CHAPITRE LE

Recherches sur les gaz produits par les substances radioactives. — Décomposition de l’eau.

Parmi les nombreuses recherches effectuées sur les phénomènes de Radioactivité, celles qui ont été faites dans le but d'étudier la formation et la nature des gaz produits par les substances radioactives ont été particulièrement importantes.

L'observation du dégagement gazeux produit au sein d’une solution d’un sel de radium, observation qui a précédé toutes les recherches relatives au montant de l’énergie mise en jeu dans les phénomènes de radioactivité, a montré pour la première fois que l'énergie dégagée n’est pas infiniment petite, et qu’elle est capable de déterminer des actions extrêmement puissantes (décomposition de Peau, "etc.}

La découverte de La présence du gaz hélium dans les gaz dégagés a été fondamentale. Elle à établi avec certitude que les phénomènes de Radioactivité sont ceux qui accompagnent les transformations atomiques, ce qui n'avait été considéré que d’une manière hypothétique. L'examen approfondi des circonstances de la production du gaz hélium, a fixé d’une manière définitive la nature de certains rayons émis par les atomes radioactifs, et a permis de se faire une image très précise de leur transformation.

La séparation de l’émanation du radium des gaz produits-par celui-ci, sa purification, l'étude de ses propriétés ont confirmé d’une manière saisissante les hypothèses fondament les des théories des phénomènes radioactifs. Enfin l'étude des gaz extraits des minéraux radioactifs permet de déterminer avec quelque vraisemblance l’époque approximative de leur formation et d'aborder, avec une

certitude beaucoup plus grande, certains problèmes géologiques.

Ces quelques exemples-suffisent à montrer le rôle important des travaux sur ces gaz. Mes recherches ont porté sur les différents phénomènes qui viennent d’être signalés, et j'en commencerai l'exposé par l'étude expérimentale et théorique de Ja décomposition de l’eau produite sous l’influence des substances radioactives.

Le phénomène fut observé pour la première fois par Giesel qui constata qu’une solution contenant du bromure de radium (1), dégage spontanément et d’une manière continue un gaz constitué par un mélange d'hydrogène et d'oxygène. Tous les expérimentateurs qui ont eu l’occasion d’utiliser des solutions contenant une quantité importante de radium ont pu observer le même phénomène. Lorsque la pression au-dessus du liquide ne dépasse pas quelques centimètres, on peut observer la formation de petites bulles gazeuses qui se succèdent à des intervalles très rapprochés et qui partent généralement de différents points de la paroi en contact avec la solution.

Les sels solides de radium qui contiennent de l’eau d’hydratation donnent lieu à la même décomposition; les gaz restent en grande partie occlus dans le sel qui devient alors extrêmement friable et se transforme souvent en une poussière fine. Les gaz occlus se dégagent lorsqu'on ajoute une petite quantité d’eau au sel, ils peuvent également être dégagés par l’action de la chaleur. On doit tenir compte de ce dégagement de gaz dans la fabrication des ampoules de radium scellées, le sel enfermé doit être absolument sec; des accidents et des pertes importantes se sont produits assez fréquemment

(!) Grese, Berichte d. d. chem. Gesell., 1902.

6 A. DEBIERNE.

avec des sels qui n’avaient pas été soigneusement desséchés (1).

Le volume du gaz, dégagé par une quantité connue de sel de radium en dissolution, a été déterminé par différents expérimentateurs, les nombres obtenus sont toujours du même ordre de grandeur, mais il existe entre eux des différences importantes. Par exemple P. Curie observe une production de o°%*,2 de ÿaz à la pression atmosphérique, par gramme de bromure de radium pur et par heure, et Ramsay a publié différentes observations où la production a varié de of%,2 à o°%,4. Ces différences peuvent être dues à diverses causes qu’il est facile d’imaginer : en premier lieu, la quantité de radium mise en expérience n’était généralement pas connue avec exactitude, le dosage du radium n'ayant été eflectué avec précision que depuis quelques années; en second lieu, les différentes conditions de l’expérience, la quantité d’eau qui accompagne le sel, la forme du vase, la pression du gaz et son volume au-dessus du liquide, doivent avoir une influence importante. Cela résulte du mécanisme même de la décomposition qui sera indiqué plus loin.

Pour déterminer la quantité de gaz dégagé par la solution du sel de radium, on peut employer deux procédés: le premier consiste à extraire, à intervalles déterminés, le gaz produit par la solution à l’aide d’une pompe à mercure, et à le recueillir dans une éprouvette graduée; le second à suivre les variations de pression du gaz au-dessus de la solution à l’aide d’un manomètre convenablement disposé. Lorsqu'on extrait le gaz, on élimine en même temps la plus grande partie de l’'émanation dégagée par le radium, et comme cette émanation contribue pour une RER EE PORT EE pe Um

(9) Mme P. Curie, Traité de Radioactivité, p. 246.

part importante à la formation du gaz tonnant, on diminue ainsi la production du gaz par la solution. Le second procédé; quoique ne donnant pas encore la totalité du gaz susceptible d’être produit par le radium, est done plus correct.

Le dispositif que j'ai employé n’a pas été réalisé spécialement pour mesurer la quantité de gaz produit par la décomposition de l’eau, il a été établi principalement dans le but d'étudier la production du gaz hélium et de préparer l’émanation à l’état concentré, mais il permet aussi de déterminer facilement la pression totale du gaz dégagé.

L'appareil utilisé permet de faire préalablement le vide sur la solution, de conserver celle-c1 et les gaz qu’elle produit pendant un temps indéfini, sans qu'il puisse se produire une fuite ou une rentrée d’air, en évitant tout contact avec les robinets graissés, de mesurer le débit gazeux total, et d'établir une communication avec les appareils nécessaires pour l’extraction et l'étude des gaz obtenus.

L'appareil est représenté par la figure 1. Le vase R contient la solution de radium, 1l communique avec un tube en U servant de manomètre à mercure M, qui est relié à sa partie supérieure au robinet r,, et à sa partie inférieure au vase V contenant du mercure. Ce vase V est fermé par un tube rodé muni du robinet r;,et peut être mis en communication soit avec l’extérieur, soit avec une trompe à eau; par une manœuvre convenable, on peut facilement faire monter le mercure dans le tube en U, ou l’abaisser de telle façon que les deux branches du manomètre soient débarrassées de mercure, ce qui rend la communication libre depuis la solution de radium jusqu’au robinet r1. Sur le trajet du mercure, entre le vase V.et le manomètre, se trouve un tube plus large P avec un tube intérieur, qui sert de purgeur pour débar-

8 A. DEBIERNE.

rasser le mercure des petites bulles d’air qui sont assez fréquemment entraînées. Ce dispositif pour le déplacement du mercure permet d'éviter toute introduction acciden-

telle d’air et d’obtenir un mouvement très réglable du mercure; il est très supérieur au dispositif employé généralement qui consiste à relier, à l’aide d’un tube de caoutchouc, le manomètre avec le vase contenant le mercure et à déplacer celui-ci verticalement. Les joints du tube de caoutchouc et le caoutchouc lui-même retiennent toujours de l’air qui est entraîné avec le mercure, et une introduction d’air, même minime, peut rendre complètement inexactes certaines expériences, en particulier celles qui ont pour but de rechercher et de mesurer le gaz hélium produit par les substances radioactives (1).

(”) Ce dispositif est employé par moi depuis 8 à 9 ans: il a été utilisé dans un grand nombre de travaux effectués au laboratoire

Pour mettre en marche une expérience, on commence par introduire le mercure à l’aide d’un tube effilé dans l'appareil parfaitement vidé et séché, ce qui évite d’avoir des bulles d’air emprisonnées par le mercure contre la paroi. On introduit la solution bouillie et encore chaude, à l’aide d’un petit entonnoir placé sur le tube supérieur du réservoir R. Ce tube, qui porte un étranglement, est fermé à la lampe après cette introduction; un courant d'hydrogène ou d’oxygène est maintenu dans tout l’appareil pendant les opérations. De cette manière on évite presque entièrement la présence de l’air à l’état dissous dans la solution.

de Mme Curie (voir recherches de MM. Kernbaum, Herschfinkel, Duane, Scheuer, etc.), et peut être appliqué avec avantage dans un

grand nombre de cas. J’ai,en particulier, établi sur ce principe une jauge de Mac Leod, qui peut être reliée facilement à un appareil quelconque, est d’un maniement commode et fonctionne d’une manière très sûre (fig. 2).

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Une fois l'appareil fermé, on fait le vide sur la solution, puis on la fait bouillir de manière à éliminer complètement toute trace de gaz étranger. Pour éviter la distillation d’une trop grande quantité d’eau et la muse hors d'usage des appareils desséchants, on peut d’abord refroidir la solution à 0° ou un peu au-dessous de 0°, puis faire le vide : la tension de vapeur est alors faible, le vide qu’on peut obtenir est meilleur et la distillation moins active; on interrompt ensuite la communication avec la pompe à vide et l’on chauffe la solution de manière à provoquer une ébullition, la vapeur se condense sur le tube ascendant qui peut être refroidi; cette ébullition dégage les gaz dissous; on refroidit rapidement la dissolution à 0° et l’on fait le vide de nouveau, on répète cette opération plusieurs fois et l’on peut ainsi éliminer complètement les gaz étrangers. Pour rendre l’élimination de l’air encore plus parfaite, on peut faire des lavages de l’appareil avec un gaz pur, dont la présence en petite quantité peut être sans importance. Par exemple, dans le cas de la recherche de l’hélium, on peut faire ces lavages avec de l’hydrogène ou de l’oxygène, qui sont ensuite éliminés dans le cours des opérations. |

Les appareils qui m'ont servi pour faire le vide sont : la pompe-trompe à mercure Alvergniat modèle de M. Villard, la trompe Berlemont, enfin plus tard la pompe Gaede. Ces différents appareils donnent tous pleine satisfaction au point de vue de la perfection du vide. J’ai introduit dans la trompe Berlemont une petite modification qui permet de purger bien complètement le mercure des petites bulles d’air qui sont entraînées pendant le remontage, et le fonctionnement de cet appareil qui est très commode et peu fragile s’est montré alors absolument sûr. Naturellement la pompe Gaede avec son grand débit est d’un emploi particulièrement agréable,

Lorsque les gaz ont été complètement chassés, et qu'il

ne-reste que de la vapeur d’eau, on ferme le robinet r;, on fait monter le mercure dans le manomètre, ce qui supprime toute communication de la solution avec le robinet r,, puis on sépare l’appareil de la pompe en fondant à la lampe, sous le vide, le tube de communication. En opérant de cette manière, la pression de la vapeur d’eau s'exerce sur les deux colonnes de mercure du manomètre. Si la solution est étendue, sa tension maxima est très sensiblement égale à celle de l’eau pure, la pression exercée par la vapeur reste la même de chaque côté quelles que soient les variations de volume, de température ou de pression totale, et la différence de niveau du mercure dans les deux branches du manomètre indique directement la pression du gaz dégagé. Il suffit de mesurer cette différence de niveau à des intervalles de temps déterminés pour connaître le débit du gaz et tracer la courbe de la production.

Dans des expériences anciennes (1905), j'avais trouvé un débit moyen de gaz de o°%,3 par heure et par gramme de radium, dans des expériences plus récentes (1909), j'ai obtenu le nombre o°%°,54. ;

Au début, lorsque la pression au-dessus du liquide est très faible, on voit se dégager continuellement un grand nombre de bulles gazeuses assez grosses, puis peu à peu, à mesure que la pression du gaz augmente, les bulles deviennent de plus en plus petites et de moins en moins fréquentes, puis disparaissent complètement, quoique la pression du gaz augmente toujours régulièrement; le dégagement doit alors se faire par diffusion du gaz, dissous dans la solution, vers la phase gazeuse. Dans un même appareil, le débit moyen de gaz paraît bien régulier. Cependant, au début de l’expérience, la quantité de gaz produit n’est pas proportionnelle au temps, elle augmente peu à peu et le débit ne devient constant qu'après

un temps assez long,

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Cette augmentation progressive de la production du gaz est facile à expliquer; en effet, la décomposition de l’eau est due aussi bien à la présence du radium qu’à celle de l’'émanation et des autres produits de transformation du radium (radium À, radium B, radium C). La production de gaz ne deviendra donc constante que lorsque l'équilibre radioactif, entre le radium, l’'émanation et les autres produits de transformation, sera approximativement atteint, c’est-à-dire environ au bout d’une quinzaine de jours.

Le phénomène est en réalité plus compliqué encore, 1l dépend d’un grand nombre de facteurs, en particulier de la forme des appareils et de la quantité de liquide, mais cependant, lorsqu'on opère toujours avec le même appareil et qu’on recueille le gaz seulement à des intervalles de temps longs, la production moyenne du gaz doit être régulière. C’est ce que j'ai généralement observé dans mes expériences (1).

(} M. Ramsay a publié l'observation d'une singulière anomalie dans le dégagement des gaz d’une solution de bromure de radium. Cette solution, qui avait donné lieu à un dégagement régulier pendant un temps très long, a donné, à partir d’un certain moment, un dégagement beaucoup plus faible, qui est devenu ensuite presque nul. Le dégagement a repris ensuite peu à peu et est revenu à sa valeur normale (La Nature, 1908, p. 79-129). M. Ramsay indiquait comme possible un changement spontané dans les propriétés du radium. Un changement aussi rapide dans les propriétés du radium est contraire à tout ce que nous connaissons maintenant sur les phénomènes de radioactivité. Cependant il n’est pas impossible d’expliquer par des phénomènes secondaires une diminution du dégagement gazeux produit par une solution de radium. Le fait, qui sera discuté plus loin, qu'il existe un excès d'hydrogène dans le gaz dégagé, nécessite l’absorption d’une partie de l'oxygène par la solution et, par suite, la formation de composés oxygénés; ces composés peuvent s’accumuler dans la solution et provoquer l'absorption de l'hydrogène au moment de sa formation, le dégagement pourrait

Voici une série d'observations faites dans le courant de l’année 1905, avec une solution de bromure de radium (1):

Débit moyen

par jour.

cmÿ Reétdantunemperode dessous. 6.7 10100370 » 2. » DO D TT ee bre 0,384 » De » 40 NS io ee op 0,385 » 4° » 50 Dre es 0,382

Dans une autre série d’observations, faites en l’année 1909, j'ai pu observer pendant plusieurs mois, un débit qui a varié entre 2°%,3 et 2°% 4 par Jour, ce qui correspondait à un débit moyen de o°”,54 de gaz par heure et par gramme de radium élément (?).

__ La décomposition de l’eau et, d’une façon générale, différentes réactions chimiques peuvent être aussi obtenues par l’action des autres substances radioactives : c’est ce que j'ai d’abord pu observer avec l’actinium (3).

Une solution chlorhydrique, contenant une préparation concentrée d’actinium ayant été placée dans un appareil analogue à celui qui à été décrit précédemment, un dégagement réguher d’un mélange d’hydrogène et d'oxygène fut constaté. Les valeurs suivantes furent obtenues. {

ainsi aller en diminuant. Il faut d’ailleurs remarquer que, malgré le grand nombre d’expériences faites sur la décomposition de l’eau par le radium, l'observation de M. Ramsay est isolée et la cessation du dégagement gazeux paraît s’être faite brusquement d’une manière inopinée. Aussi je pense que dans ces expériences il a dû se produire quelque circonstance particulière qui a échappé à l’observation.

() Desrerne, Comptes rendus, 1905.

(?} DeBrerne, Comptes rendus, 1909.

(3) Degrernr, Comptes rendus, 1905.

14 A. DEBIERNE.

Débit moyen

par jour.

cm* Pendant une 1"° période de 67 jours .......... 0,171 » D Ye » RE SCO ne LOC) » 5. » DO MUN LrerccroeRONLTIE

L’actinium n'ayant pas encore été préparé à l’état de sel pur, on ne pouvait connaître la quantité de cet élément présente dans la solution; le dégagement avait la même valeur que celui d’une solution contenant 18 à 2% de radium.

Plus tard, la décomposition de l’eau par l’action de l’'émanation du radium et par les sels de thorium fut constatée par Ramsay et celle obtenue par l’action des sels d'uranium par Soddy (1).

Enfin, dans des expériences faites avec le polonium à l’état concentré, nous avons montré, Mme Curie et moi, que la solution chlorhydrique de polonium donne lieu aussi à un dégagement gazeux constitué par un mélange d'hydrogène et d'oxygène. Le dégagement s’est montré réguler, cependant il a diminué peu à peu, à cause de la disparition spontanée et progressive du polonium contenu dans la dissolution.

La décomposition de l’eau dans une solution contenant des substances radioactives peut être attribuée, soit à une action directe des substances radioactives en solution (radium, émanation, radium A, radium B, radium C, actimium, polonium, ete.) sur l’eau, et c’est ce qui a été quelquefois supposé, soit à l’action des différents rayons qu'ils émettent (rayons «, rayons 8, et rayons y).

Le radium a, au point de vue Hire les mêmes propriétés que le baryum ; il doit être en solution à l’état d'ion électrolytique et ne peut agir lui-même sur l’eau EP Re

(!) Læ Nature, 1908.

pour provoquer la décomposition chimique. Cependant il subit peu à peu une transformation spontanée et une petite proportion est transformée en émanation, puis en radium À, en radium B, radium C, etc. Certaines de ces substances ont les propriétés de métaux; il ne serait pas absurde de supposer qu’elles sont formées à l’état métallique et que certaines d’entre elles sont capables de décomposer l’eau directement à la manière des métaux alcalins et alcalino-terreux. Cependant au moment de leur formation, ces atomes ont une charge positive; 1l est alors plus probable que grâce à cette charge, ils restent en solution comme ions électrolytiques. Enfin, même en admettant que les atomes qui résultent de la transformation du radium réagissent directement sur l’eau, un atome ne peut décomposer qu’une ou deux molécules d’eau. Le volume de gaz qui pourrait être ainsi obtenu est facile à calculer, car on connaît la vitesse de transformation du radium; il est du même ordre de grandeur que le volume du gaz hélium produit pendant le même temps, c’est-à-dire près de 100 000 fois plus petit que celui qui est réellement observé. On doit donc chercher une autre cause à la décomposition de l’eau et aussi aux autres réactions chimiques, et 1l est naturel de supposer qu’elles sont produites par l’action du rayonnement.

J'ai montré que cette hypothèse doit servir de base pour établir le mécanisme de la décomposition, par une expérience très simple, dans laquelle la décomposition de l’eau fut obtenue sans qu'il y ait contact entre l’eau et la substance active elle-même, le rayonnement pénétrant émis par la substance pouvant seul agir (1).

L'expérience consistait à placer une ampoule de verre scellée contenant une quantité importante de chlorure de radium dans un tube de verre mince plongé dans

(1) Comptes rendus, 1009; Le Radium, 1909.

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l'eau distillée. L'eau distillée entourant le tube, était contenue dans un récipient, auquel il était soudé, qui communiquait avec un manomètre à mercure faisant partie d'un appareil analogue à celui qui a été décrit précédemment. Le dispositif est représenté par la figure 3. Les

rayons agissant sur l’eau devaient traverser deux parois de verre : la paroi du tube scellé et celle du tube en verre mince soudé à l'appareil. L’épaisseur totale du verre traversé par les rayons était environ oMm; l'épaisseur d’eau autour du tube, 1°,2.

Pour faire une éxpérience, on commençait par éliminer complètement l'air de l’appareil, puis on faisait monter le mercure dans le tube en U et l’on plaçait l’ampoule de radium dans le tube central. La pression était observée à intervalles réguliers à l’aide du manomètre à mereure et, pour chaque mesure, on ramenait au même point le niveau du mercure dans la branche du manomètre communiquant avee le récipient à eau distillée.

L'augmentation de pression s'est montrée parfaite-

ment régulière et presque exactement proportionnelle au temps. Le débit a été en moyenne de 0°", ,115 de gaz par jour et par gramme de radium. On voit qu’il est beaucoup plus faible que celui du gaz dégagé par une solution de radium (environ 100 fois).

Après un temps très long, le débit semble diminuer peu à peu comme le montre la figure 4, qui donne la varia-

A É= ê ‘80 à 60 LS & 50 D ARE name ne D Pr ar D RO RE EE

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 7emps en jours

Fig. 4.

tion de la pression du gaz en fonction du temps. Après l'enlèvement de l’ampoule de radium, le débit devient nul, la pression reste constante et est représentée par une droite parallèle à l’axe des temps (à partir du point A). La diminution progressive du débit avec le temps peut provenir d’une absorption de gaz par des produits qui s’accumulent peu à peu dans l’eau, elle pourrait aussi résulter d’une recombinaison des éléments du gaz tonnant par l’action des rayons, mais nous verrons plus loin que le gaz dégagé n’est pas le mélange tonnant (1). Dans cette expérience les rayons qui peuvent agir sur

() M. Kernbaum, qui a répété cette expérience, a constaté une diminution de débit beaucoup plus accentuée, mais je n’ai pu expliquer la cause de cette différence (Le Radium, 1909).

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l'eau sont les rayons $ et les rayons y, l'absorption par l'eau est sensible surtout pour les rayons $ et l’on doit attribuer la décomposition principalement à leur action.

Quelque temps après, au laboratoire de Me Curie, MM. Duane et Scheuer ont fait agir les rayons émis par l'émanation et la radioactivité induite sans qu'il y ait contact entre l’émanation et l’eau. L’émanation était enfermée dans un petit tube de verre à parois très minces (de l’ordre de quelques centièmes de millimètre) qui laissait passer les rayons & et par conséquent les rayons 6 et y; mais, en faisant agir sur des épaisseurs d’eau différentes, on pouvait se rendre compte de la part qui doit revenir à chacune des espèces de rayons. On a pu constater ainsi que l’action des rayons & est prépondérante comme on pouvait le prévoir d’après les expériences sur les rayons pénétrants et celles faites avec le polonium.

Il me paraissait probable, après mes expériences sur les rayons pénétrants, que la décomposition de l’eau pouvait être produit par des rayonnements autres que ceux émis par les substances radioactives et, sur mon conseil, M. Kernbaum a essayé de mettre en évidence la décomposition par la lumière ultraviolette artificielle, la lumière solaire et les rayons X. Le résultat a été nettement positif (!) dans le cas de la lumière ultraviolette et de la lumière solaire.

La lumière émise par une lampe à mercure en quartz produit une décomposition relativement importante; il suffit d’une exposition de quelques heures pour obtenir un dégagement notable de gaz. Dans ces expériences, l’eau était contenue dans un petit ballon de quartz communiquant avec un manomètre analogue à celui que j'ai décrit précédemment. Un appareil identique fut exposé DR PE Non ee

(') Kernsaum, Comptes rendus, 1909; Le Radium, 1909.

pendant plusieurs mois à l’action de la lumière solaire et un faible dégagement gazeux fut constaté.

La décomposition de l’eau par les rayons solaires est un phénomène qui doit se produire d’une façon continue à la surface de la terre; une certaine proportion de l'hydrogène formé doit, en raison de la faible densité de celui-ci, échapper continuellement à la sphère d’attraction terrestre, de telle sorte que cette décomposition peut jouer un rôle important au point de vue cosmique.

L'analyse des gaz dégagés par les solutions de radium a été faite par différents observateurs. Le mélange ne pouvant contenir que de l'hydrogène et de l’oxygène, il suffit de faire éclater des étincelles électriques pour déterminer la recombinaison; la mesure du volume gazeux primitif et celle du gaz restant après l'explosion permet de calculer la composition primitive du mélange.

Giesel a constaté, dès ses premières observations, que le mélange n’a pas la composition du gaz tonnant; il existe un notable excès d'hydrogène, qui se retrouve après le passage de l’étincelle électrique. Le même résultat a été constaté depuis par Ramsay, et j'ai eu également l’oceasion de le vérifier.

Pour faire l'analyse du gaz on peut l’extraire de l’appareil à dégagement à l’aide de la pompe à mercure et le recueillir dans un eudiomètre. On peut aussi faire l’analyse dans l’appareil même qui a été employé pour observer la production du gaz. Il suffit pour cela de refouler avec le mercure la presque totalité du gaz placé au-dessus de la dissolution par un dispositif qu'il est facile d’imaginer, dans un tube gradué portant deux électrodes de platine. C’est le procédé qui a été employé, d’après mes indications, par M. Kernbaum, qui fit l’analyse du gaz dégagé par les rayons pénétrants du radium et par

20 A. DEBIERNE.

la lumière ultraviolette. On peut ainsi éviter plus facilement toute introduction de gaz étranger. Un dispositif analogue a été aussi employé par MM. Duane et Scheuer dans leurs expériences sur l’action des rayons de l’émanation du radium.

La grandeur de l’excès d'hydrogène contenu dans le mélange obtenu paraît dépendre des circonstances; c’est ainsi que M. Ramsay a constaté que cet excès peut varier de 3 à 16 pour 100, dans différentes expériences. Il peut dépendre en particulier de la composition de la solution qui, dans certains cas, peut réagir sur l'hydrogène ou l’oxygène naissant.

Il était intéressant de déterminer la composition du gaz dans le cas de la décomposition par les rayons pénétrants, car on agissait alors sur de l’eau pure avec des rayons d’une nature déterminée. Mes expériences sur l’action des rayons pénétrants ayant été entreprises dans un autre but, j'ai demandé à M. Kernbaum de bien vouloir répéter les expériences dans le but spécial de déterminer la composition du gaz dégagé.

M. Kernbaum a ainsi trouvé le résultat curieux que ce gaz est presque entièrement constitué par de l’hydrogène. Il a également analysé le gaz obtenu par l’action des rayons ultraviolets émis par une lampe à vapeur de mercure en quartz et a obtenu le même résultat.

La production d'hydrogène pur, dans la décomposition de l’eau, doit être naturellement accompagnée par la formation d’un composé oxygéné; c’est ce qui a été montré par M. Kernbaum qui a pu déceler et doser dans l’eau exposée à l’action des rayons $ et à la lumière ultraviolette, une petite quantité d’eau oxygénée. Le dosage est particulièrement délicat et n’a pu être fait que par une méthode colorimétrique; la quantité d’eau oxygénée correspondait assez bien à l'oxygène rendu disponible par le dégagement de l'hydrogène.

SUR LES PHÉNOMÈNES DE RADIOACTIVITÉ. 21 L’équation de la décomposition doit donc s’écrire

On peut supposer que chaque molécule d’eau est décomposée en un atome H et un radical hydroxyl OH, deux atomes d'hydrogène se soudant pour faire une molécule d'hydrogène, et deux radicaux hydroxyls donnant lieu à la production d’une molécule d’eau oxygénée. M. Kernbaum a étudié spécialement, à la suite de ces recherches, la décomposition de l’eau dans différents cas et en a tré des conclusions intéressantes.

La décomposition de l’eau exige une quantité d’énergie relativement considérable et cette énergie ne peut être empruntée qu’au rayonnement absorbé. L'énergie totale fournie par une quantité donnée de radium, mesurée sous forme de chaleur, est de 135 calories par gramme de radium et par heure, d’après les dernières déterminations. Si toute cette énergie était utilisée dans la décomposition de l’eau, il en résulterait un débit de gaz d'environ 60°% par heure. Les nombres observés dans les différentes expériences de dégagement de gaz des solutions de radium sont beaucoup plus faibles; celui que j'ai obtenu, 0°%,54 par gramme de radium et par heure, doit être multiplié par un coefficient important pour tenir compte de l’absorption des rayons par les parois; cependant, mais en faisant cette correction, on ne pourra obtenir comme énergie absorbée qu’une faible proportion de l’énergie totale des rayons.

Dans certaines expériences de M. Ramsay relatives à l’action de l’émanation sur l’eau, on aurait observé une utilisation de 17 pour 100 de l’énergie dégagée par l’émanation ; c’est là une proportion considérable, en contradiction avec les autres observations, et 1l serait intéressant de reproduirelces expériences. Si une pareille utilisation de l'énergie pouvait être obtenue, on devrait pouvoir

22 A: DEBIERNE.

constater facilement une différence entre la chaleur dégagée par l’émanation seule et celle produite par l'émanation en présence de l’eau, car l’énergie absorbée pour la décomposition de l’eau ne serait pas mesurée comme chaleur. |

Les expériences précises de MM. Duane et Scheuer, donnent certainement une mesure assez exacte de l'énergie des rayons & qui est utilisée dans la décomposition de l’eau liquide; cette proportion est de 6 pour 100 environ de l'énergie totale des rayons (1).

Mécanisme de la décomposition. — Il a été montré précédemment que la décomposition de l’eau, soumise à l'influence des substances radioactives ne peut être exphiquée par une action directe de ces substances, et qu'il faut chercher la cause du phénomène dans une action des différents rayonnements qu’elles émettent.

Trois espèces de rayons sont à considérer; les rayons a, les rayons $ et les rayons y. Tous ces rayons ont la propriété de rendre les gaz conducteurs en provoquant un phénomène d’ionisation; les liquides isolants et les diélectriques solides deviennent aussi, par cette action, et probablement par le même mécanisme, légèrement conducteurs.

Des expériences décrites ici, on peut conelure que les rayons & et les rayons 8 participent à la décomposition; pour le rayonnement y la question n’est pas élucidée, mais si la théorie que je propose est exacte dans son ensemble, le rayonnement y doit aussi produire la décomposition (?).

Plusieurs hypothèses peuvent être faites pour donner

() Le Radium, 1913.

() M. Kernbaum a essayé de réaliser la décomposition par l’action des rayons de Rontgen, qui paraissent être de même

une image de la décomposition par les rayons & ou f. L'hypothèse la plus simple est de supposer que l’édifice moléculaire est rompu par le choc des projectiles électrisés sur la molécule d’eau. Cette action directe doit certainement être la cause d’une partie au moins de la décomposition observée. En effet, nous savons que l’eau est dissociée à une température suffisamment élevée, lorsque la vitesse d’agitation thermique est très grande, c’est-à-dire lorsque les chocs mutuels entre les molécules d’eau sont devenus très violents, et 1l est naturel de penser que la dissociation résulte précisément de la violence de ces chocs. Dans le cas des rayons &, quisont constitués, comme on sait, par des atomes d’héhum lancés à une vitesse qui peut atteimdre 20 000ËM par seconde, les chocs entre les particules & et les molécules rencontrées peuvent être analogues aux chocs mutuels qui se produiraient si la vapeur avait une température de plusieurs milliards de degrés. Cependant les chocs des particules & avec les molécules paraissent être très différents des chocs mutuels entre les molécules, soit par suite de la charge électrique portée par la particule, soit par suite de la très grande vitesse au moment du choc; la particule peut, en effet, parcourir en ligne droite un chemin très grandet n’échanger avec chaque molécule rencontrée qu’une petite partie de son énergie, contrairement à ce qui est admis pour les chocs mutuels entre les molécules, qui sont considérés, en première approximation, comme des chocs élastiques. On ne peut donc pas assimiler complètement les chocs des particules électrisées des rayons des substances radioactives sur les molécules d’eau aux chocs

nature que les rayons y et n’a pas obtenu de résultat positif; mais cela peut provenir de la difficulté de réaliser une action des rayons pendant un temps suffisamment long.

mutuels résultant de l’agitation thermique, et la dissociation des molécules d’eau par chocs directs est probablement beaucoup moins importante que celle qu’on est tenté d'imaginer en premier examen.

D'autre part, l'énergie perdue par une particule «& à la suite de la rencontre d’une molécule, rencontre suivie de la séparation d’un ion positif et d’un ion négatif, quoique constituant une très petite fraction de l’énergie totale de la particule, est cependant très importante. Elle est certainement très supérieure à l’énergie strictement nécessaire pour la formation des ions, et l’on peut penser que la plus grande partie est transmise aux molécules rencontrées sous forme d'énergie cinétique. Ces molécules, qui sont peutêtre capables d’ioniser à leur tour, vont céder cette énergie aux molécules environnantes, de telle sorte que sur le passage de la particule, il doit se produire une sorte d’échauffement très important, localisé dans la petite colonne de gaz située autour de la trajectoire de la particule. Si l'énergie est répartie sur un petit nombre de molécules, une température de plusieurs milliers de degrés pourra être réalisée, et si les molécules sont facilement dissociées, on pourra obtenir un nombre de molécules décomposées beaucoup plus grand que celui des molécules ionisées ou réellement rencontrées par les projectiles des rayons. Un pareil phénomène paraît être réalisé dans le cas de l’action de l’émanation sur l’hydrogène sulfuré, étudiée récemment par M. Wourtzel (1), au laboratoire de MM8 Curie, le nombre des molécules décomposées est très supérieur à celui des ions formés. Si la molécule est difficilement dissociée, comme c’est le cas pour l’eau, la quantité décomposée pourra être beaucoup plus faible. Ces colonnes de gaz à haute tempé-

(*) Comptes rendus, 1913.

rature peuvent être également la cause de phénomènes inverses, par exemple de la recombinaison des éléments du gaz tonnant.

Nous avons vu que les rayons qui produisent la décomposition ont la propriété d’ioniser les gaz, les liquides et les solides, c’est-à-dire de créer des centres électrisés des deux signes qui deviennent les véhicules du courant, lorsqu'un champ électrique est établi. L’ionisation de Peau liquide n’a pas été observée directement, mais elle est extrêmement probable, car le phénomène a pu être observé dans d’autres liquides et même dans des solides. S'il n’a pu être mis en évidence dans le cas de l’eau, c’est que celle-ci possède une conductibilité normale, par suite de la présence des ions électrolytiques, beaucoup plus grande que celle qu’on peut espérer lui communiquer facilement par l’action des rayons du radium.

Il y à lieu d'examiner si les ions, qui sont produits par l'action des substances radioactives, peuvent déterminer une décomposition chimique, et quel peut être le mécanisme de leur action.

La conductibilité normale de l’eau pure est due, d’après les théories de l’électrolyse, à la présence d’ions électro-

se + lytiques OH et H dont il existe une proportion constante. Cette proportion constante résulte de l’équibre entre une dissociation spontanée de l’eau, qui se produit avec une vitesse déterminée suivant la réaction,