les sets alcalins et les sels He calcium, un courant encore notable si Tair est refroidi à ^o". Les autres sels, dont les sels ammoniacaux, l'eau, les acides ne donnent rien de net.

J'ai étudié jusqu'ici les sels de potassium et voici les résultats obtenus, qui présentent une grande analogie avec ceux des flammes : \ concentration constante delà solution, I augmente avec le potentiel V, jusqu'à la valeur limite de saturation \q et suivant la formule de Langevin

b) lL=log(.+ ïiï)

où V est une constante.

Le courant limite Iq dépend du métal et du radical acide du sel. H croît comme la racine carrée de la concentration de la solution.

Voici la densité N des centres chargés, observée à 20*^™ de la région chauffée (1000®). La température du courant d'air est 140" et la concentration de la solution ~ molécule-litre. On a pris pour charge de l'ion e = 4 X io~'«

Kl KCI KBr KAzO^ KOH NaCI

N= |.io* 3,4.10* 2,6.10* '2.10* 9.10' 3.10*

Ces nombres sont du même ordre de grandeur que ceux des rayons Rônlgen.

Mobilités des ions. — Le courant d'air salé traverse un double condensateur cylindrique à armatures externes P et Q de même rayon : P est au sol etQ est relié à l'électromètre. L'électrode commune intérieure est portée à un potentiel croissant V. Le courant reçu par Q primitivement au potentiel zéro, croit, atteint un maximum pour Vq, décroît et s'annule. -\ mesure que V augmente les trajectoires des ions s'intléchissent vers les armatures extérieures, rencontrent ( ) suivant une surface décroissante et finalement touchent seulement P. L'observation de V„ fournit la mobilité K. (Zéi.kny, Philos, tran- Mr., 1901).

Les résultats sont différents de ceux des llammes.

1. Dans une tranche quelconque du courant gazeux, les mobilités