Phases bidimensionnelles de CH₂Cl₂ physisorbé seul sur graphite et MgO, et associé au krypton ou au méthane sur graphite

Abstract

L’adsorption de CH₂Cl₂ sur graphite donne lieu à la condensation d’une couche monomoléculaire dense, suivie d’une adsorption suivant un autre mécanisme, gouverné par les interactions entre les molécules d’adsorbat, et donnant probablement lieu à la formation d’agrégats. La caractérisation structurale à 80K du film physisorbé par diffraction de neutrons met en évidence trois structures S1, S2 et S3. La structure S1, rectangulaire centrée commensurable (5x√3) avec le graphite correspond aux taux de recouvrement submonomoléculaires ; la structure S2, apparaissant au complètement de la monocouche, résulté d’une compression unidirectionnelle de 14/15 du grand côté de la structure S1. Elle est semi-commensurable avec le substrat. La maille S3, également rectangulaire centrée, de paramètre à = 4,09 et b = 10,82Å, est incommensurable avec le graphite. Elle correspond probablement à la croissance d’agrégats sur la surface recouverte d’un film monomoléculaire de structure S2, suivant un processus continu. La caractérisation thermodynamique, par volumétrie d’adsorption, entre 175 et 220K d’un film de CH₂Cl₂ adsorbé sur MgO fait apparaître, après la condensation d’une couche monomoléculaire, la compétition entre deux phases lors de la formation de la deuxième couche. Seule la phase prévalent à basse température peut être mouillé par CH₂Cl₂ pour produire une troisième couche monomoléculaire adsorbée. L’adsorption de krypton à 80 et 85 K et de méthane à 80K sur graphite pré-couvert de CH₂Cl₂ a été étudiée par volumétrie d’adsorption. Lorsque le graphite est recouvert d’une couche monomoléculaire de CH₂Cl₂, l’adsorption consécutive de l’espèce volatile conduit au remplacement partiel par cette dernière du film de CHCl. Cette transition est suivie par la formation d’une couche binaire (espèce volatile- CH₂Cl₂) sur les plages résiduelles de CH₂Cl₂ suivant une transition du premier ordre. Ensuite le krypton croit par couche monomoléculaires successives uniquement sur lui-même tandis que la condensation du film de méthane d’effectue alternativement sur les plages recouvertes de méthane pur et sur la couche binaire. Lorsque la surface du graphite est pré-saturée en CH₂Cl₂, le remplacement de cet adsorbat par une couche monomoléculaire de l’espèce volatile n’a pas lieu. Les structures observées par diffraction de neutrons à 80K au cours de l’organisation de couche mixte (krypton- CH₂Cl₂) sont les mêmes que celles produites par l’adsorption de quantités croissantes de CH₂Cl₂ pur.