Étude électrochimique et électrohydrodynamique du régime permanent de l’injection unipolaire de protons dans le nitrobenzène

(Université Scientifique et Médicale de Grenoble, CERMO, Laboratoire de physique expérimentale, Domaine Universitaire de Saint-Martin-d’Hères, B.P. 53, Centre de tri, 38041 Grenoble Cedex), France.

Résumé

Une injection de protons provenant de l’oxydation de l’eau résiduelle est obtenue dans du nitrobenzène sous l’influence d’un champ électrique élevé. Les impuretés électrolytiques sont éliminées par circulation du liquide dans une cellule d’électrodialyse, de ce fait le courant des espèces dissociées est négligeable devant le courant d’injection.

L’injection provoque un fort effet de pompe ionique. La valeur de la pression mesurée est en accord avec celle qui est calculée à partir de la répartition du champ électrique donnée par l’effet Kerr. La densité volumique des porteurs est uniforme dans l'espace injecteur-collecleur. La vitesse des porteurs augmentée par les mouvements turbulents du liquide augmente avec la densité volumique, mais la « mobilité électrohydrodynamique moyenne » tend vers la mobilité vraie lorsque la densité volumique tend vers zéro.

Le comportement de deux injecteurs différents : membrane cationique, platine poli est étudié. Le comportement d’un injecteur en platine devient reproductible après un conditionnement qui consiste en une émission prolongée sous champ intense. Le courant d’injection stationnaire dépend de la teneur en eau, il est nul lorsque la teneur en eau est inférieure a 300 mg/1, il peut être limité par l’émission ou limité par la charge d’espace. Il est 1 000 fois plus faible que le courant limité par la diffusion comme en polarographie avec un électrolyte support.

Abstract

An injection of protons due to residual water oxydation occurs in nitrobenzene under the influence of a high d.c. field. Electrolytic impurities beeing removed by recirculation in an electrodialysis cell, the current of dissociated species is negligible as compared to injection current.

The carriers space charge density is uniform in the gap. The injection gives rise to a strong ion drag pumping. Experimental pressure values are in agreement with field distribution data given by Kerr effect measurements. The carriers velocity enhanced by the turbulent motion of the liquid increases with the bulk density, but the » mean electrohydrodynamic mobility » extrapolated to zero bulk density gives the true mobility.

The behaviour of two emitters : platinum electrode, cationic membrane is investigated. The behaviour of platinum is reproducible after a pretreatment consisting in an emission under high stress during several days.

The steady state current depends on water concentration, there is no injection when the concentration is less than 300 mg/l. The current may be space charge limited or emission limited, it is about three orders of magnitude smaller than the diffusion limited current as in polarography with a supporting electrolyte.