L'étude de la radioactivité fit reconnaître aussi qu'un élément ne se classe pas dans le système périodique par le seul fait de son poids atomique. On découvrit, en effet, entre le Thallium, poids 204, et l'Uranium, élément le plus lourd, poids 239, 36 corps simples radioactifs nouveaux, trop pour le nombre de cases disponibles dans le tableau de Mendeleeff. Indépendamment l'un de l'autre, Soddy et Fajans montrèrent qu'il fallait loger dans un même casier plusieurs éléments « isotopes >> (Soddy) aux mêmes propriétés physiques et chimiques, formant une « pléiade» (Fajans) marquée du même nombre atomique (1). Les corps isotopes d'une même pléiade ont généralement des poids atomiques différents; ils sont alors hétérobares. Ils peuvent avoir le même poids atomique, être isobares. Ils se distinguent avant tout l'un de l'autre par leur radioactivité.

Une démonstration de l'existence de corps isotopes préparés séparément et de poids atomiques déterminés à l'état isolé, consiste à les mélanger et à prouver qu'ils sont inséparables par l'application des propriétés chimiques et physiques indépendantes de la masse. On ne peut les distinguer ni à l'analyse spectrale ordinaire, ni par celle des rayons X, ni par précipitation ou distillation fractionnée, qui trahirait des solubilités ou des volatilités différentes, ni par cristallisation fractionnée, qui révélerait diverses structures cristallines, ni par électrolyse, accusant différents potentiels électrochimiques, ni par des mesures de susceptibilité magnétique, ni par l'essai des affinités chimiques (2).

A partir des éléments souches des deux familles radioactives, l'Uranium I et le Thorium, les corps radioactifs se distribuent, dans le système périodique nouveau, conformément aux lois de

répartir dans les différents groupes chimiques, il faut pourtant, envertu de leurs séries spectrales L, leur assigner des numéros d'ordre croissant avec leurs poids atomiques; deux places restant encore vacantes. Cf. table, pp. 396. 397. (1) W. Ramsay déjà avait reconnu des éléments allotropes, de poids atomiques identiques, mais à propriétés très différentes. Il les plaçait dans une même case. Aujourd'hui, on leur assigne des cases différentes, malgré l'égalité de leurs poids.

(2) Des corps isotopes hétérobares ne diffèrent que par leurs poids atomiques et par les propriétés découlant de la masse, la diffusion à l'état gazeux, par exemple. C'est grâce à leur différence de vitesse de diffusion que Aston a pu séparer et déterminer la masse atomique, 20 et 22, de deux Néons isotopes. J. J. Thompson avait soupçonné leur existence dans un tube à Néon raréfié, grâce à la méthode de déviation électrique et magnétique du courant de décharge.

III SÉRIE. T. XXVIII.

26

D'après une figure publiée par le JOURNAL OF THE CHEMICAL SOCIETY, janvier 1919. Le Radium. Fr. Soddy. Interprétation et enseignement de la radioactivité. Trad. A. Lepape.

Paris, Alcan, 1920, p. 321.

184

Les éléments radioactifs et la loi périodiqué

Tous les éléments situés sur la même ligne horizontale ont le même poids atomique (éléments isobares).

Polonium

Tous les éléments situés dans la même colonne verticalc
(même nombre atomique) occupent la mème place dans la
table périodique et sont chimiquement identiques (élé-
ments isotopes).

85

Iode

86

sec?

Emanation

215

87

28,1 minutes 10 sec! 0,003s.

Toute transformation par émission de rayons a
abaisse le poids atomique de l'élément de quatre
unités et le nombre atomique de deux unités.
Toute transformation par émission de
rayons ẞ conserve le poids atomique
de l'élément et élève son nom-

Casium

Ordonnees poids atomiques

Abscisses: nombres atomiques
Serie de l'uranium

Série du thorium

225

La vie moyenne de chaque élément est

indiquée en dessous de son symbole.

déplacement formulées par Mc Curie, Soddy, von Hevesy, Russell et Fajans Par l'émission d'un rayonnement a un élément recule de deux rangs dans l'ordre des nombres atomiques, c'està-dire que son nombre atomique est diminué de 2 unités; par l'émission des rayons ß (on admet d'ailleurs que les transformations dites sans rayonnement se font en réalité par rayons ẞ très moux) un élément avance d'un rang, c'est-à-dire que son nombre atomique est augmenté d'une unité. Le tableau II (pag. 400) donne la répartition des corps radioactifs, d'après le JOURNAL OF THE CHEMICAL SOCIETY, janvier 1919.

Pour expliquer ces lois de déplacement, Rutherford est amené à regarder le noyau des éléments lourds comme composé de charges positives et de charges négatives ou électrons nucléaires de liaison. Soit l'Uranium II, poids atomique: 235, troisième dérivé de l'Uranium et son isotope, charge positive nucléaire : 92 (1). Le noyau se désagrège en perdant un corpuscule a, soit 4 unités en poids et 2 unités en charge électrique positive, et donne naissance à deux éléments isobares et isotopes, charge nucléaire: 90, appartenant donc à la pléiade du Thorium; ce sont, d'une part, 8% d'Uranium y, qui par désagrégations ultérieures produit, par l'intermédiaire de l'Eka-Tantale, la lignée, indépendante autrefois, de l'Actinium; d'autre part, 92% d'lonium. Celui-ci rejetant de son centre une nouvelle particule a engendre le Radium; celui-ci, par le même processus produit l'émanation de Radium; celle-ci fournit de même le Radium A qui à son tour, toujours en expulsant une particule a, devient le Radium B, poids atomique 215, nombre atomique 82, donc isotope du Plomb. Le Radium B, en perdant un électron nucléaire par rayonnnement B, acquiert une charge positive nucléaire supérieure d'une unité et devient le Radium C, poids atomique: 215, mais nombre atomique : 83, isotope du Bismuth. Le Radium C est susceptible de deux rayonnements; en émettant un corpuscule a, son noyau perd deux charges positives élémentaires : il naît du Radium C2; par l'émission d'un électron B, ce même noyau gagne un élément de charge positive: il naît du Radium C'. Le Radium C2, par rayonnement ẞ, et le Radium C', par rayons a, engendrent le Radium D, isotope du Plomb, comme son bisaïeul le Radium B. Par la perte successive de deux électrons nucléaires le Radium D produit le Radium E, isotope du Bismuth comme le Radium C, puis le Radium F, identifié avec le Polonium;

(1) Cfr. le tableau des éléments radioactifs.

nombre atomique: 84. La perte d'un corpuscule a transforme le Radium F en Radium G, isotope du Plomb. Le Plomb est une pléiade comprenant, outre le Plomb ordinaire, les aboutissants de toutes les séries radioactives. Le Plomb ordinaire, poids atomique 207,2, est un mélange des Plombs isotopes, dérivés ultimes de trois séries, celles du Thorium, du Radium et de l'Actinium.

Le tableau I (pages 396-397) indique la classification périodique des éléments actuellement connus, d'après le tableau de Fajans (1), les poids atomiques sont ceux qu'adopta la Commission internationale en 1917 (2). Les seules cases marquées d'un trait répondent encore à des corps inconnus. Quand à un nombre atomique ne correspondent que des isotopes tous radioactifs, celui d'entre eux qui a la plus grande longévité (3), donne son nom à la pléiade (4), sauf dans le cas de l'lonium, isotope du Thorium et plus durable que lui.

Revenons à la théorie de Rutherford. D'après lui, le nombre atomique, qui détermine la nature des éléments au point de vue de toutes les propriétés physiques et chimiques indépendantes de la masse, serait le nombre d'électrons auquel équivaut la charge positive du noyau. Rutherford identifie d'ailleurs le noyau d'Hydrogène avec le corps positif élémentaire, ou électron positif. Dans tous les autres corps la charge positive du noyau n'est qu'une charge résultante, due à la combinaison d'électrons positifs et d'électrons négatifs en nombre inégal. Le noyau d'Hélium, de masse quadruple et de charge résultante double, comprendrait quatre noyaux d'Hydrogène et deux électrons; le noyau de Lithium, poids atomique 7, nombre atomique 3, serait formé de 7 corps positifs et 4 électrons, charge positive résultante: 3; et ainsi de suite...

Les rayons a des corps radioactifs étant des noyaux d'Hélium, il est naturel d'admettre que les noyaux de ces corps sont composés de noyaux d'Hélium. Le fait que bon nombre de poids atomiques sont divisibles par 4, rend plausible cette hypothèse.

(1) PHYSIKALISCHE ZEITSCHRIFT, 1915, p. 467.

(2) ANNUAIRE DU BUREAU DES LONGITUDES POUR 1920, p. 657, 658. (3) On appelle vie moyenne d'un corps radioactif, par rapport à un rayonnement en particulier, le quotient par log 2 du temps nécessaire pour qu'il se transforme par moitié en émettant ce rayonnement.

(4) Grâce à cette convention l'ordre des nombres atomiques coïncide avec l'ordre croissant des poids atomiques.

Les noyaux des éléments de poids non multiples de 4 se composeraient de noyaux d'Hélium et d'Hydrogène. Les fractions de poids atomiques seraient dues, d'après Lorentz, à ce que, tout entière électro-magnétique, la masse résultant de la composition étroite de plusieurs charges électriques élémentaires positives et négatives est moins considérable que la masse correspondant à leur somme algébrique. Ainsi serait établie l'hypothèse de Prout tous les éléments chimiques se composent des mêmes particules absolument dernières, répondant seules à la définition étymologique de l'atome: l'électron, et le noyau d'Hydrogène ou électron positif.

A l'appui de son pressentiment de la présence d'Hydrogène dans le noyau de certains atomes, Rutherford peut apporter ses expériences sur des corpuscules positifs plus légers que l'Hélium des rayons a, observés par Marsden et ensuite par lui-même dans l'étude de la radioactivité du radium C. Ces corpuscules provoquaient des centres de scintillation sur un écran de sulfure de zinc jusqu'à 30 cm. du corps émetteur. Ce ne pouvaient être les rayons a d'Hélium qui sont neutralisés à 3 ou tout au plus à 7 cm. de leur source. Soumis aux mesures de déviation par un champ magnétique et par un champ électrique, ils accusèrent la même masse que l'Hydrogène et une seule charge élémentaire positive. Ils étaient dus sans doute à l'explosion de molécules d'eau sous l'action des rayons a.

Or en provoquant, par le rayonnement du Radium C, l'ionisation d'une masse d'Azote, Rutherford put établir qu'il se produit de pareils corpuscules positifs d'Hydrogène. Leur nombre ne peut s'expliquer que par la dissociation du noyau même de l'Azote: celui-ci perd des noyaux d'Hydrogène entrant dans sa composition. Le poids atomique, 14, de l'Azote indique d'ailleurs qu'il doit comprendre autre chose que des noyaux d'Hélium de poids atomique 4.

Comment se disposent, dans le noyau composé, les noyaux d'Hélium, ceux d'Hydrogène et les électrons nucléaires? Cette disposition ne fait encore l'objet que de conjectures.

Haas (1) a proposé pour le noyau atomique un modèle analogue à celui de J. J. Thompson pour l'atome complet. Il intervertit seulement le rôle de l'électricité positive et de l'électricité négative. Le noyau serait une charge négative homogène très

(1) PHYSIKALISCHE Zeitschrift, 1917, pp. 400-402.