Synthèse et caractérisation structurale de phosphates ...· symétrie qui favorise la formation

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  • Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire

    Ministre de lenseignement suprieur et de la recherche scientifique

    UNIVERSITE MENTOURI CONSTANTINE

    FACULTE DES SCIENCES EXACTES

    DEPARTEMENT DE CHIMIE

    N ordre :

    Srie :

    MEMOIRE PRESENTE

    ParHamza BOUKERMA

    POUR LOBTENTION DU DIPLOME DE MAGISTER EN CHIMIE

    Option : CRISTALLOCHIMIE

    Synthse et caractrisation structurale de

    phosphates mtalliques charpente organique

    Soutenue le 27/04/ 2011

    Devant le jury :

    Mr. C. BOUDAREN Prsident Professeur. Universit Mentouri-Constantine

    Mr. M. BOUDRAA Rapporteur

    Matre de Confrences A. Universit Mentouri-Constantine

    Mme L. BENDJEDDOU Examinatrice

    Professeur. Universit Mentouri-Constantine

    Mr.B. BOUDINE Examinateur

    Professeur. Universit Mentouri-Constantine

  • 2

    Ddicaces :

    A mes parents,

    A Mes frres et Surs,

    A toute ma famille,

    A Ramzi, et tous mes amis.

  • 3

    Remerciements

    Ce travail a t ralis au sein de lunit de recherche Chimie de lenvironnement et

    molculaire structurale (URCHEMS) du dpartement de Chimie luniversit Mentouri-

    Constantine.

    Je tiens exprimer ma gratitude M. BOUDRAA, matre de confrences luniversit

    Mentouri Constantine pour mavoir fait confiance en acceptant de diriger ce mmoire.

    Je remercie Monsieur M. BOUDAREN, Professeur luniversit Mentouri de

    Constantine pour l'honneur qu'il m'a fait en acceptant de prsider le jury de soutenance de

    ce mmoire.

    J'exprime toute ma gratitude madame L. BENDJEDDOU, Professeur luniversit

    Mentouri -Constantine d'avoir accept de faire partie de ce jury et d'examiner ce travail.

    Je tiens adresser mes plus vifs remerciements Monsieur B. BOUDINE, Professeur

    luniversit Mentouri -Constantine d'avoir accept de juger ce travail.

    Le travail de ce mmoire sinscrit aussi dans la vie sociale des chercheurs de

    lURCHEMS, je tiens remercier toute lquipe et en particulier Mehdi, Issam, Sofiane,

    Mohamed, Ali, Hasna, Insaf et Asma.

    En fin, que tous ceux qui ont contribu de prs ou de loin la ralisation de ce travail

    quils trouvent ici met vifs remerciements.

  • 4

    S O M M A I R E

    Introduction gnrale ..6

    Rfrences .9

    Chapitre 01 : Gnralits

    I- Introduction : ..11 II- Les mtaux de transition : ...11

    II-1- Introduction ..11 II-2- Les Proprits des mtaux : .12

    III- Ligand (chimie) : .16 III-1- Les diffrents types de ligands ..16 III-2- Formation de complexes .17 III-3- Ligands particuliers ..17 IV- Gnralits sur les phosphates : IV-1- Rappel historique .17

    IV-2- Les domaines dapplications .18 IV-3- Acide phosphorique : .20 IV-3-a- Prparation et proprits gnrales 20 IV-3-b-Utilisations de lacide phosphorique ..21 IV-3-c- Classification des anions phosphoriques ...21

    V- La liaison hydrogne :

    1- Introduction .27 2- Mise en vidence de lexistence de la liaison hydrogne 27 3- Nature de la liaison hydrogne 29 4- Les liaisons de Van der Waals et les liaisons hydrogne ..31 5- Conditions pour former une liaison hydrogne ..31 6- Proprits de la liaison hydrogne ..31

    a- Contraction de la distance entre latome donneur et latome accepteur .31 b- Directivit de la liaison 32

    c- Dautres proprits de la liaison hydrogne ..32 7- Importance de la liaison hydrogne 33 Rfrences 35

    Chapitre 02 : Diffraction des rayons et synthse hydrothermale

    I - diffraction des rayons: 1- Introduction ..39 2- Production des rayons X 40 3- Diffraction des R X et dtermination structurale sur monocristal 41 3-a- Choix du monocristal : .41

    3-b-Collecte des intensits : .42 4- Dtermination du groupe despace .45 5- Rsolution structurale .45 6- Affinement ..47 7- Corrections dabsorption et dextinction secondaire ..48 8- Vrification de la rsolution structurale 48

  • 5

    II- Synthse hydrothermale 1. Introduction ..49 2. Dfinition .49 3. Principe de la synthse hydrothermale ..51 Rfrences .52

    Chapitre 3 : Synthse et caractrisation structurale du compos Fe4F2(PO4)2

    Introduction 54 1- Synthse 54 2- Choix du cristal ..55 3- Etude cristallographique 55

    3-1- Etude prliminaire 55 3-2- Enregistrement des donnes 55 3-3- Rduction des donnes et correction dabsorption 55 3-4- Rsolution structurale ..56

    4- Description de la structure ..58 5- Conclusion ..69 Rfrences .70

    Chapitre 4 : Synthse et caractrisation structurale du compos p-(H2NSO2)C6H4(NH2)

    Introduction 72

    1- Synthse .72 2- Etude cristallographique ...............72

    2-1- Etude prliminaire .72 2-2- Enregistrement des donnes 73 2-3- Rsolution structurale ...73

    3- Description de la structure .75 Conclusion 86 Rfrences ..87 Conclusion gnrale .88 Rsum ..91

  • 6

    Introduction gnrale

  • 7

    Le phosphore est un lment chimique de la famille des pnictognes, de symbole P et

    de numros atomique 15. Le phosphore se prsente sous plusieurs formes de couleurs

    diffrentes : blanc-jaune, rouge, et violet-noir. Trs pur, le phosphore blanc est

    transparent; plus gnralement il est blanc ambr, lgrement mallable avec une faible

    odeur d'ail. Les formes rouge et noire peuvent se prsenter en poudre ou cristallises. Le

    nom drive du mot grec fosforos qui signifie porteur de lumire. Le nom a t attribu au

    fait que le phosphore blanc met de la lumire visible dans l'obscurit quand il est expos

    l'air.

    Les proprits des phosphates sont directement corrles la nature et au degr

    doxydation des cations M introduits dans la charpente, quel que soit son degr douverture,

    elles peuvent tre magntiques dans les phosphates dlments de transition [1-2] par

    exemple, dans lindustrie ptrochimique, principalement en raison de leur caractre acide,

    certains phosphates dlments de transition sont galement utiliss comme catalyseurs

    doxydorduction [3-4].

    Les phosphates mtalliques ont une grande habiliter stabiliser les diffrents tats

    d'oxydation, vu la grande charge ngative du groupement ttradrique PO4-3 de haute

    symtrie qui favorise la formation d'une charpente anionique avec un degr de stabilit

    mcanique, chimique et thermique important [5-6]. C'est pour cela que les phosphates

    mtalliques connaissent actuellement et depuis des dcennies un vif engouement dans tous

    les domaines. Les phosphates des terres par exemple sont utiliss dans le domaine des

    cramiques techniques: cet intrt est bas sur leurs proprits intrinsques, une stabilit

    thermique et une inertie chimique qui conduisent une rfractivit leve [7-10].

    Les phosphates mtalliques charpente organique sont trs intressants, ils offrent

    un nombre considrable de structures qui peuvent donner des proprits physiques

    originales [11-12]. Ces matriaux sont trs intressants non seulement pour leurs proprits

    magntiques qui sont fonction du mode darrangement des diffrents cations mais aussi pour

    leur norme utilisation dans la catalyse htrogne et galement en optique non linaire.

    Ces composs favorisent les changes dions, la conduction ionique et labsorption

    surfacique [13-14].

    Nous proposons dans ce mmoire la synthse de nouveaux phosphates mtalliques

    charpente organique et la caractrisation par diffraction des rayons X sur monocristal.

  • 8

    La synthse par voie hydrothermale est la mthode la plus adquate pour la

    prparation des phosphates mtalliques et organomtalliques. Le domaine de la temprature

    dans les conditions hydrothermales est entre 100C et 374C (temprature critique de leau).

    Aprs cette introduction sur les motivations de ce travail, il convient que le prsent

    mmoire est structur de la faon suivante :

    Chapitre I : Gnralits

    Chapitre II : Diffraction des rayons X et synthse hydrothermale

    Chapitre III : Synthse et tude structurale du compos Fe4F2(PO4)2

    Chapitre IV : Synthse et tude structurale du compos para-

    (H2NSO2)C6H4(NH2)

    Enfin nous terminerons par une conclusion gnrale.

  • 9

    Rfrences:

    [1] Y. HoonLee, J.K. Clegg, L.F. Lindoy,G.Q. Max Lu, Y. ChulPark, YangKim.

    ActaCryst.(2008). E64, i67i68.

    [2] R. Essehli, B. El Bali, M. Lachkar, M. Bolte. ActaCryst.(2009). E65, i3.

    [3] J.M. Thomas, Angew. Chem, Intl. Ed. Engl. 33 (1994) 913.

    [4] W. Massa, Crystal Structure Determination, 2nd Edition, Springer-Verlag, Berlin

    Heidelberg (2004).

    [5] D.E.C. Cobridge, The structural Chemistry of Phosphorus, Amterdam. Elsevier, (1974).

    [6] R.C. Haushlteret L.A Mundi. Chem. Mater. (1992)4-31.

    [7] K. Amezewa.et H. Maekawa, Solid State Ionics 145(2001)233-240.

    [8] J.W. Anthony. Amer. Mineral. (1957) 42- 904.

    [9] N. Arul-Dhas. Russian Journal of Applied Chemistry 202 (1993) 137-141.

    [10] A.K. Cheetham, G. Fery et T.A. Loiseau