CHAPITRE II

ÉTAT PHYSIQUE DES COUCHES MINCES. MATIÈRE DE RASSEMBLEMENT DE CES COUCHES

Nous examinerons successivement : 1° s’il est possible de distinguer un état physique dans les couches minces ; 2° quel est l’état physique des couches de rassemblement.

$ 1. — Certaines substances en couche mince présentent incontestablement un état physique, telle la trimyristine qui, à la température ordinaire, se présente comme un solide. Limitons en effet une couche monomoléculaire de trimyristine, à la température de 160, au moyen d’une bande de papier, saupoudrons-la d'une légère couche de tale, puis retirons la bande de papier. La surface est alors séparée en deux parties, visiblement différentes, grâce à la poudre de talc. On constate, au bout de dix minutes, que la ligne de démarcation, entre la surface recouverte de talc et l’autre, subsiste encore intacte ; les molécules de trimyristine ne tendent donc pas à diffuser sur toute la surface, comme elles le feraient à 309, mais restent agglomérées dans leur surface initiale. L'expérience réussit, bien entendu, de la même façon, sans poudre de tale etil est facile d’instituer des expériences simples pour montrer que la matière subsiste suivant ses anciens contours, tant qu'aucune cause perturbatrice ne survient.

Mais on peut aller plus loin et montrer que la couche obtenue précédemment peut être brisée en fragments, à la manière d'un solide. Pour cela, reprenons l'expérience précédente de la couche de trimyristine saupoudrée de poudre de tale. Après avoir retiré la bande de papier, produisons un léger courant d'air avec la main, au-dessus de la surface et au voisinage de l’ancienne barrière ; nous voyons immédiatement la poudre de tale se séparer en îlots de différentes dimensions, rendant

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ainsi manifeste la fragmentation de la couche sous-jacente (he.13)..

Bien entendu, la poudre de tale seule, non supportée par une couche moléculaire sous-jacente, ne donne pas lieu à cette fragmentation,

Fig. 13

On doit, en conséquence, considérer la trimyristine en couche mince, à 160, comme formée vraisemblablement par un cristal ou un assemblage de cristaux à deux dimensions. Il serait extrêmement intéressant d'examiner les propriétés optiques de cette surface; nous espérons pouvoir le faire ultérieurement, Actuellement, cette expérience de fragmentation de la couche, possible seulement à la température ordinaire, nous suffit pour établir l'existence d’un état physique dans lès couches minces: en particulier, d’un état solide pour la trimyristine à la température ordinaire et d’un autre état à 30°. L'examen des couches de rassemblement achèvera de nous renseigner sur l’état de la matière à 30°.

Une question se pose maintenant, La matière solide, obtenue à froid, a-t-elle été agglomérée dans cet état par pression

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de la barrière de papier sur la couche ou bien l’agglomération de la substance est-elle spontanée à la température ordipaire et préexiste-t-elle à toute limitation par une bande de papier ? Pour répondre à cette question, remplaçons la barrière de papier, utilisée jusqu'ici à la détermination des surfaces, par une barrière discontinue, formée d’une sorte de brosse (!), ayant une longueur égale à la largeur de la cuve (fig. 14). Servons-nous de cette brosse pour essayer de limiter

Fig. 14.

une surface de trimyristine à la température ordinaire, comme nous ferions à l’aide d’une bande de papier ; avec une brosse formée de huit rangées d’épingles et des intervalles de 4 mm. environ entre elles, on trouve qu'à 1405 on délimite parfaitement une surface monomoléculaire dont la longueur est, par exemple, de 31 em, 3, en comptant cette longueur d’un des bords de la cuve jusqu’à la première rangée des épingles de la brosse, ou de 33 cm. 9, en comptant la longueur depuis le même bord jusqu'à la dernière rangée

(*) Cette brosse est constituée par quelques centaines d’épingles en quinconce, dont la pointe a été enfoncée dans une planchette en bois. Avant chaque expérience, les épingles de cette brosse sont portées au rouge dans la flamme d’un bec Bunsen, afin de détruire les traces de graisse qui pourraient les souiller.

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d’épingles. Une seconde mesure, effectuée cette fois sur la même masse de substance avec une bande de papier, à la manière ordinaire, a fourni une valeur de 33 em. 6.

Le bon accord de ces valeurs montre suffisamment qu'il faut considérer la matière comme susceptible de s’'agglomérer spontanément en îlots de grande dimension, lors de l’abandon des molécules par le solvant (benzine ou toluène) et met en évidence l'attraction qui s'exerce entre molécules de trimyristine à cette température.

Contrairement à ce qui précède, la même brosse ne retient plus aucun îlot de trimyristine à 30°; il en est d’ailleurs déjà de même à 25°. Au-dessous de cette température, il semble y avoir un entraînement partiel de matière par la brosse, entraînement d'autant plus grand que la température est plus basse; il devient total à la température ordinaire.

Puisque la présence d'îlots préexistants a été reconnue expérimentalement, on doit rechercher, dans la faculté de réunion de ces îlots et dans leur plasticité (nécessaire à la formation d’une couche continue) une explication à l’obtention de cristaux à deux dimensions, tels que ceux dont on a constaté l’existence plus haut.

On peut, par une expérience directe, montrer la plasticité des couches solides. Dans une cuve rectangulaire MMNN, formons à température ordinaire une couche monomoléculaire de trimyristine, limitée en AA par une bande de papier (fig. 15) et présentant la forme d’un rectangle AAMM, dans lequel on a supprimé une partie circulaire CG. Cette disposition a été réalisée, en plaçant un cristallisoir C dans le milieu de la cuverectangulaire. Retirons maintenant la bande de papier AA, puis soufflons perpendiculairement à MM, de façon à chasser la couche vers l'extrémité NN de la cuve. Introduisons enfin une nouvelle barrière BB pour limiter la surface (fig. 16); nous réalisons ainsi une couche rectangulaire BBNN dans laquelle a été de nouveau supprimée la par-

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tie circulaire C. Mais, pour passer d’une forme (fig. 15) à la suivante (fig. 16), la matière superficielle a dû subir un laminage entre les bords de la cuve et les bords du cristallisoir et, par conséquent, changer entièrement de forme. L’expérience montre que la longueur BN reste néanmoins sensiblement égale à la longueur AM; elle est seulement légèrement

plus petite que AM.

(A Ÿ y rm M B N Fig. 19 Fig. 16

Les couches monomoléculaires solides se distinguent encore des couches liquides par d’autres propriétés. Si, dans une couche sensiblement monomoléculaire de trimyristine, à température ordinaire, nous soufflons doucement pour faire apparaître l'anneau formant la frontière entre l’eau pure et le reste de la surface, nous constatons que cet anneau n’est pas absolument circulaire et présente en outre de petites sinuosités ; avec l'huile, avec la tricapryline, avec la trilaurine, l'anneau est au contraire sensiblement circulaire et dépourvu de sinuosités lorsqu'on souffle très doucement. -

Une autre expérience simple donne encore des indications sur l’état d’une surface : si l’on diminue la surface couverte par une couche monomoléculaire de trimyristine à température ordinaire, de telle sorte qu'une goutte de benzine ou de toluène déposée ensuite sur cette surface ne s’y étale pas, mais forme un disque circulaire de quelques millimètres de diamètre, on constate que si l’on diminue davantage la surface, le diamètre du disque diminue aussi, mais que la goutte, en se rétractant, ne reste pas circulaire, comme elle Le ferait au