Mesure des mobilités. Courbes de Zélény

La mesure des mobilités peut se faire en traçant simplement une courbe de saturation et cherchant le voltage V pour lequel la saturation est atteinte. Ce voltage se détermine par l'intersection de la tangente à l’origine de la courbe (laquelle est sensiblement rectuligne au début) avec le prolongement du palier horizontal. On a pour la

mobilité K ()

(1) Her

TA A où V désigne le débit gazeux et C la capacité du tube. Pour avoir un peu plus de précision, on se sert d’un tube à deux électrodes /; et /,, isolées par une coupure de longueur négligeable. L’électrode /, est reliée au sol, et l’électrode L, à l’électromètre. On trace la courbe de variation du courant recueilli par Z, en fonction du potentiel mis sur le tube (courbe de Zélény). La forme théorique de la courbe est celle de la figure 6. Le voltage critique V

A & al B S ae % uÙ 1 Différente de Voltage Gritig Potehtiel

Fig. 6. — Méthode de Zélény.

A, courbe théorique; B, courbe expérimentale.

est celui à partir duquel le courant s’annule. La mobilité s'obtient par la formule

U (2) Nu

c désigne la capacité par unité de longueur et /, la longueur de la première électrode. Il est visible que les formules (1) et (2) expriment la même relation.

Dans la méthode de Zélény, le voltage V se détermine par extrapolation graphique. Lorsqu'on a affaire à des

(:) Voir E. BLocu, Thèse, p. 46.

ions de mobilités variées, cette extrapolation présente une grande incertitude, car la courbe de Zélény tend à se raccorder avec l’axe des x sous un angle de plus en plus petit (voir fig. 7). Il y a avantage alors à utiliser la rela-

CRT AC RS PRE EN OCR EST 9 00 de 95 volts Fig. 7. — Barbotage de l’air dans l’eau. Courbes de Zélény.

[, ions négatifs; IT, ions positifs.

lion qui existe entre le voltage critique V, le voltage V' correspondant au maximum de la courbe et les longueurs l, et L. On a, en effet, d’après la théorie,

Ve VAE

Or, sur nos courbes, le voltage V'est toujours beaucoup mieux marqué que le voltage V. Le barbotage dans l’eau distillée donne des courbes à maximum très accusé, et même dans le cas des solutions concentrées où les courbes sont extrêmement déformées il est encore possible de trouver approximativement le point le plus haut. La formule dont nous nous sommes servi pour le calcul des mobilités a été celle-ci :

U 19 Feet

C désignant la capacilé totale du tube, La mobilité ainsi

38 TIBIOCH:

déterminée est ce que nous appelons mobilité moyenne. Lorsque la courbe de Zélény est à maximum net, la mobilité moyenne est aussi celle des ions les plus nombreux. Lorsque la courbe de Zélény est tout à fait aplatie, nous pouvons avoir de part et d’autre de la mobilité moyenne une proportion notable d'ions aberrants. Leur importance s’estime à l'allure des branches correspondantes de la courbe.

Les tubes à mobilités qui nous ont servi ont été au nombre de trois :

2b. 24. @ (Fe Fe C.

mm nm cm cm Hinoe lle ocre COTON O0 270 TOR 10,60

DLL CO ATOM O 2 ORESSRSS 39,34 ne EE Go, O0 60 6 HTC

Ces tubes pouvaient fonctionner comme tubes à saturation lorsqu'on réunissait par l'extérieur les deux parties de l’électrode centrale. Le tube [ convient aux ions de grande mobilité ; nous avons contrôlé son fonctionnement en mesurant la mobilité des ions du radium. Le tube Il sert pour les ions moins mobiles; le tube IE a été employé pour les ions de très faible mobilité formés par barbotage dans l’acide sulfurique concentré. Dans chacun de ces tubes, le champ électrique est limité par des toiles métalliques. Ils sont munis de raccords jointifs pouvant s’adapter aux flacons barboteurs.

Nous avons construit un grand nombre de courbes de Zélény, en faisant varier dans de larges limites l’intensité du barbotage et le courant gazeux. Les expériences de saluration nous ayant fait voir que l’eau distillée fournit des ions relativement mobiles, il y avait intérêt, pour éviter les pertes par diffusion et recombinaison, à employer des courants d’air aussi rapides que possible. C’est ce qui a été réalisé en prenant sur la canalisation d'air comprimé une dérivation réglable par une pince à vis. Cette dérivation

sert à entraîner les ions produits dans le barboteur. Le débit Ü qui intervient dans les formules (1), (3) est alors la somme des débits dus au barbotage et au courant d’entraîinement. On le connaît par la lecture des compteurs à gaz.

Le Tableau suivant donne les résultats d’une mesure faite dans ces conditions. Les nombres indiqués sont toujours inversement proportionnels aux courants (temps mis par le spot pour parcourir 250 divisions).

er r :

Mobilités. — + 95 volts sur le mégohm. — U = 300 sec Divisions du mégohm. 1e 7 3. 4. PRE 216 A OU EE JE 07 1008 BéSaUUS OI 2 TE DAMON T8.) 23224 29 109 39007 Jons positifs .. 13 12 OT PO TOO 2220 D 2027

Une fois la position du maximum connue approximativement, on la détermine avec exactitude en mettant sur le mégohm une fraction de boîte convenablement choisie (5 ou 10 accumulateurs seulement). On arrive ainsi à construire avec une correction suffisante des courbes analogues à celles de la figure 7.

Ces courbes, dans le cas de l’eau distillée, montrent des particularités qui rappellent celles des courbes de saturation.

Il existe une dissymétrie entre les courbes relatives aux ions négatifs et les courbes relatives aux ions positifs. Les courbes de Zélény sont toujours plus nettes dans le cas des ions négatifs, leur maximum est mieux accusé et la parte descendante, au moins à son début, est plus inclinée vers l’axe des abscisses. Les ions positifs donnent des courbes*moins aiguës, et à chute plus lente. Ceci indique que la mobilité moyenne est mieux définie dans un cas que dans l’autre, Dans le cas des ions négatifs, les ions les plus mobiles sont en mème temps les plus nombreux. La partie descendante de la courbe de Zélény paraît bien se

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diriger vers le point V correspondant au voltage critique. Au contraire, les courbes positives sont fortement aplaties ; passant au-dessous des courbes négatives dans la région du maximum, elles restent au-dessus d’elles pour les potentiels élevés. On en conclut que les ions positifs ont une mobilité mal définie, et qu’une proportion assez notable possède une mobilité très faible. Le maximum des courbes est loujours déplacé légèrement vers la droite lorsqu'on passe des ions négatifs aux ions positifs. Il en résulte que la mobilité moyenne est plus petite pour ces derniers.

Au point de vue quantitatif, les nombres obtenus pour les mobilités moyennes sont les suivants:

K— ALES 8, K— po 4.

Ces nombres n’ont rien d’absolu. Leur signification même fait prévoir qu'ils peuvent être légèrement variables d’une expérience à l’autre. Suivant l'intensité du barbotage, la rapidité du débit, le volume du récipient, les nombres K et K, ont oscillé entre les valeurs suivantes : 0"",8 à 2"% pour les ions positifs, 1"",2 à 2"%,9 pour les ions négatifs. Nous ne nous éloignerons-pas beaucoup de la vérité en attribuant aux ions du barbotage des mobilités de l’ordre de 1", 5.

Si l’on se rappelle que les ions du radium, des rayons X et de la lumière ultraviolette ont des mobilités voisines de 1,6, on sera frappé du fait que les ions du barbotage ont une mobilité à peine 10 fois plus faible que celle des petits ions. [ls sont donc beaucoup plus rapprochés de ces derniers que des ions à faible mobilité, dont le type est réalisé par les ions du phosphore, et pour lesquels K, et K descendent jusqu'à o"",003. C'est un point d’autant plus digne de remarque que les ions du barbotage prennent naissance à froid, dans un milieu chargé de vapeur et de gouttes d’eau. Il faut en conclure que la pré-

sence de l’eau n’est pas la cause essentielle dé formation

des gros ions, ou du moins que l’alourdissement des centres par attraction de molécules d’eau n’entraîie pas une instabilité absolue. Notons aussi que, dans le phénomène des chutes d’eau, Lenard a montré que les charges posilives sont surtout transportées par les gouttes liquides. Si l’on accepte l’analogie du barbotage et des chutes d’eau, le fait que les ions positifs ont une mobilité à peine inférieure à celle des ions négatifs semble indiquer la présence de particules liquides extraordinairement petites. Nous reviendrons plus tard sur ce point.

La solution saturée de phénol dans l’eau a donné pour K., et K des nombres voisins de 0"",43. Les effets fournis par le phénol sont plus intenses que ceux de l’eau; mais les ions produits ont une mobilité de 3 à 4 fois plus petite.