Etudes par diffraction de
rayons X
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La structure de l'eau n'a
pas été encore complètement établie, même dans les conditions normales, malgré
une histoire riche en investigations débutant par des travaux à partir de
diffraction de rayons X en 1930-1931. La diffraction de rayons X est une
méthode toujours utilisée aujourd'hui, notamment pour des expériences sur l'eau
à l'état supercritique.
a) Généralités
La diffraction des rayons X
est essentiellement une technique très efficace d'investigation des structures
cristallines. Les rayons X sont un
rayonnement électromagnétique de courte longueur d'onde, comprise entre environ
10 pm et 1000 pm. Les pionniers de la physique du solide ont découvert la
structure cristalline de nombreux solides simples grâce à cette technique. Plus récemment, elle a permis de découvrir
la structure cristalline de nombreuses molécules complexes d'importance
biologique notamment. Le phénomène
d'interférence est à la base du principe de diffraction de rayons X. En effet,
la diffraction est observée lorsqu'un objet sur le parcours de radiations (en
l'occurrence de rayons X), provoque l'interférence de ces radiations. Pour une structure cristalline on peut
ainsi, grâce à l'équation de Bragg, calculer la séparation des atomes puis
déduire les géométries formées par ces atomes.
b) Instrumentation
Dans un diffractomètre à
rayons X, on produit un faisceau de rayons X en bombardant un métal par des
électrons rapides. Le faisceau traverse
une fente ménagée sur un écran et irradie l'échantillon. Les instruments modernes permettent une
détection électronique des signaux de diffraction et un dépouillement
automatique des données par un ordinateur relié directement au diffractomètre.
Les études à partir de
diffraction de rayons X dans l'eau à hautes températures et hautes pressions,
ont souvent connu des problèmes techniques : la trop faible dispersion du
faisceau par le petit volume de l'échantillon d'une cellule aux hautes
températures et pressions, l'élimination des réflexions de Bragg de la cellule cristalline, une échelle trop étroite pour les mesures due aux contraintes géométriques de la cellule.
Mais de gros progrès dans la diffraction
des rayons X ont toutefois été réalisés pour les hautes températures et
pressions.
La méthode la plus utilisée est
la diffraction énergie-dispersive avec une cellule en nitrure de bore ou avec
des parties en diamants, avec laquelle des pressions de 10 GPa et des
températures de 1OOO°C sont possibles.
Cet équipement est approprié pour les liquides contenant des métaux
lourds, mais pas pour les liquides comme l'eau. Dans
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