Mécanisme de formation d'inclusions fluides lors de la croissance cristalline de molécules organiques : l'effet inattendu des gaz comme inhibiteurs de croissance

• Auteur / Autrice : Audrey Waldschmidt
• Direction : Samuel Petit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Rouen
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et méthodes séparatives (Mont-Saint-Aignan (Seine-Maritime) ; 2000-...)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Adhésion (physique)

Bulles

Monocristaux

Croissance cristalline

Cristallisation

Résumé

Ce mémoire propose un mécanisme original de formation des inclusions fluides au sein de monocristaux de cinq molécules organiques. L’incidence des différents paramètres de cristallisation tels que la nature du solvant, la présence d’impuretés et la nature des gaz en solution ont été étudiés de façon systématique et rigoureuse. Cela a permis de démontrer l’impact déterminant de la nature des gaz en solution, à la fois sur la présence de vacuoles macroscopiques et sur les cinétiques globales de croissance cristalline. Il a en particulier été établi que toutes les inclusions liquides contiennent du gaz, soit à l’état dissous, soit sous forme de nanobulles, de sorte que l’état d’équilibre des vacuoles est un cristal négatif contenant une macrobulle de gaz. En outre, l’analyse du relief des surfaces impliquées dans la formation de vacuoles a mis en évidence qu’une rugosité élevée est une condition nécessaire (mais non suffisante) à l’initiation d’un défaut. En effet, la première étape de la formation des inclusions est l’adhésion physique de bulles de gaz contenant des atomes d’oxygène sur des surfaces rugueuses, donnant lieu à une inhibition locale de croissance.

This manuscript proposes an original mechanism for the formation of fluid inclusion inside single crystals of five organic molecules. The incidence of crystallization parameters such as the nature of the solvent, the presence of impurities and the nature of gas in solution were studied systematically and rigorously. The large impact of the nature of the gas in solution both on the presence of macroscopic vacuoles and on the global crystal growth kinetics was demonstrated. In particular, it was established that every liquid inclusion contains gaseous matter either as dissolved gas or as nanobubbles, so the equilibrium state of vacuoles is a negative crystal containing a gaseous macrobubble. Finally, the analysis of the asperities on the surfaces involved in the vacuole formation has highlighted that a high surface roughness is a necessary (but not sufficient) condition to initiate a defect. Indeed, the formation of inclusions is caused by the strong physical adhesion of bubbles of gases containing oxygen atoms specifically on rough surfaces, giving rise to a local growth inhibition.