le paramagnetisme de l`ion de cobalt en - ETH E

SUR
LE
PARAMAGNETISME
DE
L'ION
DE
COBALT
EN
SOLUTIONS
TRÈS
DILUÉES
THÈSE
PRÉSENTÉE
A
L'ÉCOLE
POLYTECHNIQUE
FÉDÉRALE,
ZDRICH
pour
l'obtention
du
GRADE
DE
DOCTEUR
ES
SCIENCES
NATURELLES
PAR
R.
MERCIER
Ing.
dipl.
E.
I. L.
de
Genève.
Rapporteur
: Prof.
D>'
P.
SCHERUËK.
Co-Rapporteur
:
Prof.
D'
F.
TANK.
PARIS
MASSON
ET
Cie,
ÉDITEURS
LIBRAIRES
DE
l'aCADÉMIE
DE
MÉDECINE
120,
BOULEVARD
SAINT-GERMAIN
1934

A
MA
FEMME

SUR
LE
PARAMAGNÉTISME
DE
L'ION
DE
COBALT
EN
SOLUTIONS
TRÈS
DILUÉES
Par
K.
MERC1EK,
ing. dipl.
E.
I. L.
de
Genève.
CHAPITRE
PREMIER
L'Atome
et
le
Magnétisme.
|
i.
Introduction.
—On
sait,
depuis
les
travaux
de
Ruther-
ford
sur
la
diffusion
des
rayons
a
par
les
atomes,
que
ceux-ci
sont
composés
d'un
noyau
chargé
positivement,
entouré
d'électrons
qui
neutralisent
la
charge
du
noyau
par
une
charge
équivalente
et
négative.
La
dimension
du
noyau
ne
dépasse
certainement
pas
io-13
cm.
Les
électrons
sont
situés
à
l'extérieur
du
noyau
et
seul
un
équilibre
dynamique
peut
être
réalisé
qui
tient
compte
des
dimensions
respectives
du
noyau
et
de
l'atome
complet
(env.
io-8
cm.).
Toutefois,
la
mécanique
classique
seule
et
l'éleclro-dyna-
mique
de
Maxwell,
établies
pour
des
ensembles
macrosco¬
piques
étaient
impuissantes
à
rendre
compte
entièrement
des
propriétés
de
stabilité
et de
pérennité
que,
dans
une
certaine
mesure,
doivent
certainement
posséder
les
atomes.
Deux
hypothèses
nouvelles
émises
puis
travaillées
par
Bohr,
Rutherford,
Rubinowicz,
Sommerfeld,
etc.,
ont
permis
un
grand
progrès
dans
la
connaissance
théorique
de
l'atome.
La
première
hypothèse
postulait
l'existence
de
mouvements
d'électrons,
charges
ponctuelles,
à
l'intérieur
de
l'atome
qui,
accélérés,
ne
donnaient
lieu
à
aucun
rayonnement
d'énergie.
i

•i
K.
MERCilliH
La
seconde
hypothèse
dite
des
quanta
d'action
fut
introduite
aux
fins de
limiter le
nombre des
trajectoires
que
donnait
la
mécanique
classique
et
l'électrostatique
;
elle
exprimait
en
quelque
sorte
de
nouvelles
conditions
de
stabilité
aux¬
quelles
devaient
satisfaire les
trajectoires
électroniques
dans
l'atome
et
prévoyait
que,
pour
chaque
variable
d'action
qi
(dans
le
sens
de
la
mécanique
de
Jacobi-Hamilton),
l'inté¬
grale
jpidqi
(où
pi
est
le
moment
conjugué
de
qi),
étendue
à
une
période
entière
du
mouvement
devait
être
égale
à
un
multiple
entier d'une
action
élémentaire
h
(').
Malgré
les énormes
progrès
que
cette
théorie
des
quanta
dite maintenant
classique,
a
permis
de réaliser dans
l'étude
de
l'atome
elle
s'est
heurtée
à
des
difficultés
d'interprétation
qui
furent bientôt
insurmontables.
En
1925,
Louis de
Bro-
glie
démontrait
que
l'étude du
mouvement
d'un
électron
soumis
à
un
champ
de force
quelconque,
était
équivalente
à
celle d'un
système
d'ondes
pour
lesquelles
les coefficients
de
propagation
étaient
fonction
des coordonnées
de
l'élec¬
tron.
Schrodinger
(8),
sur ces
bases,
établit
une
théorie
ondulatoire de
l'atome
et
montra
que
les conditions
quanti-
ques
de
stabilité
pour
les
trajectoires
électroniques,
étaient
équivalentes
à
celles
qui
expriment
que
l'onde
électroni¬
que
<\
est
stationnaire dans
l'atome.
Le
calcul,
rigoureux
dans
le
cas
d'un seul électron
(cas
du
H, He+,
etc.)
rendait
compte
avec une
fidélité
et
une
exactitude
étonnantes
des
phénomènes
observés
lorsque
l'atome
était
placé
dans
un
champ électrique
(effet Stark).
Or,
indépendamment
de
cette
mécanique
ondulatoire
de
Schrôdinher,
Heisenberg,
Horn
et
Jordan,
puis
Dirac avaient
créé
une
nouvelle
mécanique
quanlique
dans
laquelle
cha¬
que
paramètre
de définition du
mouvement
d'un électron
(coordonnée,
etc.)
était
remplacé
par
une
matrice
à
double
(')
La valeur
de h
la
plus
probable
est
6,54s
I0_21
erg-sec.
(2)
Schhôdinger,
Ann.
(1er.
Phys.,
79,
1926,
p.
36i.

l'UtAMU.V:
l'JSMK
1IK
J.'lO\
1)K
COBM.'i
3
infinité
d'éléments.
De
nouvelles
règles
de
calcul,
entre
autres,
une
multiplication
non
commutative,
permirent
de
retrouver,
traduites
dans
ce
nouveau
langage
mécanique,
les
principales propriétés
des
atomes
et
même
d'en
prédire
de
nouvelles
(')
qui
furent
effectivement
observées.
Cette
mécanique
matricielle
retrouvait,
comme
la
mécanique
ondulaloire,
et
sans
hypothèse
supplémentaire,
les
lois
de
quantification
introduites
de
façon
tout
arbitraire
par
Bohr
dans la
mécanique
classique.
Schrôdinger
(2),
d'ailleurs,
montra
l'étroite
liaison
existant
entre
les
deux
mécaniques
nouvelles.
Toutefois,
il
fallut
l'introduction
de
l'électron
magnétique
de
Uhlenheck
et Goudsmith
(3),
pour
permettre
de
rendre
compte
d'une
façon
complète
(4)
des
multiplets
existant
dans
les
spectres
lumineux
d'émission
et
d'absorption
et
des
pro¬
priétés
des
atomes
isolés
placés
dans
un
champ
magnétique
(effet
Zeeman,
Paschen-Baek).
Ces
propriétés,
comme
en
général
toutes
les
propriétés
de
l'atome,
peuvent
être
étu¬
diées
au
moyen
des
deux
théories
nouvelles
puis,
transpo¬
sées,
de
façon
approximative
tout
au
moins,
sur le
modèle
atomique
de
Bohr
;
cette
façon
peu
rigoureuse
de
procéder
présente
l'avantage
de
rendre les
résultats
acquis plus
intui¬
tifs.
L'idée
nouvelle
de
Uhlenheck
et
Goudsmith
consiste
essentiellement
en
l'attribution
à
l'électron
en
plus
de
sa
charge
e
et
de
sa
masse
m0,
d'un
moment
cinétique
pro¬
pre
si
(électrontoupie
ou
spin)
dont
la
valeur
est
:
*=-!•_*-
(.)
(')
En
particulier
la
résonance
interne
entre
deux
électrons
d'un
même
atome.
(2)
Schrôdinger,
Ann.
(1er
Phys.,
79,
192O
p.
73/1,
;
79,
1926,
p.
36i.
(3)
Uhlenbeck
et
Goudsmith,
Naturwissenschaflen,
i3.
(')
A
l'exclusion
toutefois
de
la
structure
hyperfine
de
certai¬
nes
raies
spectrales.