Propriétés thermodynamiques du film d'acétylène adsorbé sur graphite : un nouvel exemple intéressant de transitions de phase en physisorption

L.A.R.I.G.S. Laboratoire Maurice Letort, C.N.R.S. Route de Vandoeuvre, B.P. 104, 54600 Vilers-les-Nancy, France.

Résumé

Un réseau d'isothermes d'adsorption d'acétylène sur graphite exfolié a été déterminé entre 110 et 160 K. Il tend à montrer qu'en dessous de 120 K, il se produit trois transitions de phase du premier ordre au cours de la formation de la première monocouche, laquelle passerait donc par trois phases condensées bidimensionnelles (phases α, β et γ). Dans la phase condensée la moins dense (phase α) les admolécules sont probablement "à plat" sur la surface et sont moins mobiles que dans la phase condensée intermédiaire (phase β). Celle-ci qui est la plus mobile des trois, est aussi la seule à pouvoir être commensurable avec le substrat. Les admolécules y sont, en partie au moins, redressées ; il est possible qu'elles soient localisées sur les puits de potentiel du graphite distants de 4,26 Å. Il est également possible que la phase β ait la même structure qu'un plan (111) du cristal tridimensionnel. La phase bidimensionnelle la plus dense (phase γ) serait un "solide" constitué de molécules jointives et en position "debout" sur la surface. La structure finale de la première couche ne serait pas celle de la phase γ, car le film subirait une restructuration dans son ensemble à l'approche de la pression de vapeur saturante.

Abstract

A set of adsorption isotherms of acetylene on exfolieted graphite has been determined between 110 and 160 K. It tends to show that below 120 K three first order phase transitions occur during the formation of the first monolayer which must then pass through three two-dimensional condensed phases (α, β , γ). In the least dense phase, α, the admolecules are probably lying flat on the surface and are less mobile than in the intermediate phase, β. This latter, the most mobile of the three, is also the only one which is able to be commensurate with the substrate. In this phase, the admolecules are in part at least, upright; it is possible that they are localized on the graphite potential wells separated by 4.26 Å. Another possibility is that the β phase has the same structure as a (111) plane of the tridimensional crystal. The densest two-dimensional phase, γ, is certainly constituted by molecules close together and standing up on the surface. The final structure of the first layer will not be that of the γ phase, because the film probably undergoes a complete reconstruction when approaching the saturated vapor pressure.