APPLICATIONS

Le procédé que nous avons décrit au chapitre précédent (procédé de Panneau, ch. [er, $ 1) permet de reconnaître que certaines substances gazeuses (vapeurs), liquides, solides et colloïdales sont susceptibles de donner sur l'eau des couches minces; à côté de ces substances, nous en rencontrerons d'autres qui ne sont pas capables de donner par elles-mêmes de telles pellicules, mais qui cependant en donnent généralement à cause des impuretés qu'elles renferment.

$S 1. Vapeurs. — II cst facile de déposer une vapeur sur l’eau ; il suffit de recouvrir une cuvette photographique par une plaque de verre enduite (sur sa face proche de la surface de l’eau) d'un liquide volatil : éther sulfurique, essence de térébenthine, etc. En retirant rapidement, après une exposition d’une durée suffisante, la plaque de verre, on constate que la surface porte une couche de molécules qui subsiste plus ou moins longtemps, suivant la nature de la vapeur employée, soit que cette vapeur disparaisse par dissolution ou par évaporation. La vapeur d'éther disparaît presque instantanément de la surface, la vapeur d'essence de térébenthine disparaît moins vite.

$S 2. Liquides.— À. — Les liquides susceptibles de s’étendre sur l’eau se comportent de deux manières distinctes : les uns disparaissent de la surface au bout d'un temps plus ou moins long, les autres subsistent intégralement.

Les liquides de la première catégorie sont de beaucoup les plus nombreux ; citons, par exemple, la benzine, le toluène, le xylène, l'éther ordinaire, l'essence de pétrole, l'essence de térébenthine, etc., etc.

Les liquides de la seconde catégorie sontsurtout constitués par les huiles (trioléine, acide oléique).

B. — En dehors des substances liquides proprement dites

Ann. de Phys., 9° série, t. XIV (Septembre-Octobre 1920) 12

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(c'est-à-dire dont la température de fusion est supérieure à la température ordinaire), certains liquides en surfusion forment facilement des couches minces sur l'eau à température ordinaire (‘). On citera par exemple la trilaurine (fondant à 44°), la tribenzoïne (fondant à 75°), le salol (fondant à 43°), la benzophénone (fondant à 48°); si l'eau est à une température un peu plus élevée (30° par exemple), on étalera de la même façon la trymyristine (fondant à 53°), etc.

Une manière simple d'opérer est de chauffer, par passage d'un courant électrique, un fil de platine recourbé aveclequel on touche une parcelle du corps solide : cette parcelle fond en une petite gouttelette qu'on dépose sur l’eau soit à la température de fusion, soit à une température inférieure en laissant refroidir le fil, l’eau étant à la température ordinaire. En réalité, on dépose généralement par ce procédé une masse de matière très supérieure à celle qui fournirait une couche monomoléculaire ; lorsqu'on souffle ensuite sur la surface, on constate qu’elle est complètemont saturée. On aperçoit d’ailleurs très bien la formation d’une ligne brillante à l’instant du dépôt, ligne brillante qui progresse très rapidement depuis le point touché jusqu'aux bords de la cuve (Ch. Ier, $-3, At}:

Que la goutte soit à la température de fusion ou à une température inférieure, le point important à retenir est que cette goutte s'étend sur de l’eau ayant une température très inférieure à la température de fusion.

La partie de La substance surfondue, ou simplement fondue, en excès se solidifie généralement au bout d’un temps assez court, souvent même pendant la durée de l'extension, et laisse des fragments solides flottant sur l’eau.

$ 3. Solides. — On constate, toujours par le même procédé

(‘) Cette extension des liquides en surfusion est un phénomène assez inattendu, sur lequel nous reviendrons ultérieurement. à

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d'investigation, que les solides peuvent s'étendre soit spontanément, soit par l'intermédiaire de liquides volatils dans lesquels on les dissout.

A. — Quelques solides volatils ou légèrement solubles s'étendent spontanément sur l’eau : tels sont Je camphre, l'acide benzoïque, l’acide laurique, la vanilline, ete. Les fragments de ces corps ont généralement sur l’eau des mouvements d'agitation dont l'origine est due à des variations locales de tension superficielle, par suite de l'extension d’une couche superficielle sur l’eau. Les pellicules de ces corps disparaissent rapidement, dès qu’on ne sature pas par des fragments solides en excès.

B. — Certains solides ne s'étendent sur l’eau, à température ordinaire, que par l'intermédiaire d'un solvant volatil tel que la benzine ; nous citerons : la paraffine, l’acide palmitique, l’acide stéarique, la trimyristine, la tripalmitine, la tristéarine, le palmitate de cétyle, l'alcool cétylique, ete., qui forment facilement des couches monomoléculaires à la température ordinaire.

$S4. Substances colloïdales. — Pour les substances suivantes, les apparences obtenues sont encore les mêmes, bien qu'il ne s'agisse plus de couches monomoléeulaires. La gomme gutte, lavée à l'éther et émulsionnée dans l'eau, donne, par dépôt d’une goutte de cette émulsion sur une surface d’eau pure, une couche superficielle facilement observable.

Une émulsion de cyclamine donne aussi une couche visible.

De même, les matières sébacées, déposées sur l’eau en trempant les doigts dans ce liquide, donnent une couche superticielle, qui, examinée à l’ultra-microscope, laisse voir une couche de substances colloïdales.

La fumée de tabac, insutflée à la surface d’eau propre, donne également une pellicule superficielle.

$ 5. Poussières. — Les poussières de l'air salissent pareillement les surfaces. Lorsqu'on abandonne à l’air du labora-

toire de l’eau parfaitement propre, on constate, au bout de

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quelques heures, que la surface commence à se recouvrir d'une couche, qui est généralement complètement formée au bout de 24 heures.

Le même phénomène se produit bien plus rapidement si l’on insuffle sur la surface l’air comprimé provenant des canalisations de la ville. Lorsqu'on envoie un jet d’air normalement à la surface de l’eau, on ne tarde pas à voir se former le bourrelet circulaire, d’abord de grand rayon, puis de rayon de plus en plus petit au fur et à mesure que la surface se

sature.

On peut d'ailleurs facilement arrêter les matières grasses

qui sont en suspension dans l'air des canalisations : il suffit de faire passer cet air dans un tube à boules contenant du coton. Dans ces conditions, on peut souffler sur la surface de l’eau pendant plusieurs heures sans que cette surface soit notablement salie.

C'est le procédé que nous emploierons pour examiner l’état de propreté des surfaces. Nous ferons arriver, sous faible pression, de l’air comprimé (nettoyé comme il vient d'être dit) sur la surface à étudier ; lorsqu'il sera utile de la garantir contre les poussières de l’air, dans les expériences de longue durée, nous mettrons la cuve sous cloche, en faisant passer le tube à boules par une douille centrale.

$ 6. Matières salines. — Une matière saline quelconque, prise dans le flacon qui la contient ordinairement et dissoute dans l’eau pure donne presque toujours une pellicule superficielle, malgré les précautions de propreté prises. Cette pellicule est due probablement à des traces de matières grasses incorporées aux sels, car on ne l’observe pas lorsqu'on dissout dans l’eau les mêmes sels préalablement fondus. Cette couche de matière étrangère a une importance considérable sur la valeur des tensions superficielles des solutions salines et son existence a certainement été une source importante d’erreurs dans la détermination de cette grandeur. Voici ce qu’on observe, par exemple, avec le carbonate de soude,

Avec ce sel de soude cristallisé, nous avons obtenu une surface immédiatement saturée, impossible à nettoyer ; avec le carbonate de soude neutre calciné et pulvérisé (pur, Poulenc), puis lavé à plusieurs reprises, on a pu réaliser une solution pour laquelle l'anneau brillant, formé par le soufflage, n’a commencé à apparaître qu'au bout de quelques minutes seulement après transvasement de la solution dans la cuvette photographique. Le rayon de l'anneau a diminué progressivement et finalement la surface s’est montrée saturée au bout de 8 minutes. |

Nous avons recherché ensuite si le carbonate de soude fondu non pulvérisé donnerait de meilleurs résultats, l'opération du broyage pouvant introduire de la graisse. Le produit dont nous nous sommes servi était du carbonate de soude fondu et grossièrement concassé ; les fragments ont été lavés à trois reprises successives avec de l’eau propre et le résidu seul a été employé pour faire la solution. Le résultat a été tout à fait concluant. La solution ayant été abandonnée sous la cloche à douille (dont l’air avait été débarrassé de poussiéres par aspiration à travers du coton), on a constaté qu'au bout de 4 heures, il n’y avait encore pas trace d’anneau brillant; au bout de 18 heures, la surface était encore presque propre; enfin, au bout de 4o heures, elle était saturée. La même opération a été effectuée sur une solution identique abandonnée sans protection spéciale : la saturation a été obtenue au bout de 3 heures: on voit, par cet exemple, l'influence des poussières de l'air.

Des phénomènes analogues ont été rencontrés sur les autres matières salines.

Examinons maintenant comment ces phénomènes se manifestent dans les mesures de tension superficielle. Nous citerons à ce propos les passages suivants extraits de la thèse de doctorat de M. Sentis, relatifs à la tension superficielle des solutions salines :

« Je dois, en commençant, signaler un phénomène qui

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€ m'a si longtemps arrêté que j'ai été sur le point de, renoncer « à ces expériences. Quand j'opérais avec une solution saline, « la goutte ne semblait plus pouvoir trouver de position « d'équilibre » (1).

Il ajoute :

« En pointant le ménisque dans le tube capillaire alors « que, la goutte une fois formée, il paraissait arrêté, on pou- « vait constater qu’en réalité il continuait à descendre très « lentement. En procédant aux mesures 1 minute, 5 minutes, « 15 minutes, 1 heure après la formation de la goutte, on « trouvait des résultats de plus en plus petits et 1l est sou- « vent arrivé que, tandis que les mesures faites à bref délai « donnaient des valeurs de la tension superficielle plus fortes « que celle de l’eau à la même température, on trouvait, en € attendant un temps suffisant, des valeurs notablement plus « faibles que pour l’eau » (?).

Les variations constatées par M. Sentis s'expliquent parfaitement par la formation progressive des pellicules qui se produisent à la surface et dont nous avons pu suivre l’évolution avec la plus grande facilité.

On voit que, pour obtenir des mesures correctes de la tension superficielle des solutions salines, il faut n'employer que des sels calcinés et s’assurer par l'examen de la surface que la matière est exempte d’impuretés. Une autre manière d’éliminer les pellicules superficielles consisterait à renouveler constamment la surface des solutions ; on pourrait par exemple employer la méthode des rides superficielles de Lord Rayleigh, en faisant constamment déborder la solution.

$ 7. Substances non extensibles sur l'eau. — L'observa-

tion superficielle montre enfin quelles sont les substances

(1) La goutte dont parle M. Sentis est celle qu’il fait former à l’extrémité d’un tube capillaire dans la méthode qu’il a imaginee.

(2) H: Sexnis, Tension superficielle de l'eau et des solutions salines, Thèse de doctorat, 1897, p. 50

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incapables de former une couche mince continue. Si l’on dépose sur l’eau une goutte de solution de certaines substances comme le soufre, le bétol (CTH1205), etc., dans la benzine, on voit se former des traînées blanchâtres superficielles qui pourraient faire croire à la présence d’une couche superficielle. Il n’en est rien : si l’on souffle sur l’eau, ces traînées sont emportées par le souffle et le phénomène de l'anneau n'apparaît pas. ;

Les nuages superficiels sont formés par des gouttelettes microscopiques de soufre, de bétol en surfusion à la température ordinaire (!).

$ 8. — Une question qu'il est assez intéressant de se poser et qui peut être aisément résolue par l’examen des surfaces est celle-ci : existe-t-il des corps rigoureusement insolubles dans l’eau et rigoureusement non volatils ? On peut répondre affirmativement que ces corps existent en petit nombre. C’est parmi eux que nous choisirons ceux qui, ayant une température de fusion comprise entre o° ct 100°, fourniront un curieux exemple de transformation moléculaire directement accessible à nos moyens d'investigation. Ces transformations seront étudiées dans la deuxième partie de ce tra-

vail.