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aurait semblé les limites du physiquement possible. C'est faire à la chimie un piètre compliment, que de représenter cette conclusion comme contraire d'une façon quelconque à ses fondements connus. Si ce n'avait pas été à cause de la conception correcte de la nature de la transformation chimique, de la distinction claire entre les atomes et les molécules, et de la conclusion que dans toutes les transformations de la matière jusqu'ici étudiées, l'élément et l'atome de l'élément restaient sans changement, ce que nous devons aux fondateurs de la chimie, on ne serait pas arrivé si rapidement à trouver le véritable caractère
serait pas arrivé si rapidement à trouver le véritable caractère de la radioactivité. Et ce qui concerne toutefois les différents arguments émis, depuis que des transformations à caractère de transmutation peuvent être faites à l'aide de la décharge électrique dans les gaz, ou par les rayons du radium, j'ai toujours considéré dans ce cas, l'occurrence comme capable d'une simple alternative. Différents chercheurs ont trouvé des résultats entièrement différents, mais ils ne renferment pas cette évidence que l'on trouve chez ceux qui ont étudié la transformation radioactive. Dans une autre direction, il y a eu une tendance à déprécier le phénomène
il y a eu une tendance à déprécier le phénomène unique et sans parallèle de la radioactivité, et à relier ce qui est entièrement et seulement un développement de la nouvelle science expérimentale de la radioactivité, à la séparation quelque peu ancienne de l'électron, et aux hypothèses électroniques de la constitution de la matière auxquelles cette découverte a donné naissance. Par exemple Sir J.-J. Thomson dans sa Romanes lecture de 1897, dit : « Puisque l'électron peut être extrait de tous les éléments chimiques nous pouvons conclure que les électrons sont un constituant de tous les atomes. Nous avons ainsi
sont un constituant de tous les atomes. Nous avons ainsi fait le premier pas vers la connaissance de la structure de l'atome, et vers le but que depuis l'époque de Prout, bien des chimistes se sont efforcés d'atteindre, la preuve que tous les atomes des éléments chimiques sont constitués par des atomes plus simples, des atomes primordiaux, comme ils ont été appelés. Le déplacement d'électrons de la matière se produit aussi bien dans les transformations physiques que chimiques et radioactives, par exemple dans l'électrisation d'un bâton de terre par frottement, l'ionisation d'un électrolyte par la dissolution, l'émission des rayons dans
l'ionisation d'un électrolyte par la dissolution, l'émission des rayons dans les transformations radioactives. C'est seulement dans ce dernier cas que l'électron peut être regardé comme un constituant primordial, et la transformation comme ayant un caractère de transmutation. Même aujourd'hui c'est seulement dans les phénomènes radioactifs, que l'on a dépassé les limites atteintes il y a longtemps par l'analyse, et que le vestibule que Prout franchissait si légèrement en imagination, a été traversé par la science. Première et deuxième phase du problème. Si l'on se repose en arrière en 1896 à l'époque où fut reconnu tout d'abord le caractère des transformations
l'époque où fut reconnu tout d'abord le caractère des transformations radioactives, on remarque nettement deux phases. La première phase, qui avait pour but de débrouiller les séries longues et compliquées des transformations radioactives et qui commençait avec l'uranium et le thorium pour s'étendre à tous les radioéléments connus, a peu ajouté aux conceptions de la chimie, sauf le fait troublant que les radioéléments étaient dans un perpétuel état de transmutation. Mais dans la seconde phase plus récente avec l'étude du caractère chimique des différents produits successifs, celle de la loi reliant ce dernier au type de rayon émis, la découverte
reliant ce dernier au type de rayon émis, la découverte d'éléments à caractère radioactif différent mais identiques au point de vue chimique avec le fait de les reconnaître comme isotopes ou comme éléments occupant la même place dans la table périodique en même temps qu'avec l'interprétation de la loi périodique les conceptions sont arrivées à un point où elles ne sont plus seulement nouvelles, mais réversantes. Dans cette phase s'est révélé un aspect de la constitution ultime de la matière, qui, bien au-delà du champ des conceptions que nous a légué le XVIIIe siècle, a néanmoins totalement manqué d'être reconnu.
légué le XVIIIe siècle, a néanmoins totalement manqué d'être reconnu. Je ne m'intéresse pas aux définitions, mais je pense que la Chemical Society pourrait sans crainte, offrir un prix d'un million de livres à celui de ses membres, qui rapidement et de façon satisfaisante, pourrait donner une définition de l'élément et de l'atome, définition capable d'être comprise aujourd'hui par un étudiant en chimie de première année. Principales caractéristiques des transformations radioactives. Il y a deux caractéristiques qui distinguent une transformation radioactive d'une transformation chimique, et qui ont permis en peu d'années d'amener à un certain degré d'exactitude finale, les séries
d'années d'amener à un certain degré d'exactitude finale, les séries si compliquées des transformations radioactives auxquelles sont soumis les éléments uranium et thorium. En premier lien, les phénomènes sont inévitables, incapables d'être modifiés ou déviés de leurs cours, indépendants de la température. de la concentration ou de la quantité de réactifs, de la présence de catalyseurs, irréversibles et capables d'être suivis avec précision et quantitativement sans altération ou perturbation du système en transformation. Bien que gênante pour un grand nombre de transformations successives, la théorie mathématique ne nécessite que la résolution d'une équation différentielle, capable d'être intégrée par quelqu'un ne
résolution d'une équation différentielle, capable d'être intégrée par quelqu'un ne connaissant que des éléments de calcul infinitésimal. La seconde caractéristique est la grandeur de l'énergie mise en jeu qui, poids pour poids de matière en transformation, surpasse celle dégagée dans les réactions les plus exothermiques connues de cent mille à un million de fois. Se manifestant sous la forme de leurs rayons, par leur action fluorescente, photographique ou ionisante, capables d'être mis en évidence en quantité très petite les transformations peuvent être suivies mesurées avec précision à l'électroscope, alors qu'il faudrait des millions d'années pour les mettre en évidence chimiquement
faudrait des millions d'années pour les mettre en évidence chimiquement ou même par la spectroscopie. On peut voir la désintégration d'un seul atome, par exemple dans le spinthariscope de Crookes, où chaque scintillation est due à l'impact d'une seule particule sur l'écran de sulfure de zinc. Sur le même principe on a développé des méthodes en usage régulier pour compter le nombre d'atomes qui se désintègrent par minute, tandis que pour les spectromètres il faut 10^13 atomes au minimum, 2.1 000 fois autant d'atomes que d'êtres humains au monde, avant qu'un élément puisse être détecté. Par suite d'une curieuse compensation,
qu'un élément puisse être détecté. Par suite d'une curieuse compensation, d'apparence si providentielle qu'on a peine à y croire la quantité de matière n'a aucune importance dans l'étude d'une transformation radioactive. Les méthodes dépendent de la vitesse d'émission d'énergie, et cette quantité est proportionnelle à la quantité de l'élément en transformation, multipliée par sa vitesse de transformation. Dans les séries en désintégration, les différents termes s'accumulent en quantités inversement proportionnelles aux vitesses de transformation. Il s'en suit que toutes les transformations à l'intérieur de la série sont également dans le champ de la méthode, qu'elles nécessitent comme dans le cas
champ de la méthode, qu'elles nécessitent comme dans le cas des éléments parents, des périodes surpassant les évaluations les plus libérales d'une période géologique, ou que dans le cas des termes C' elles aient une durée si courte que la lumière n'aurait parcouru que quelques millimètres avant que l'autre transformation ait atteint l'atome en question. La condition de l'équilibre radioactif, dans lequel les quantités des produits successifs prennent l'état stationnaire ci-dessus, est par suite entièrement différente de l'équilibre chimique il s'établira à la condition que, pour chaque membre de la série sauf le premier, il y ait autant du corps
série sauf le premier, il y ait autant du corps considéré qui naisse que de transformé par la transformation ultérieure. Ce qui précède s'applique aussi longtemps que les transformations continuent. Quand elles sont terminées, c'est un problème de déterminer les produits ultimes le travail peut être comparé à la recherche d'un météore qui un moment avant illuminait le ciel, et qui s'est éteint dans la nuit. Produits ultimes. C'est un sujet d'étonnement que dans toutes les transformations radioactives jusqu'ici étudiées, il n'apparaisse que deux produits ultimes, l'hélium et le plomb le premier constituant les particules et le second étant produit
le premier constituant les particules et le second étant produit à la fois par l'uranium et le thorium, le plomb n'étant pas dans les deux cas le même. Il y a suffisamment de raisons expérimentales, pour douter que la désintégration d'un atome en deux parties plus approximativement égales pourrait se trouver à portée d'être détectée par une des méthodes connues. Un atome lourd comme l'oxygène par exemple, s'il est expulsé à l'état de particule radiante, pourrait ne pas avoir une vitesse suffisante pour ioniser les gaz, ou s'il le pouvait la distance le long de laquelle l'ionisation s'étendrait serait très
la distance le long de laquelle l'ionisation s'étendrait serait très petite, comme nous le savons d'après l'ionisation des atomes qui reculent. C'est un point à expliquer que dans ces transformations le hydrogène n'apparait jamais, car s'il était produit on le mettrait en évidence aussi facilement que l'hélium. Il m'a toujours paru possible qu'il y ait une relation généalogique entre l'uranium et le thorium, bien que je n'aie pu même établir une façon possible de relier les deux éléments, avec une différence de poids atomique de six unités, il est impossible de passer de l'un à l'autre par addition d'atomes d'hélium
de passer de l'un à l'autre par addition d'atomes d'hélium seuls. A la fois en ce qui concerne l'hélium et le plomb, la composition des minerais radioactifs, a donné le premier fil conducteur menant à l'identité des produits ultimes. Après la découverte de la radioactivité, et la vérification de sa nature, le fait que l'hélium n'était trouvé que dans des minéraux contenant de l'uranium et du thorium revêtait une interprétation totalement nouvelle, renforcée par la preuve spectroscopique de la production de l'hélium par le radium, trouvée par Ramsay et moi-même, et comme on l'a vu plus tard, par l'actinium, le
et comme on l'a vu plus tard, par l'actinium, le polonium et même par l'uranium et le thorium, à des vitesses auxquelles on pouvait s'attendre d'après les données radioactives. Après que la détermination du poids de la particule a, eut montré par des méthodes physiques nouvelles, que sa valeur était quatre fois celle de l'atome d'hydrogène, son identification avec l'hélium fut accomplie en enfermant l'émanation du radium dans un tube de verre, dont les parois suffisamment inertes laissaient traverser une particule a, mais pas le gaz. Dans ces circonstances l'hélium est parfaitement observable spectroscopiquement à l'extérieur du tube, comme Rutherford
est parfaitement observable spectroscopiquement à l'extérieur du tube, comme Rutherford l'a montré. De telles confirmations par le spectroscope, bienvenues et satisfaisantes comme elles le sont, sont néanmoins subsidiaires au principal problème, c'est-à-dire à la recherche de démêler la série compliquée des transformations en ses stades individuels, et de caractériser par leur radioactivité plusieurs termes intermédiaires de la série tels que la mesure de leurs périodes et des constantes physiques des radiations a, ou y auxquelles elles donnent naissance. Ce n'est que plus tard que l'on a pu exécuter de façon complète la détermination de leur caractère chimique Radioactions. Dans les
complète la détermination de leur caractère chimique Radioactions. Dans les transformations radioactives successives, des particules x ou sont expulsées, une par particule x-par atome qui se désagrège pour chaque transformation; en ce qui concerne les particules nos connaissances sont moins exactes. Dans certains cas, en réalité exceptionnels, des particules semblent être expulsées sur les particules α. La particule 1 est un atome d'hélium portant deux charges atomiques d'électricité positive, et comme nous dirions aujourd'hui constitue le noyau de l'hélium moins deux électrons qui sont combinés à l'ome d'hélium. La particule β est un électron négatif, et quand elle est expulsée
β est un électron négatif, et quand elle est expulsée avec une vitesse suffisamment grande elle est accompagnée de rayons γ. Ces derniers sont des rayons X de très courte longueur d'onde, variant entre 1,3 et 0,1 unités Angström. La longueur d'onde la plus courte ainsi séparée par la réflexion sur un cristal, est 0,072 Å dans le spectre des rayons X émis par le Radium C, Ishino et Rutherford ont récemment conclu que la radiation γ principale, émise par le Radium C doit avoir une longueur d'onde comprise entre 0,02 et 0,007 Å (Phil. Mag., 1917, XXXIII, 109 XXXIV,
0,02 et 0,007 Å (Phil. Mag., 1917, XXXIII, 109 XXXIV, 153). Une relation existe entre la vitesse de transformation et la vitesse des particules expulsées, plus courte est la transformation, plus considérables en général et plus pénétrantes sont les particules γ et β. Dans le cas des premières, une relation empirique logarithmique, connue sous le nom de relation de Geiger-Nuttall, nous permet de calculer approximativement la période de l'élément qui se transforme d'après la vitesse ou le parcours d'une particule α et depuis lors on a pu ainsi déterminer des périodes cent fois trop longues ou trop courtes. Dans le
périodes cent fois trop longues ou trop courtes. Dans le cas des rayons γ, il n'existe pas encore de loi quantitative définie mais il est clair qu'une relation semblable doit exister. Nous avons un des corollaires les plus importants, en ce que des transformations plus lentes que les plus lentes qui soient connues c'est-à-dire celles de l'uranium et du thorium ne pourraient être probablement découvertes, étant donné que si même des rayons α et β étaient émis, leur vitesse serait trop faible pour ioniser les gaz ou présenter des actions fluorescentes ou photographiques. En effet pour le mesothorium et le
fluorescentes ou photographiques. En effet pour le mesothorium et le mesonium il semble que ce soit le cas, aucune radiation n'a été trouvée, bien que les corps se comportent comme dans le cas de transformation à rayon γ. La période des deux substances est longue, et il est probable qu'une particule est expulsée, mais la méthode de l'ionisation ne peut la mettre en évidence. Pour la transformation la plus lente à rayon γ, celle du radium D, qui a une période de 2,5 années, la radiation β possède une vitesse si faible qu'il faut des précautions spéciales pour la trouver;
si faible qu'il faut des précautions spéciales pour la trouver; elle est moins pénétrante que les rayons α moyens. Ces faits servent à montrer, que des transformations peuvent se produire dans les éléments non radioactifs, et qu'il n'y présente les procédés expérimentaux ne peuvent les déceler. La période de vie moyenne – La loi de transformation radioactive, qui est la même dans tous les cas, est celle de la réaction unimoléculaire, la vitesse de transformation, ou la quantité qui se transforme dans l'unité de temps, étant une fraction désignée par X, et connue comme étant la constante radioactive de la
X, et connue comme étant la constante radioactive de la quantité présente. La valeur de X, quoique très différente pour les différents radioéléments est une constante absolue pour chaque élément, autant qu'on le peut savoir, et indépendante de toute considération. La période de vie moyenne est l'inverse de cette constante, mais la vie réelle d'un atome quelconque peut prendre n'importe quelle valeur. C'est un fait expérimental très difficile à expliquer. Par exemple il est relativement facile de comparer la valeur de X pour un groupe d'atomes qui viennent d'être produits, et qui n'existaient pas un instant avant, et 2) qui
et qui n'existaient pas un instant avant, et 2) qui sont restés indistincts d'un plus grand nombre primitivement présents et dont chacun existe depuis un temps plusieurs fois supérieur à la vie moyenne. Dans les deux cas la valeur de X est la même. Ce fait exclut comme cause possible de désintégration, une altération graduelle quelconque dans l'atome pendant sa période (l'exemple, comme par exemple, ainsi qu'on l'a suggéré une fois, une radiation graduelle d'énergie interne par les électrons dans leurs orbites à l'intérieur de l'atome. Bien plus il nous faut admettre que la cause de la désintégration reste inconnue,
faut admettre que la cause de la désintégration reste inconnue, bien que Lindemann (Phil. Mag., 1915, XXX, 560), ait essayé avec un certain succès d'édifier une théorie pour en rendre compte. Le développement des différentes séries radioactives a révélé qu'il y avait parfois des bifurcations, et que dans la transformation d'un radioélément quelquefois deux produits prenaient naissance, en général en quantités différentes. C'est ainsi que la série de l'uranium se bifurque en un point pour donner les séries du radium et de l'actinium, en proportion de 0,8 à 8 °/0 d'atomes qui se désagrègent. Ceci se produit de nouveau dans
d'atomes qui se désagrègent. Ceci se produit de nouveau dans le cas du Radium C et du thorium C dans une branche une transformation à rayon α est suivie d'une autre à rayon γ, tandis que dans l'autre c'est l'inverse qui a lieu. Ces cas s'expliquent facilement si on suppose que deux transformations radioactives s'effectuent dans la même substance simultanément, et que chacune suit la loi de transformation simple comme si l'autre n'existait pas. La distribution de la substance primitive dans les deux produits est alors proportionnelle aux vitesses relatives des deux transformations. Si X et Y sont les constantes
des deux transformations. Si X et Y sont les constantes des deux transformations, la proportion des deux corps est dans le rapport de X, à Y, et la constante de la double transformation est X + Y pour le tout. Dans le cas du thorium C le rapport est de 15 à 3,5, mais de 25,27 à 0,03 pour le Radium C. On peut suivre le premier facilement, expérimentalement, mais le second est bien plus difficile à étudier: il est par exemple impossible de suivre plus loin ce qui se passe dans la branche contenant peu de matière, à cause
passe dans la branche contenant peu de matière, à cause justement de cette petite quantité, et bien qu'on croit qu'il n'y a pas de transformation ultérieure, on n'a en réalité qu'une évidence négative. Cette bifurcation est très importante car elle montre comment d'un élément deux ou plusieurs en quantités très différentes peuvent être eu résultat, et c'est peut-être l'explication de l'excessive rareté de certains éléments dans la nature. Histoire de l'analyse de la matière. La seconde phase, et peut-être la plus révolutionnaire sous bien des rapports, dans le développement et l'étude des transformations radioactives, est née de la détermination au
l'étude des transformations radioactives, est née de la détermination au point de vue chimique des produits excessifs mais un commentaire historique, sur les diverses influences qui ont influencé la conception de l'élément chimique, peut être intéressant avant de continuer ce développement. La décomposition de la matière en éléments chimiques différents, a d'abord eu lien sur des corps connus et pouvant être obtenus en abondance. La question qui se posait n'était pas tant l'existence de certains éléments, mais si certains corps bien connus n'étaient pas des mélanges. On regarda comme un élément ce qui ne pouvait être séparé; la définition célèbre
élément ce qui ne pouvait être séparé; la définition célèbre de Lavoisier était purement pratique. Presque aussitôt deux erreurs, ou plutôt deux aspects de la même erreur se glissèrent dans l'interprétation de cette conception, et qu'on retrouve jusqu'à l'époque actuelle implicitement dans toutes les caractérisations des éléments: c'est-à-dire, d'abord que l'analyse chimique était nécessairement le mode d'analyse le plus fondamental et permettant de rechercher un corps connu ou à découvrir, et secondement que les composés chimiques étaient nécessairement plus difficiles à décomposer que les simples mélanges. Des moyens quelconques prirent le sens de moyens chimiques et l'élément devint en conséquence,
le sens de moyens chimiques et l'élément devint en conséquence, l'élément chimique. Ainsi fut fait le premier pas, il conduisit à ce que le terme élément chimique implique comme on le comprend aujourd'hui, une conception chimique définie mais très complexe, impossible à être comprise ou définie sans de longues années d'études scientifiques, et totalement différente de ce qu'un homme quelconque ou un débutant en la matière peut supposer signifier par le mot élément. Le critère de l'élément chimique devint bientôt un fait, la possession d'un caractère chimique unique, le distinguant et permettant de le séparer des autres éléments. A ceci
et permettant de le séparer des autres éléments. A ceci Dalton a ajouté un autre critère, la valeur du poids de l'atome de l'élément et chaque élément ayant un caractère chimique unique, montra (comme cela advint) qu'il avait un poids atomique unique. La découverte de la loi périodique introduisit l'idée de familles d'éléments chimiquement analogues, dont on retrouvait les membres à intervalles réguliers quand on disposait les éléments dans l'ordre des poids atomiques. Sauf pour l'hydrogène, chaque élément se plaça dans un groupe d'éléments distincts, mais ayant certaines similarités. La définition de Lavoisier de l'élément comme d'un corps indécomposable, tomba
définition de Lavoisier de l'élément comme d'un corps indécomposable, tomba de plus en plus en désuétude à mesure que le siècle s'écoulait. On la remplaça par une conception théorique, pour laquelle je propose le terme d'hétérolope, voulant dire l'occupant d'une place séparée dans la table périodique des éléments on joignit à cette place le caractère chimique unique, le poids atomique unique, et plus tard le spectre unique. La loi périodique décida comme une cour suprême, des revendications pour une substance au titre d'élément et du multiple de l'équivalent à adopter comme poids atomique. Un postulant au titre d'élément pouvait-il être
comme poids atomique. Un postulant au titre d'élément pouvait-il être placé dans une case vacante dans la famille des corps auxquels il se rattachait? Si oui il n'y avait aucun doute que ce ne fut pas un mélange ou un composé et où ne pouvait douter de son poids atomique. Quelle que fut la place des éléments, il était clair qu'ils étaient tous d'une même classe, dans les limites de l'analyse chimique et que s'ils étaient complexes, probablement des complexes du même ordre. Incidemment aussi, la loi périodique montra que bien qu'il existait une relation entre le poids atomique et
bien qu'il existait une relation entre le poids atomique et le caractère chimique, il y avait des exceptions, comme pour le tellure et l'iode où les poids atomiques paraissaient être inversés. Ceci montrait clairement que c'était une chance que deux éléments n'eussent pas le même poids atomique. Dalton comme nous allons être amenés à le dire, découvrit dans le poids atomique non pas principalement une nouvelle propriété atomique, mais une nouvelle catégorie de propriété atomique, qui jusqu'à ce siècle resta la seule connue de ce genre, et qui est en rapport avec une différente région de l'atome que celle à