Sur les moments magnétiques de l`ion cuivrique

Sur les moments magn´etiques de l’ion cuivrique
Francis Birch
To cite this version:
Francis Birch. Sur les moments magn´etiques de l’ion cuivrique. J. Phys. Radium, 1928, 9 (4),
pp.137-141. <10.1051/jphysrad:0192800904013700>.<jpa-00205328>
HAL Id: jpa-00205328
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00205328
Submitted on 1 Jan 1928
HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non,
´emanant des ´etablissements d’enseignement et de
recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires
publics ou priv´es.

SUR
LES MOMENTS
MAGNÉTIQUES
DE
L’ION
CUIVRIQUE
par
M.
FRANCIS
BIRCH.
Faculté
des
Sciences
de
Strasbourg.
Sommaire. 2014
Jusqu’ici,
les moments
atomiques
du cuivre
divalent
ont
été
déterminés :
1. Par
l’étude des sels
cuivriques
en
solution,
en
admettant la
loi de
Curie,
ce
qui
a
donné
toujours
des
nombres
fractionnaires
de
magnétons ;
2. Par une seule étude thermo-
magnétique
des sels
solides,
qui
a
donné
le
nombre entier
de 10
magnétons,
avec une
précision
médiocre.
Nous
avons
fait l’étude
thermomagnétique
d’une série de sels
cuivriques
(sels anhydres,
hydrates,
solutions);
le moment
dominant est de 10
magnétons
de Weiss avec une
bonne
approximation;
un
état à 9
magnétons
est
rencontré,
et un état à moment
plus
élevé
(11
magnétons)
est
probable.
Tous
les
sels étudiés suivent
la loi
de
Weiss, ~
(T -
03B8)
=
C,
sauf
CuO,
dont
le
paramagnétisme
est très
peu
variable,
et
CuSO4
anhydre
aux
tempé-
ratures élevées.
1.
Introduction.
-
Les moments
atomiques
de
l’ion
Cu++
n’ont été
déterminés
jusqu’à présent que
d’une manière
très
incomplète.
En
général,
on
a étudié
les
sels
cuivriques
en
solution
et à la
température
ordinaire;
en admettant
la
loi de
Curie,
on
a
pu
calculer
le moment
atomique
au
moyen
de
la
formule
classique,
aat
=
V3RCat.
i
Liebknecht et Wills
(’)
ont
mesuré
avec exactitude les coefficients
d’aimantation
de
plusieurs
sels
cuivriques
à
la
température
ordinaire
par
la méthode des
solutions
neutres.
Les nombres de
magnétons
(1)
qu’on
peut
déduire
de
leurs
mesures
sont
fractionnaires
et
voisins de
9,6.
Les
expériences
de
Cabrera
et Moles
(3)
sur
des solutions
cuivriques
ont
donné
de
même un
nombre
de
magnétons
fractionnaire et
voisin de
9,6; mais,
ayant
remarqué
uno
légère
croissance
systématique
avec
la
dilution,
ils ont
extrapolé
vers la dilution
infinie,
trouvant
ainsi les
nombres
de
magnétons
9,Q0
et
9,93.
M"e
Jacobsohn
(*)
a
trouvé,
dans des solutions
contenant
de
1 î
pour tOOjusqu’à
0,1
pour
100
de
cuivre,
un
coefficient d’aimantation sensiblement
indépendant
de
la
concentration,
et
un
moment
un
peu supérieur
à
9,5
magnétons.
Enfin,
les
expériences
de Cherbuliez
(~)
sur le
nitrate embrassent
un
grand
intervalle
de
concentrations,
entre
~2,~~
pour
100
de
et
0,0068
pour
100.
La solution
la
plua
diluée
contient
un
nombre
d’ions
cuivriques
au
même ordre
que
celui du nombre
des.
molécules
dans
un
gaz
à la
pression
de
1/100
atmosphère.
Nous
avons
reproduit
une
courbe
(fig.
1)
établie
par
Cherbuliez,
qui
représente
non
seulement ses résultats
mais
aussi
ceux
de
Mlle
Jacobsohn
et de
Cabrera
et Moles.
-
On
voit
dans cette
figure
que
Cherbuliez
a retrouvé la
croissanc3
de l’aimantation
avec
la dilution
qu’ont
observée
Cabrera
et Moles
pour
d’assez forLes
concentrations :
ensuite,
il
trouve
une
partie
qui
correspond à
la constance
du
moment
signalée
par
Jacobsohn ;
puis
il
y
a
une
décroissance,
un
minimum
et
une nouvelle
croissance
du
moment.
Une
extrapolation
vers une limite à
10
magnétons pour
la
concentration
nulle n’est
pas
incompatible
avec la
marche de
la
courbe,
mais
elle
ne
s’impose pas
d’une manière
certaine.
( ~ ~
LlEBKxECHT
et
BVILLS,
dor
Ph yc.,
t.
’!
(1900),
p.
178.
(2)
Le
nombre de
magnétons
de
Weiss est le
quotient
du moment
atomique
tiré de la foran
le
~It~
Langevin,
aat
=
par
le
magnéton
expérimental :
1
423,~
l’.E.11.
(3)
CADRERA
et
MOLE2,,
Trob.
del
Lab.
Inv.
(1914),
et
n·
83 (1919).
(4)
l’hfee
( 1916),
Zurich.
e)
CHERBUHEX,
Thèse
(1,91),
Zurich.
,
°
l0
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0192800904013700

138
On
peut
chercher
la
raison
de ces
phénomènes
compliqués
dans
la tendance
bien
connue
du cuivre à former
des
ions
complexes,
et
dans les
équilibres
entre
divers ions
porteurs
de moments différents.
Fig.
1.
-
Courbe
de
Cherbuliez.
Nombre de
magnétons
en
fonction de la
conceutratioïL.
Mais Cabrera
et
Dupéricr
(1)
et
Chatillon
(~)
ont montré
que
les solutions
paramagné-
tiques
obéissent,
dans
certains
cas,
à la
loi
de
Weiss /. ( T -
6)
=
C,
avec
0
0,
la
valeur
de 8 étant
indépendante
de
la concentration. Il est
donc
nécessaire,
pour
la
détermination
du
moment,
d’étudier la variation
thermique.
MUe
Jacobsohn,
il
est
vrai,
a cru
établir
par
des
mesures
(g)
entre 0° et tJ0°
que
les solutions des sels
cuivriques
obéissent à
la
loi de
Curie.
Nos
mesures
sur
le chlorure
cuivrique
en
solution donnent
au
contraire des
points
de
Curie très
nets.
D’ailleurs,
aucune
des substances
étudiées
par
nous ne
donne
un
point
de
Curie
s’écartant du zéro absolu
de
moins
de
10°.
On
possède
une étude
thermomagnétique
de sels
de
cuivre
à
l’état
solide,
faite
par
Ishiwara et Honda et
Ishiwara
(9).
Leurs
expériences pour
le
sulfate
et le chlorure
anhydres
donnent une
variation
approximativement
linéaire
dans
de
grands
intervalles.
Recalculées
par
P.
Weiss,
elles
ont
donné
les nombres
portés
dans le
tableau
I.
TABLEAU
1
(6)
CABREllB
et
DuPÉRtER,
J.
t.
6
(1925), p.
12’.
(7)
Thèse,
Strasbourg
(1927)
et Ann. de
Phys. (à
paraitre
en
1~28).
(s)
Ces mesures
de la variation
thermique
semblaient
au
premier
abord vérifier la
loi de
Curie ;
en
regardant
de
plus
près,
nous avons
trouvé
qa’elles
suivent avec
une
précision beaucoup plus grande
la
loi
de
BVeiss, X
(T -
6)
=
C.
Des six séries de
mesures,
il
y
en a trois ou
6
= -
10°
avec
n
=
9,72
magnétons;
deux
autres
donnant
0
= -
5°
et 0
_ -
30°
avec n =
9,6
et
10,0 magnétons, respecliycm8nt;
et la
sixième,
pour
une
solution,
ammoniacale,
donne
8
=
+
10°
et ii
--
8,97.
Il est
intéressant
de
comparer
cette
interprétation
avec
nos résultats
donnés
plus
loin.
(~I)
I:5HIWARA,
Sc.
Rah.
Tôluku
t,
3
(i9li),
p, 303;
HoxDA
et
lamwARA,
t. 4
(1915), p.
215.

139
Elles
semblent
donc
donner
le nombre
entier
10
et,
en
outre,
une
indication en
faveur
porteur
de moment
moindre.
Cependant,
ces
déterminations
faites à
l’aide de la
pente
moyenne
de
droites
ne
tiennent
pas
compte
de certaines
irrégularités
que présentent
les
observations:. Les
expériences
que
nous avons faites
et
qui
sont
reproduites
plus
loin
montrent
que
quelques-
-unes
de ces
irrégularités
n’ont
peut-être pas
un caractère
accidentel.
Les
nombres
ci-dessus
ne doivent
donc
pas
être
acceptés
sans
réserves.
2.
Méthode
de mesures. -
Nous
avons fait
l’étude
thermomagnétique
d’une
série
"de
sels
cuivriques
(sels anhydres, hydrates,
solutions)
par
la
méthode
du
champ
non-
uniforme avec
un
appareil
souvent
décrit (’°).
L’appareil
était étalonné
avec l’eau ou
avec
le
pyrophosphate
de
manganèse;
les
valeurs
ainsi
trouvées
s’accordent
à un
millième
près.
Les
températures
élevées
étaient obtenues
au
moyen
d’un
petit
four à ruban de
nichroille (11)
avec
circulation
d’eau;
pour
un
courant
donné,
la
température s’équilibrait
au bout de
vingt
minutes
environ,
restant constante
ensuite
et uniforme à
un
dixième
de
degré
près
dans une
cloche
d’argent qui
entourait la
substance.
On
mesurait la
température
avec
un
potentiomètre
et
un
thermocouple
fixé à
cette
cloche,
étalonné
au
moyeu
d’un
couple
connu
-dont la soudure
chaude
était
placée
à l’intérieur de la cloche. L’erreur
absolue sur
la
température
de
la
substance
est
inférieure
à un
demi-degré.
Pour les
basses
températures,
eon
employait
un,
récipient
en
cuivre contenant
un
mélange
réfrigérant (neige
carbonique,
.air
liquide,
glace
fondante)
qui
entourait la
substance,
et
l’on
mesurait
la
température
au
moyen
d’un
thermomctre à
pentane.
Les
corps
étudiés étaient chauffés
dans des
ampoules
.scellées,
ce
qui
retardait
la
décomposition
en
quelques
cas,
et
permettait
d’atteindre des
températures
élevées sans
perte
de substance.
Les sels
que
nous avons étudiés
étaient ou
bien
des sels
purs
cristallisés
Iiahlbaum
~~Zur
Analyse
mit
Garantieschein)
ou
bien
des
sels
provenant
de
l’Institut
Chimique
de
l’Université
de
Strasbourg,
recristallisés
plusieurs
fois.
Nous avons
dosé
électrolytiquement
tes solutions et
les sels
hydratés.
’
Mais
il
importait
surtout de s’assurer
de ce
qu’on
peut appeler
la
pureté
physique
des
-substances. On
ne
peut
obtenir
.de
résultat
ayant
une
signification précise que
si tous les
:IOns
cuivriques
possèdent
le même moment. Les
expériences
de
Cherbuliez,
ce
que
l’on
1
-sait
par
ailleurs
des
ions
complexes
du
cuivre en
solution rendaient cette
précaution
indispensable.
On
sait, par
de
nombreux
exemples
fournis
par
d’autres
substances,
que
le
phénomène
simple
du
paramagnétisme
est la
variation
linéaire de
1,/Z
en
fonction
de
l’
--Nous avons considéré
cette
propriété
comme le critérium
de
la
présence
d’une
seule
espèce
~~de
porteur
de
moment. En
effet,
on
voit facilement
que
la
présence
en
proportions
variables
;de
porteurs
de
moments
différents
doit altérer
la
loi linéaire.
Cette
loi
est donc une
!,condition
nécessaire de
la
pureté
physique;
mais
elle
n’est
pas
une
condition suffisante.
Pour
chaque
série
de
mesures,
nous
avons fait
les
produits ~~ (7°
-
0)
-
G’,
en cherchant
la valeur
de 6
pour
laquelle
ce
produit
reste
constant;
si
Z
est
le coefficient d’aimantation
latomique,
le
produit
est la constante de
Cume
atomique
et le moment
atomique
se
déduit
de
la
formule
classique..
Il
y
a
lieu
de
corriger
le coefficient d’aimantation
moléculaire
(coefficient
d’aimantation
4xtassique
multiplié par la
masse
moléculaire)
du
diamagnétisme
de
l’anion et en
outre,
du
.diamaânétisme
sous-jacent
du cuivre
lui-même,
afin
d’avoir le
coefficient
atomique.
Pour
les
anions,
nous avons
utilisé
les résultats
de Pascal
e2) qui
donnent
pour
la valeur
-
33,(1
X
10~,
et
pour
Cl,
-
20,1 X
i0"~.
Le
diamagnétisme
sous-jacent
du cuivre
n’est
,pas
connu
directement ;
nous avons
pris
la valeur
moyenne
des
diamagnétismes
des éléments
-qui,
dans le
système
périodique,
encadrent
ceux
de la famille du
fer,
soit
-
18 X
10-6.
(io)
P. BYEISS
et
(i.
J.
Phys.,
t.
5
(1911), p.
1,
273,
11É et
893;
(~.
et n.
J.
~. 7
(19.6),
Iie
6,
p.
180.
""
(~
1
FoËX
et
FORRHR,
loc.
cit.
(’2)
P.
PASCAL,
C.
/2.,
L 173
(i921),
p.
4 hh.
,

140
3. Résultats et
conclusions. -
Sous avons
donc,
pour
le calcul
des
moments,
laissé
délibérément
de
côté les
expériences
dans
lesquelles -
=
T
est
représenté
par
une
P
X r
Ît )
courbe.
Il
reste
alors les
observations
dont
les résultats sont
consignés
dans
le Tableau
II.
TABLEAU
II.
Nous
avions
enfin
étudié
CuO,
qui
présente
un
paramagnétisme
notable mais
peu
variable,
comme
le
montre le Tableau III.
TABLEAU
111.
Nous
n’avons
pas
fait
ici la
correction
du
diamagnétisme
de Paterne
d’oxygène qui
est t
probablement
de l’ordre de -- 5
X
On
voit,
d’après
le
Tableau
II,
que
le
moment de
10
magnétons
a été obtenu
6
fois,
une fois dans
la
solution
de
CuCl2,
une fois
dans
l’hydrate
CuCI,211,0,
une fois
daiis
deux fois dans
CuSO,,11,0
et
dans
CuSOf
anhydre.
On a
trouvé
pour
CuC12
en
solution,
dans un autre
intervalle
de
température,
un
deuxième
état de
9,Ci
magnétons.
Les huit
déterminations du moment du
CuCl2
anhydre
se
répartissent
en
un
groupe
compact
de
cinq
mesures
très
voisines
de
leur
moyenne
9,60;
une mesure aberrante
à 9.11
et
deux
à
9,76.
Nous n’avons
pas
le
moyen
de décider s’il
s’agit
réellement d’un
moment
à
9,6
magnétons
ou de moments
moyens
provenant
de la
présence
simultanée
de
porteurs
de
moments différents.
Cependant,
l’existence
des moments aberrants
est
plutôt
favorable
à
cette
dernière
interprétation.
Outre
l’oxyde cuivrique,
la
seule substance
pour
laquelle
nous
ayons
trouvé
une
variation
non
linéaire
est
le sulfate
anhydre
entre
900°
et
~00~
qui,
d’après
les
physiciens