Etude par diffusion de neutrons de l'ordre local dans le soufre liquide autour de la transition de polymerisation

Neutron scattering study of local order in liquid sulphur around the polymerization transition

• Auteur / Autrice : LAURENT DESCOTES
• Direction : Robert Bellissent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

A 159 degres celsius, le soufre liquide presente une transition de phase interpretee comme suit: au-dessus du point de fusion, le soufre est un liquide monomoleculaire, constitue d'anneaux a huit atomes; a 159 degres, une partie des anneaux s'ouvrent pour s'agreger en tres longues chaines polymeres. Anneaux et chaines sont alors en equilibre dynamique. Cette description explique qualitativement les proprietes du soufre liquide mais repose sur l'hypothese de l'existence d'anneaux et de chaines dans le liquide sans permettre de la tester. La diffusion des neutrons apparait alors comme un outil de choix. Nous avons mesure, par diffusion des neutrons, le facteur de structure du soufre liquide en fonction de la temperature. Nous avons developpe des methodes originales combinant corrections experimentales et analyse des donnees a l'aide de modeles geometriques de molecules. Nous avons teste differents modeles decrits dans la litterature et montre la superiorite de la description anneaux a huit atomes. Simultanement, nous avons developpe un modele simple de structure intermoleculaire du liquide reposant sur un potentiel de type spheres dures, a l'aide de simulations de monte carlo et en resolvant l'equation integrale rism. Finalement, en dessous de la transition, le soufre peut etre parfaitement decrit comme un liquide d'anneaux a huit atomes, dont nous avons determine, avec une grande precision, les parametres geometriques. Au-dessus de la transition, l'analyse de la fonction de correlation de paires, obtenue par transformee de fourier du facteur de structure, nous a permis de mettre en evidence, de maniere directe et quantitative, l'apparition des chaines dans le liquide. Nous avons egalement developpe des simulations de monte carlo reposant sur un calcul quantique du potentiel interatomique. Cette approche nous a permis de rendre compte de facon satisfaisante de la structure intermoleculaire du liquide en dessous de la transition. A plus hautes temperatures, nous avons constate l'ouverture spontanee des anneaux et la formation de chaines dans notre boite de simulation