INTRODUCTION

Les exemples d’ionisation connus d’une manière certaine sont aujourd'hui assez nombreux (rayons Rônigen, radioactivité, flammes usuelles, effet photoélectrique de Hertz, barbotage, phosphore, solides incandescents, etc.). Malgré la diversité des agents ionisants, les ions produits présentent souvent des caractères communs. C’est ainsi que les ions des rayons Rüngten, les ions du radium, les ions formés par l’action de la lumière ultraviolette sur le zinc se comportent comme des agglomérations relativement petites, portant la même charge et possédant les mêmes dimensions. Nous nous conformerons à l’usage en désignant sous le nom de petits ions ces centres dont la charge est 4.107t° unité électrostatique et dont la vitesse est voisine de 1°",6 dans un champ d’un volt par centimètre.

L'étude du phosphore, des gaz de la flamme et des gaz de Pélectrolyse a fait connaître des centres chargés de dimensions beaucoup plus grosses dont la mobilité est voisine de — de millimètre et dont la masse est plusieurs milliers de fois supérieure à celle des petits ions. Nous conserverons la dénomination de gros tons pour désigner ces centres de grandes dimensions assimilables à des poussières.

Malgré l'ignorance où nous sommes du mécanisme intime des phénomènes, nous concevons assez bien Îa possibilité de formation des petits ions. Dans le cas des rayons Rüntgen, une perturbation électromagnétique de grande intensité traverse l’atome; de là des percussions capables de détacher un corpuscule. Dans le cas des rayons & ou B, c'est le choc direct d’un corps électrisé animé d’une vitesse énorme qui brise atome en arrachant un électron. L'action de la lumière ultraviolette est plus difficile à interpréter; mais, ici encore, il est probable que le champ électrique de l’onde lumineuse agit sur les électrons présents dans le métal et peut, sous certaines conditions, les projeter hors de celui-ci. D'une façon générale, pour tous ces phénomènes, sans pouvoir pénétrer dans le détail, nous saisissons deux points importants : d'une part, nous savons que l’énergie mise en jeu dans l'acte de l’ionisation est de nature électromagnétique; d'autre part, cet acte nous apparaît comme une déssocration, comme une division de latome en parties plus petiles ne revenant aux dimensions atomiques ou à des dimensions plus grandes qu’à la suite d’attractions secondaires.

Le mécanisme de formation des gros tons est beaucoup plus difficile à saisir. L'idée la plus naturelle est de les regarder comme des ions qui ont été pelits à l’origine et qui, par le jeu de la recombinaison, de la diffusion, de l’attraction électrostatique, finissent par s'entourer d’une gaine

de molécules assez compacte pour en faire des poussières. La présence de poussières proprement dites dans un gaz chargé de petits ions faciliterait singulièrement ces phénomènes d'association. Les poussières liquides seraient à cet égard aussi efficaces que les poussières solides. Mais, en dehors même de toute poussière préexistante, les ions peuvent par eux-mêmes constituer des noyaux de condensation. Comme l’électron; sitôt libéré dans un gaz, s’entoure des molécules de ce gaz pour devenir un petit ton, de même l’ion, par altraction des molécules d’eau, s’alourdit peu à peu el se lransforme en goultelette. Si, comme l’a fait P. Langevin, on lraile cette hypothèse par le calcul, en recherchant au moyen de la Thermodynamique les conditions d'équilibre d’une gouttelette soumise à la fois à la tension capillaire et à la pression électrostatique, on arrive à cette conclusion remarquable : le rayon de la goutte allant en croissant, celle-ci passe par deux régions d’équilibre stable; l’une correspond à un rayon très pelit, comparable aux dimensions moléculaires, l’autre à un rayon beaucoup plus grand, comparable à celui des gros ions. Entre ces deux régions, 1l existe une région instable que la goutte peut franchir, mais où elle ie peut s'arrêter (!).

Cette théorie explique assez bien les phénomènes de condensation en présence des ions. Elle a semblé tout à fait satisfaisante tant qu’on n’a connu que les deux sortes d’ions énumérées plus haut. Mais des cas nouveaux ont été découverts où, à côté des ions gros et petits, on a signalé des ions de mobilité intermédiaire, appartenant à la région d’instabilité exclue par la théorie. Ces ions forment généralement des complexes hétérogènes, de mobilité mal définie, celle-ci variant dans de larges limites autour d’une valeur moyenne. Mais cette valeur moyenne est

(NO. EE BLocu, Thèse, p. 115-123.

très différente à la fois de celle qui correspond aux gros ions du phosphore et de celle qui correspond aux ions des rayons Rüntgen. Des faits de ce genre ont été mis en évidence par Aselmann (!) dans lionisation par chutes d’eau. C’est un des objets essentiels du présent Mémoire de montrer que l’ionisation par barbotage conduit à la même constatation : ici encore, les ions produits sont des ions de mobilité moyenne, et la valeur de cette moyenne dépend de la nature du liquide employé. Ce résultat ne permet pas de préjuger la question de la stabilité. Les phénomènes sont trop compliqués pour qu’on puisse dès à présent tirer une conclusion. Îl convient de s’en tenir au résultat expérimental et de noter que dans une atmosphère saturée de vapeur d’eau 1l peut exister des centres électrisés de dimensions intermédiaires entre celles des petits ions et celles des gros ions.

Le barbotage n’est pas le seul moyen dont nous disposions pour obtenir des dégagements gazeux en milieu liquide. Les actions chimiques et électrolytiques présentent une analogie évidente avec le barbotage mécanique ; il nous a paru nécessaire d'en reprendre l’étude pour voir si cette analogie s’étend aux phénomènes d’ionisation. On sait par les travaux de Enright (?), Townsend (?), E. Bloch (*), et autres, que les gaz récemment préparés possèdent une conductibilité notable et que cette conductibilité présente tous les caractères de l’ionisation. S’agitil ici d’une ionisation proprement chimique, liée à la production ou à la destruction de composés définis ? Les ions qui se dégagent à la surface son t-ils formés dans la masse même du liquide, sont-ils libérés par l’action du courant, proviennent-ils des échanges d'électricité qui accompa-

1) E. ASELMANN, Ann. der Phys., t. XIX, 1906, p. 983. ) ENRiGnT, Phil. Mag., 5° série, t. XXIX, 1890, p. 56. 3) Townsenp, Zbid., 5° série, t. XLV, 1898, p. 125. 4) E. BLocu, loc. cit.

mm

gnent la réaction chimique ? S'il en était ainsi, on pourrait espérer, par l’étude de lélectrolyse ou des actions chimiques par voie humide, saisir le lien entre les ions gazeux et les ionsélectrolytiques. Mais, suivant une hypothèse déjà émise par Kôsters (!), il peut se faire que les actions de barbotage jouent le rôle essentiel dans l’ionisation par voie chimique. Il faudra donc renoncer définitivement à admettre une transformation directe d'énergie chimique en travail d'icnisation. Par contre, les réactions chimiques, à cause des circonstances toutes spéciales de formation et de dégagement des bulles, nous donneront un moyen d'étudier l’ionisation par barbotage dans des conditions extrêmement différentes des conditions normales. Au lieu de nous renseigner sur les forces d’affinité chimique, elles pourront nous renseigner sur les forces capillaires, les forces de cohésion, et surtout les forces électriques régnant dans les couches de passage. On trouvera dans ce Mémoire le détail des expériences qui rendent très probable cette seconde manière de voir. Nous pensons avoir montré que l’hydrogène naissant doit toutes ses propriétés conductrices à des actions superficielles identiques au barbotage. La possibilité de supprimer toute conductibilité du gaz en recouvrant le liquide où se fait la réaction d'une couche très mince d’éther ou de benzine nous paraît à cet égard un argument important. Il convient de regarder les cas d'ionisalion de ce genre ainsi que le barbotage usuel comme des modalités d’un cas plus général, la rupture des surfaces liquides par action mécanique.

Puisque la réaction chimique par voie humide v’est pas par elle-même cause d’ionisation, que faut-il penser des réactions chimiques par voie sèche où nous ne pouvons plus, pour rendre compte de l’ionisation, invoquer

(!) Kôsters, Ann, der Phys., t. LXIX, 1899, p. 12.

6 L. BLOCI.

les effets de barbotage? Le cas du phosphore, le cas des flammes nous apprennent que certaines transformations chimiques sont accompagnées d’ionisation. Est-ce là un phénomène de caractère général, et quel est alors son lien avec l’action chimique? Nous touchons ici à un domaine extrêmement vaste, celui du mécanisme des combinaisons chimiques. Dans ce domaine, les théories électroniques ont déjà suscité des hypothèses fécondes (!). Il serait très désirable d’en obtenir confirmation par une voie purement expérimentale, Si étude des réactions chimiques nous mettait régulièrement en présence de phénomènes d’ionisation, ce serait peut-être un moyen d'établir la synthèse électrique de l’atome.

Dans l'espoir d'obtenir quelque éclaircissement sur ce point, nous avons abordé l'étude d’un certain nombre - de réactions chimiques. Notre objet était de rechercher si elles étaient accompagnées d'ionisation, enfin de voir s’il serait possible d'établir un lien entre cette ionisation el la nature de la réaction qui lui donne naissance. Notre point de départ a été le cas du phosphore. Il nous est apparu que ce cas mel en œuvre, côte à côte et dans le même tube, deux actes d’oxydation différents, lun entièrement exempt, l’autre accompagné d'ionisalion. IL fallait rechercher si cette différence se retrouve ailleurs, Nous nous trouvions ici en présence d’une idée généralement répandue el à laquelle il a été donné corps par l'emploi d'expressions comme celles-ci : électrisation par action chimique (?), effet de réaction chimique (*). L'hypothèse d'une conductibilité corrélative de toute rupture d'équilibre chimique n'avait rien d’invraisemblable a priori. D'autre part, pendant le cours même de

.-J. THOMSON, Ælectricity and Matter, Chap. V. .—]. Taouson, Corduction of Electricity through Gases, 2° édit.,