RADIUM ET SA FAMILLE. — POLONIUM

sont aussi proportionnels aux vies moyennes. Ces considérations permettent de se rendre compte des difficultés qu'on peut 1 encontrer en essayant d'isoler les diverses substances. Ainsi la porportion de radium D dans le minerai serait plus de i /jo fois plus petite, et la proportion de polonium 4-300 fois plus petite que la proportion de radium. On comprend en ce cas combien il est difTicile d'isoler le polonium. Par contre on peut admettre que l'activité du polonium par atome détruit est comparable à celle du radium au minimvim d'activité également par atome détruit; c'est ce qui aura lieu si la destruction de chaque atome entraîne l'expulsion d'une seule particule a; donc, à poids égaille polonium aurait une activité a 4'J'ûo fois plus grande que celle du radium au minimum d'activité, et environ looo fois plus grande que celle du radium en équilibre radioactif un mois après la préparation,

189. Émission totale d'énergie par le radium. — La quantité~de chaleur qui est dégagée par un gramme de radium est égale à i i 8' '' par heure ou i ,o34. lo^ calories par an. Si la vie moyenne du radium est 2 540 ans, un gramme de radium pourra dégager pendant toute sa vie une quantité de chaleur égale à i ,o3. 10'' x 254o, soit 2,6.10^ calories. La quantité de chaleur qui correspond à la formation d'un gramme d'eau est égale à 4 • lo^ calories environ. Le rapport des quantités d'énergie mises en jeu est donc de l'ordre lo", pour deux transformations effectuées sur des masses égales de matière, mais dont la première est une transformation atomique et la seconde une transformation moléculaire. Nous voyons donc par là que les quantités d'énergie qui interviennent dans la formation et dans la destruction des atomes sont considérables par rapport à celles qui interviennent dans la formation des molécules, et c'est ce qui explique la stabilité relative des atomes par rapport à nos moyens d'action, stabilité qui forme la base de la Chimie.

Il est probable que la destruction d'un atome radioactif quelconque met en liberté une quantité de chaleur du même ordre que celle dégagée lors de la destruction d'un atome de radium, la faiblesse du débit de chaleur par gramme de corps faiblement radioactifs résultant uniquement de la lenteur de leur destruction.

384 ciiApnnK mil

190. Perte de poids du radium. — D'après la conception actuelle du mode de transformation du radium^ une quantité donnée de cette matière peut éprouver avec le temps une perte de poids très lente par suite de la destruction spontanée. Toutefois cette perte de poids n'aura lieu que si les produits de la destruction du radium peuvent s'échapper ou se trouver séparés. La perte de poids atteindrait en ce cas o"'s.4 par gramme de radium et par an^ en admettant

pour la constante du radium la valeur ). = 4-i<'~' — ^ an

Dans un sel de radium solide l'émanation se détruit principalement à l'intérieur même du sel et y produit le dépôt actif dont le dernier terme est le polonium. La perte de poids ne porte alors que sur une petite proportion d'émanation dégagée et d'hélium émis sous forme de particules a; cette perte insignifiante pour un gramme de radium et une année serait très difficile à observer, parce que le sel solide ne se conserve pas dans un état chimique invariable. Pour constater la perte totale^ il faudrait priver le sel du radium D et du polonium qui s'y sont accumulés et le ramener toujours à un état défmi, par exemple à l'état de chlorure anhydre ; les opérations chimiques nécessaires pour cela pourraient difficilement être effectuées avec une précision suffisante pour l'expérience considérée.

On rencontrerait des difficultés analogues en conservant une solution de radium en vase ouvert^ de manière à laisser échapper l'émanation. Il serait nécessaire de peser le sel à l'état sec et avec une composition bien définie.

Si un sel est enfermé dans une ampoule scellée, les pesées peuvent être faites avec précision, mais les produits de décomposition restent dans l'ampoule ; seuls peuvent s'échapper les rayons [i et les rayons *', et il n'en résulte probablement aucune perte de poids appréciable ; on pourrait, en employant du verre très mince, laisser sortir les rayons a; toutefois la perte d'hélium qui en résulte représente une perte de poids extrêmement minime par gramme de radium et par année.

Si la destruction du radium se fait conformément à la théorie d'évolution de ce corps, on ne pourrait avoir à ce sujet une bonne expérience qu'en immobilisant pendant quelques années une quantité assez importante de radium. Des essais faits dans cette voie

UADIU.M ET SA KAMILI.K. — POI.OXILM. 385

n'ont permis d'observer aucune variation pouvant mettre en doute la théorie admise. Aucune perte de poids n'a été observée par P. Curie pour le radium enfermé en tube scellé. Les expériences portaient sur une ampoule scellée contenant o^,5 de chlorure de radium et observée pendant /\ mois; l'épaisseur du verre était de o"""^46. Des observations signalées par M. Heydweiller et M. Dorn, indiquant une légère perte de poids^ n'ont pas été confirmées.

D'après certaines observations un sel de radium en couche extrêmement mince obtenue par évaporation d'une solution très diluée, perdait son activité très rapidement (Voiler) ; la vie moyenne du radium, en ce cas, aurait été si fortement réduite c[ue l'activité disparaissait en un temps de l'ordre d'un mois. Ces résultats n'ont pas été confirmés par M. Eve c^ui a montré cju'il s'agissait simplement d'un entraînement de parcelles de matière par les courants d'air, et qu'en évitant cette cause d'erreur on trouvait pour ces pellicules minces une activité constante et proportionnelle à la masse.

Les mesures d'activité par rayons -' pour des sels de concentration différente prouvent c{ue l'activité est indépendante de la concentration; l'ionisation obtenue est proportionnelle au poids de radium utilisé, pourvu que l'absorption des rayons par la matière qui accompagne le radium puisse être considérée comme négligeable.

191. Famille du radium. — La composition de la famille du radium, suivant l'ensemble de nos connaissances actuelles, est

la suivante :

Vie moyenne.

Radium environ aqoo ans ravons a et ^

. ^ Ennanation fj.ij jours » a

Radium A 4î3 mm. » a

Radium R 38,5 min. » p

Radium G 28, i min. » a, % y

Radium D environ 20 ans?

Radium lîi? 8,9 jours

Radium Eo (),9 jours » ? et •;

Radium 1' 202 jours » a

L'existence d'une substance intermédiaire entre le radium et son émanation n'est pas impossible. J'ai eu^ dans diverses expériences, des indications à ce sujet, sans pouvoir acquérir une certitude. J'ai observé pour certaines solutions radifères ime décroissance progressive du débit d'émanation; dans d'autres cas le débit semble avoir éprouvé une faible augmentation. Ces anomalies pourraient indiquer l'existence d'une substance intermédiaire très difficile à séparer du radium et se détruisant en quelques mois. Des observations du même genre ont été signalées en ce qui concerne la reprise d'activité du radium après dissolution ( ' ).

(') O. Hahn et L. iNlEiTNEit, Phys. Zeit., 1909.

THORIUM ET SA FAMILLE

192. Activité du thorium. — Le thorium^ métal de poids atomiqvie 2} 2, 4^ possède une radioactivité permanente. La vie moyenne de cette substance^ évaluée par des considérations théoriques, est de l'ordre de 10'" ans. Le thorium est une substance faiblement radioactive; l'intensité de son rayonnement est comparable à celle du rayonnement de l'uranium, mais la nature de la radioactivité est très différente. Les composés du thorium émettent des rayons a, [j et y en proportion différente de celle qu'on trouve pour l'uranium. Le rapport des activités des azotates de thorium et d'urane utilisés à poids égal est égal à i,~ quand la mesure est faite par les rayons a^ à o, i '- quand elle est faite par les rayons [i et à 10 quand elle est faite par les rayons y (Eve).

Le rayonnement du thorium dans son ensemble est plus pénétrant que celui de l'uranium, ce qui est dû surtout à la présence dans le rayonnement du thorium de rayons a de parcours relativement long.

Les composés de thorium émettent une émaii^tion caractéristique de courte durée (période de 54 secondes environ). Cette émanation produit une radioactivité induite qui décroît, en première approximation, suivant une période de 1 1 heures. L'émanation n'émet que des rayons a, le dépôt actif émet des rayons a, [i et y.

Les recherches faites en vue de s'assurer si le thorium est une substance qui possède une activité primaire n'ont pas encore reçu de solution définitive. D'après MM. Hofmann et Zerban (') le thoinum extrait de minéraux contenant de l'uranium serait toujours plus actif que celui qu'on extrait de minéraux exempts

(') Hofmann et Zerban, Ber. cl. d. chein. Ges.. 190.3.

388 CHVPITRE XIV.

d'uranium; en particulier du thorium extrait de la gadolinite se serait montré à peu près inactif. MM. Baskerville et Zerban (') ont aussi extrait du thorium inactif d'un certain minéral brésilien. Ces résultats demandent confirmation et ne sont pas en accord avec d'autres recherches sur l'activité du thorium dans ses minerais (Dadourian^Boltwood). Nous verrons dans la suite que le thorium est toujours accompagné de substances qui dérivent de lui et dont la vie moyenne est longue. La présence de ces substances vient compliquer l'étude de la radioactivité propre du thorium.

193, Thorium X. — En précipitant par l'ammoniaque une solution de sel de thorium^ on sépare de ce corps une substance active qui reste dans la solution ammoniacale et qui a reçu le nom de thorium X. Un mois après sa préparation le thorium X a praticjuement perdu son activité, tandis que le thorium a repris son activité normale (§ o5).

L'activité du thorium X après la préparation commence par augmenter; elle passe par un maximum qui est atteint en i jour environ, ensuite elle décroît; 2 jours environ à partir du début, la loi de décroissance devient une exponentielle simple avec décroissance de moitié en un temps voisin de 3,6 jours.

En employant à plusieurs reprises la précipitation par l'ammoniaque, on peut extraire tout le thorium X qui est contenu dans le sel de thorium. L'activité du thorium c[ui a ainsi été privé de thorium X par quelques opérations effectuées aussi rapidement' que possible, commence par décroître, passe par un minimum après un jour et augmente ensuite de manière à reprendre en un mois la valeur normale. L'excès de l'activité limite sur une activité minimum qui serait d'environ 20 pour 100 de l'activité limite, décroît suivant une loi exponentielle avec diminution de moitié en 3,6 jours environ, mais cette loi ne s'applique que pour des temps supérieurs à '\ jours. Les lois d'évolution de l'activité du thorium X et du thorium en fonction du temps sont respectivement représentées par les courbes I et II dans la figure 1 j2.

MM. Rutherford et Soddy ( - ) ont prouvé que le thorium X est

(') Baskerville et Zkhban, Antcv. clieni. Soc, 1907. (') Rutherford et Soddy, Phil. Mof;., i|)o-.>.

TIIOIULM ET SA KAMILLE. SSg

j)roduit régulièrement par le thorium avec débit constant. Pour cela ils extrayaient complètement le thorium X du thorium à des intervalles de temps déterminés. En admettant pour la constante

radioactive du thorium X la valeur ).= 0,0072

^ "" lieure

, on

doit

trouver après i heure la fraction -~ de la teneur limite en

Fis. I-'.

Ji—

TernL

1 jours

thorium X, après 1 jour la fraction { de la valeur limite^ après 4 jours la fraction ^ de la valeur limite. L'expérience a vérifié approximativement ces prévisions. Après i mois on retrouvait la valeur limite qui était la même que celle qu'on obtenait avec la même quantité d'une autre portion du même sel^ qu'on soumettait au traitement pour la première fois.

MM. Rutherford et Soddy ont montré que l'émanation du thorium provient de ce corps non pas directement, mais par 1 mtermédiaire du thorium X. En effet le thorium privé de thormm X ne dégage pas d'émanation, même quand il est dissous; au contraire, le thorium X est une source de l'émanation du thorium.

SgO CHAPITRE XIV.

Mais^ en même temps que le thorium X se reforme dans le thorium, celui-ci recouvre la propriété de dégager de l'émanation ; pour le thorium X isolé, le débit d'émanation décroît suivant la même loi que l'activité. C'est dans ces faits qu'on trouve l'explication de la forme que présentent à leur début les courbes de la figure i--2. Quand le thorium X vient d'être préparé, il est exempt de dépôt actif, ce dernier ayant été précipité avec le thorium. Le dépôt actif ainsi entraîné décroît avec le temps et de là provient la baisse initiale de la courbe II; mais à mesure que le thorium X se reforme, l'émanation et le dépôt actif se reforment à leur tour, et l'activité, après avoir passé par un minimum, recommence à augmenter. Quant au thorium X qui a été séparé, son activité augmente d'abord par suite de la formation de. l'émanation et du dépôt actif, puis l'activité passe par un maximum et commence à décroître par suite de la destruction progressive du thorium X.

La constante du thorium X a été déterminée par divers expérimentateurs qui observaient la loi exponentielle limite de la décroissance de cette substance ( ' ). Voici les valeurs obtenues pour la période :

Rutherford et Soddv T = 4 jours

Lerch... T = 3,()4 »

Leviii T=3,(ij »

Elster et Geiiel. T = 3,(i »

Les expériences ont été faites avec du thorium X extrait du thorium ou duradiothorium. On peut adopter la valeur T =^ 3,64 jours.

D'après M. Lerch le thorium X peut être déposé par électrolyse en solution alcaline, mais non en solution acide; il se dépose principalement à la cathode, mais quelquefois aussi à l'anode. Le thorium X se dépose aussi sur des métaux plongés dans une solution alcaline, en particulier sur le fer et le zinc, mais aussi sur le plomb et le nickel.

On a pu déterminer le coefficient de diffusion du thorium X en solution et sa mobilité ionique dans le transport électrolytique (-).

(') PiUTHKIU'OUD el SoDUY, /'kll. Mug., 1()<)2. — r.KHClI, WLcil liCf., irpj.

Levin. Phys. Zeit.^ igofi. — Elsïkr et Geitel, J'hys. Zeit.^ ii)o6. (-) HoFMANN, Phys. Zeit., 1907.

THOKIIM ET SA lAMII.LK. Sgi

Le déplacement du thorium X était observé dans un tube plusieurs fois recourbé en U; ce déplacement était contrôlé par l'activation de lames disposées le long du tube au sein de la solution. Les nombres trouvés sont :

cm'"

o,5o4 . pour le coefficient de clilfusion à 10°,

o,S() pour la mobilUe clans un cliainn de a 10 .

heure ' cm

Le rapport de ces deux nombres est conforme à celui qu'on déduit d'après la théorie de M. Nernst pour un ion monovalent, et l'on serait ainsi conduit à considérer le thorium X comme un métal alcalin.

Cependant, en faisant cristalliser divers sels en présence du thorium X, on a constaté que ce corps cristallise surtout avec le baryum et pourrait pour cette raison être assimilé à un métal alcalinoterreux ( ' ).

194. Composition du dépôt actif. — Le thorium X en se détruisant produit l'émanation du thorium, laquelle, à son tour, donne lieu à la formation du dépôt actif. Les courbes qui représentent en fonction du temps l'évolution du dépôt actif après différents temps d'exposition {flg. 82) peuvent s'interpréter en admettant que ce dépôt se compose de deux substances distinctes : le thorium A et le thorium B. L'analyse de ces courbes peut s'effectuer par des procédés en tout point analogues à ceux qui ont été utilisés pour l'étude du dépôt actif du radium. Elle a été tout d'abord établie par M. Rutherford,

Le thorium A se forme à partir de l'émanation. Il n'est pas actif par lui-même d'une manière appréciable; en effet, l'activité induite après une exposition courte est d'abord très faible et augmente seulement ensuite en fonction du temps. Cette augmentation correspond à la transformation du thorium A en thorium B, lequel est actif. Les nombres d'atomes de thorium A et de thorium B pendant l'activation et pendant la désactivation sont donnés par les formides

(') Strômiiolm et Svedbeuo, Zeit. fur anorg. Cheinie, 1909.

392 CHAPITRK \IV.

suivantes, dans lesquelles les notations utilisées au Chapitre précédent ont été conservées.

Activation pour un débit constant A de thorium A :

Désactivation après un temps d'exposition t :

Si la substance B est seule active, le rayonnement évolue en fonction du temps proportionnellement à B.

En particulier^ pour une exposition courte, le rayonnement évolue suivant la formule

B — ni\z .— (e-«' — e-'" ).

Le rayonnement, nul au début, passe en ce cas par un maximum qui a lieu au temps x, tel que

Pour les temps longs^ la loi de décroissance limite est une loi exponentielle simple qui correspond à celle des deux exponentielles dont la décroissance est moins rapide. Il n'est pas possible de décider d'après la formule si la matière A décroît plus vite que la matière B ou inversement. Nous verrons toutefois qu'on a dans le cas actuel ù >» a.

M. Rutherford ayant trovivé que la loi de décroissance finale est

caractérisée par la constante a= i.^j.io"' — (décroissance de

' sec ^

moitié en i i heures), en a déduit d'après la formule et d'après la courbe expérimentale la valeur b = 2,08. io~'' — (diminution de moitié en 5,") minutes). On a en ce cas pour l'époque du maximum a; = 220 minutes, et pour des temps supérieurs à 5 heures la loi de décroissance finale est sensiblement atteinte.

Quand l'exposition a été suffisamment longue pour que la limite de l'activation ait été atteinte, le rayonnement pendant la désac-

TIIOIULM ET SA FAMILLE. SQj

tivation évolue suivant la formule

La courbe représentative a sa tangente à l'origine parallèle à l'axe des temps. La loi finale est la même que dans le cas de l'exposition courte. La courbe expérimentale caractéristique de l'exposition longue peut servir à calculer les constantes a et 6 par la méthode exposée plus haut ( § 1 70)^ et à établir que le rayonnement de la matière A est négligeable par rapport au rayonnement de la matière B.

Les courbes qui correspondent à des temps d'exposition différents (§ 78, ^g. 82) sont conformes à la théorie qui leur est appliquée. Cependant, d'après des expériences plus récentes, la constante a devrait être un peu augmentée. On trouve, pour la période, T= io,() heures comme moyenne de plusieurs expériences concordantes ( ' ) ; la valeur correspondante de la constante radioactive est