PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES SUBSTRATS ET DES ADSORBATS

PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES SUBSTRATS ET DES ADSORBATS

La surface MgO(001) peut être préparée de différentes façons: épitaxie de film de MgO sur Fe(001) [15], Mo(001) [16] ou LiF/NaCl(001) [17], clivage de monocristal sous atmosphère inerte (N quelques minutes [18], ou encore clivage de monocristal sous ultravide. Des études de caractérisation sur les surfaces obtenues par ces divers modes de préparation ont été réalisées par diffusion d’atomes d’hélium [3-6,19], décoration de surface [20], spectroscopie de photoélectrons X [18, 21], et microscopie à force atomique [7, 18]. Elles ont montré que le clivage du monocristal sous ultravide conduit à des surfaces d’excellente qualité. Signalons qu’aucune reconstruction latérale de cette surface n’a été mise en évidence jusqu’à présent alors que deux types (ondulation et relaxation) de reconstruction perpendiculaires ont été observées [22, 25]. Tous nos travaux ont été réalisés sur des  Un autre avantage de MgO est que ce substrat existe également sous forme de poudre homogène que l’on obtient par combustion de rubans de magnésium dans une atmosphère à faible taux d’hygrométrie. Elle est composée de microcristallites cubiques ne présentant que des faces (001) [26] (cf isotherme d’adsorption au § IV.1.3.1). Cette opportunité à disposer de ce substrat sous deux formes (monocristal et poudre) bien Le fluorure de baryum est un matériau de bas indice de réfraction connu pour sa remarquable propriété de transmission optique dans un large domaine de longueur d’onde, il est ainsi utilisé pour nombreuses applications optiques [29]. C’est aussi un exemple de scintillateur haute densité pour la détection des radiations de hautes énergies (particules élémentaires, rayonnement γ) [30]. Toutefois la connaissance des propriétés de surface de ce composé est relativement pauvre à cause de l’instabilité des fluorures aux radiations Les propriétés thermodynamiques et structurales des couches physisorbées sont directement liées aux interactions adsorbat-adsorbat mais aussi adsorbat-substrat. On peut considérer en première approximation que les interactions entre molécules adsorbées, bien que modifiées par la présence du substrat, sont proches de celles qui déterminent les propriétés thermodynamiques et structurales du cristal tridimensionnel d’adsorbat. Dans ce contexte, la comparaison entre les propriétés bidimensionnelles de la monocouche adsorbée et les propriétés tridimensionnelles de l’adsorbat peut s’avérer fructueuse dans la compréhension de l’influence du substrat dans les interactions adsorbat-substrat et peut aussi faciliter l’interprétation des résultats expérimentaux.

Les philosophes anciens considéraient l’eau comme un élément de base caractérisant toutes les substances liquides. Les scientifiques n’abandonnèrent pas cette idée avant la seconde moitié du XVIIIe siècle. En 1781, Henry Cavendish réalisa la  synthèse de l’eau en faisant exploser un mélange d’hydrogène et d’air; l’eau devenait alors une molécule. Cependant, les résultats de ses expériences ne furent pas clairement interprétés avant 1783, lorsque Antoine Laurent de Lavoisier suggéra que l’eau n’était pas un élément, mais un composé d’oxygène et d’hydrogène (noté HO seulement). Dans une étude scientifique présentée en 1804, Joseph Louis Gay-Lussac et Alexander von Humboldt démontrèrent conjointement que l’eau était constituée de deux volumes d’hydrogène pour un volume d’oxygène, comme l’exprime la formule actuelle H2O.  siècle, des études systématiques pour tenter de comprendre et expliquer les propriétés originales de cette molécule dans les différents états de la matière. Outre les travaux menés par des sommités telles que Fowler, Hall, Pauling, l’intérêt porté à l’étude de l’eau peut se mesurer à la quantité impressionnante d’ouvrages publiés dont certains, comme ceux de Dorsey [31] et Franks [32, 38], sont de véritables encyclopédies. Thiel et Madey [39] ont quant à eux   La connaissance des propriétés intrinsèques de la molécule et la prise en compte des caractéristiques des phases solides de l’eau constituent généralement le préalable à toute étude de l’interaction de cette molécule avec les surfaces. Nous allons donc présenter dans ce qui suit quelques caractéristiques de l’eau, en phase gazeuse et solide, qui nous semblent importantes pour l’interprétation de nos résultats.

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Nous avons rassemblé dans le tableau I.5 les propriétés physiques fondamentales de la molécule d’eau isolée. Bien sur, il ne présente pas l’ensemble des propriétés de la molécule H2O mais le lecteur qui le souhaite trouvera de plus amples détails dans les références [28, 40]. Comme le montre la figure ci-dessus, le diagramme de phase de l’eau est extrêmement riche. Actuellement, 14 formes cristallographiques de l’eau solide sont connues, dont 11 sont des phases cristallines et 3 sont des phases amorphes ne se distinguant entre elles que par leurs densités.  Les trois formes de glace amorphe connues à ce jour sont des composés métastables. Récemment, Jenniskens et Blake [46, 47] ont montré, par diffraction électronique, que durant le réchauffement d’un film de glace de 15K à 188 K, les trois formes amorphes se succèdent :  Toutes les formes cristallines de la glace ont en commun la tétracoordination des atomes d’oxygène qui correspond à la liaison de chaque molécule d’eau à quatre voisines par l’intermédiaire de liaisons hydrogènes. Parmi elles, nous allons focaliser notre attention sur les formes cubique Ic et hexagonale Ih (cf. Fig. I.6) qui sont les seules phases cristallines à exister dans nos conditions expérimentales, c’est-à-dire à basse pression et basse température. De plus dans la région de l’atmosphère qui nous intéresse (< 30 km d’altitude), la température étant supérieure à 180 K (-93 °C) et la pression atmosphérique inférieure ou égale à 1 bar c’est la glace hexagonale qui doit cristalliser (cf. le diagramme de phase de la figure I.5). Ainsi la condensation de l’eau à partir de la phase vapeur conduit à la formation de la phase hexagonale qui est la forme la plus stable de la glace dans ces conditions physiques.

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