Étude par diffraction des rayons X de la structure du toluène dans les états liquide, vitreux et amorphe

Groupe de Recherche n° 4 du CNRS «Physique des Liquides et Électrochimie, associé à l'Université Pierre et Marie Curie, 4, place Jussieu, 75230 Paris Cedex 05.

Résumé

L’intensité diffractée par le toluène liquide a été mesurée à différentes températures comprises entre 153 et 293 K (point de fusion normal du toluène : 178 K); une étude a également été effectuée à 77 K sur les phases solides non cristallines, vitreuse et amorphe, obtenues respectivement en refroidissant le liquide en dessous de la température de la transition vitreuse et en déposant la vapeur de toluène sur un support maintenu à basse température. Les mesures effectuées dans l'intervalle du vecteur de diffusion compris entre 0,4 et 13,0 Å^-1 montrent que, dans le domaine de température étudié, l'intensité résultant des interactions entre les atomes appartenant à des molécules distinctes devient négligeable au-delà de 6 Å^-1 et qu’il n’existe pas de différence sensible entre les facteurs de structure des phases vitreuse et amorphe. Les fonctions de distribution radiale, obtenues par inversion de Fourier des intensités expérimentales, ont été calculées dans l’approximation des atomes indépendants et en admettant une sphéricité effective des molécules de toluène. L'ordre moléculaire dans les phases non-ordonnées est comparé à l’ordre existant dans le toluène cristallisé.

Abstract

The X ray intensity scattered by liquid toluene has been measured at different temperatures between 153 and 293 K (Normal melting point of toluene : 178 K). Non crystalline vitreous and amorphous phases obtained respectively by freezing liquid under the vitreous transition temperature and condensing toluene vapor on a low temperature substrat have been studied at 77 K. The X ray diffraction data was obtained over the q momentum transfer vector 0.4 to 13 Å^-1. We show that intensity from interactions between atoms of distinct molecules becomes negligible for long range values of q higher than 6 Å^-1, and that there is no quantitative difference between the structure factors of vitreous and amorphous phases. The radial distribution function obtained by Fourier inversion of experimental intensities bas been calculated using the so-called independent atom approximation and with the effective spherical shape hypothesis of toluene molecules. We then compare molecular order in the crystalline and non crystalline phases.