La cristallisation est un phénomène dans lequel les atomes ou molécules s’arrangent de manière hautement ordonnée. Il s’agit d’une des plus anciennes méthodes de purification. De plus, la structure cristalline d’un matériau influence ses propriétés. En métallurgie, par exemple, plusieurs opérations sont effectuées sur le métal, chacune affectant la structure cristalline et par le fait même les propriétés du matériau. Une compréhension des facteurs affectant la structure cristalline serait désirable en chimie des matériaux. Par exemple, dans le développement de matériaux poreux, la structure permettrait de moduler la quantité de vide dans un cristal et d’ajuster ainsi sa porosité. Prévoir l’organisation moléculaire est aussi désirable dans les panneaux solaires afin de bien positionner les composantes actives. Pour les polymères, le taux de cristallinité affecte directement les propriétés mécaniques telles que la densité et la dureté.
La cristallisation se fait par étape. Au début, quelques particules commencent par se lier intermoléculairement de manière réversible. À ce moment de la cristallisation, la perte d’entropie contrebalance les bénéfices enthalpiques et le processus n’est pas favorisé thermodynamiquement. Une fois qu’un certain nombre de particules se sont lié, un noyau ou germe de nucléation est formé et à ce moment la cristallisation devient favorisée thermodynamiquement. Cette étape critique s’appelle la nucléation. La structure et la forme du noyau de nucléation servent de gabarit pour la construction subséquente du cristal. Après la germination vient la croissance épitaxiale. Comprendre l’étape de germination permet donc de moduler l’organisation moléculaire au tout début de la formation du cristal.
Le projet présenté dans ce mémoire vise à examiner le phénomène de la nucléation à l’aide de molécules organiques conçues pour porter plusieurs groupements pouvant se lier réversiblement de manière covalente. Le nombre critique de molécules pour construire un noyau de cristallisation et la nature de leur association peuvent être étudiés. Le cœur organique choisi pour ces molécules est celui de l’adamantane car ses dérivés cristallisent bien en général et peuvent être fonctionnalisés facilement. Le groupement choisi pour pouvoir se lier réversiblement est le nitroso, qui s’associe pour générer des liaisons azodioxy. L’objectif du projet fut donc la synthèse et l’étude du comportement du mono-, di-, tri- et tétranitrosoadamantane. / Crystallization is a phenomenon in which atoms or molecules arrange themselves in a highly ordered fashion. It is one of the oldest methods of purification. In addition, the structure of a crystalline substance influences its properties. In metallurgy, for example, many operations are applied to metals in an effort to change the crystal structure and thus the properties of the material. Acquiring a full comprehension of the factors affecting crystallization is therefore a desirable goal in materials chemistry. In the area of porous solids, for example, modifying the structure can be used to modulate the amount of free space inside the solid. Similarly, controlling the molecular organization of the components of solar panels is needed to optimize performance. For polymers, the degree of crystallinity directly affects mechanical properties such as density and hardness.
Molecular crystallization is a stepwise process. At the start, a few molecules associate reversibly. At this point, the loss of entropy counterbalances stabilizing enthalpic effects, and the process is not favored thermodynamically. Once a certain number of molecules have assembled, a seed or germ of nucleation is formed. It is at this moment that crystallization becomes spontaneous. This critical step is called nucleation. The structure and shape of the seed serves as a template for subsequent construction of the crystal. After the seed is formed, the crystal then undergoes epitaxial growth. Understanding the seeding step allows modulation of the crystal at the very beginning of its formation.
The project described in the present Master’s thesis aims to study the phenomenon of nucleation using specially designed organic molecules. The idea is to use molecules comprising multiple groups that can associate reversibly by forming weak covalent bonds. The critical number of molecules needed to obtain a crystal nucleus and their manner of association can be studied. The organic core chosen is that of adamantane because its derivatives tend to crystallize well and functionalization is straightforward. The functional group chosen to favor strong but reversible association is nitroso, because nitroso compounds typically exist in equilibrium with azodioxy dimers. The objective of work summarized in the memoir is to synthesis, characterize, and examine the associative properties of mono-, di-, tri-, and tetranitrosoadamantane.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/27021 |
| Date | 04 1900 |
| Creators | Chartier, Patrick |
| Contributors | Wuest, James D. |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | fra |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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