Etude, par spectroscopie dans le proche infrarouge, et modélisation des structures de surface et de l'hydratation de silices amorphes

par Cédric Carteret

Thèse de doctorat en Chimie et physicochimie moléculaires

Sous la direction de André Burneau.

Soutenue en 1999

à Nancy 1 .


  • Résumé

    Ce travail contribue à l'étude des propriétés de surface des silices amorphes. La principale technique d'analyse mise en oeuvre pour caractériser les hydroxyles présents à la surface du matériau (silanol et eau physisorbée) est la spectrométrie proche infrarouge (PIR). Les types de silanols à la surface d'une silice, leurs interactions, leur condensation par traitement thermique sont décrits à partir des absorptions IR. Le coefficient molaire d'absorption intégrée pour les transitions vOH, (v+[delta])SiOH et 2vOH est obtenu en corrélant PIR et thermogravimétrie. Ce demier ne dépend pas de l'environnement des hydroxyles pour des transitions de combinaison ou harmonique d'ordre 2 alors qu'il augmente fortement par formation de liaison hydrogène pour la transition fondamentale vOH. Une méthode de mesure spectrométrique de la quantité totale de silanols d'une silice est proposée. A 700°C, la surface d'une silice présente majoritairement des silanols isolés (0,7 OH/nm2). Une attribution détaillée des absorptions IR du groupement SiOH de 100 à 11000 cm-1 est déduite des spectres PIR. Un site de surface est simulé à partir de calculs ab initio sur une série de molécules modèles comportant les groupements SiOH et Si(OH)2. Le PIR présente une région spectrale propre à l'absorption de H2O qui permet de suivre l'hydratation du solide. L'étude quantitative est réalisée en combinant spectres PIR et isothermes d'adsorption par gravimétrie. Les silanols sont les centres d'adsorption et nous les avons classés en fonction de leur affinité pour la molécule d'eau. Lors de l'hydratation, les molécules d'eau occupent en premier les sites préférentiels puis forment des agrégats autour des premiers sites. Le verre poreux Vycor contient du bore en impureté. Sa migration vers la surface par traitement thermique est mise en évidence. Elle s'accompagne de la formation de groupements boranol. Les propriétés du bore de surface (hydratation et dissolution) et les vibrations de BOH sont examinées.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (V-144 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine (Villers-lès-Nancy, Meurthe-et-Moselle). Direction de la Documentation et de l'Edition - BU Sciences et Techniques.
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