Published November 28, 2008 | Version v1
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Structural and vibrational studies of hydrogen bond in supercritical aqueous solutions

Description

The main difference between water and other solvents comes from the special role of the hydrogen bond. More precisely, we study the persistence of hydrogen bond in supercritical aqueous solution, particularly between 647 and 773 K and 22.1 and 40 MPa. A vibrational study by Raman spectroscopy on mixtures of water and heavy water allow us to observe on one side numerous oscillators whose frequency is the one of the isolated molecule and on the other side a few oscillators linked by hydrogen bounds to other molecules. Our study by small angle X-ray scattering on water and water with ions added (such as LiBr and CsBr) shows that those hydrogen bonds should be present in high density inhomogeneities, whose size and contrast increases with the presence of ions and the atomic number of the cation. These ions are still solvated in high density area, thanks to higher 'local' values of the dielectric permittivity. This fact has been demonstrated by a study by X-ray absorption spectroscopy of ZnBr2 in solvent with a xe value of polarity but variable dielectric permittivity (water, methanol and ethyl acetate). The manuscript ends with a perspective of scientific and experimental study of the oxygen K edge of water by X-ray Raman scattering at high temperature and high pressure. (author)

Abstract (French)

L'eau differe des autres solvants grace au role particulier de la liaison hydrogene. Plus particulierement, les etudes presentees dans ce manuscrit illustrent la persistance de la liaison hydrogene dans les solutions aqueuses supercritiques, en particulier entre 647 et 773 K et 22,1 et 40 MPa. Une etude vibrationnelle par spectroscopie Raman optique sur des melanges d'eau et d'eau deuteree permet d'observer d'une part des vibrateurs majoritaires dont la frequence est celle de la molecule isolee, et d'autre part la signature de vibrateurs minoritaires toujours relies par liaison hydrogene aux autres molecules. Notre etude par diffusion X aux petits angles sur de l'eau et de l'eau additionnee d'ions (notamment LiBr et CsBr) montre que ces liaisons hydrogene devraient etre presentes dans des zones de densite de type liquide, zones dont la taille et le contraste augmentent avec la presence des ions et le numero atomique du cation. Ces ions restent solvates a l'interieur des zones de haute densite, grace a des valeurs 'locales' plus fortes de la permittivite dielectrique, ce que nous avons demontre grace a une etude par spectroscopie d'absorption X du complexe ZnBr2 dans des solvants de polarite xe, mais de permittivite dielectrique variable (eau, methanol et acetate d'ethyle). Ce manuscrit se termine par une perspective scientique et technique concernant des mesures de l'eau au seuil K de l'oxygene par diffusion Raman inelastique X a haute temperature et haute pression. (auteur)

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Original title (French)
Etudes structurales et vibrationnelle des liaisons hydrogene en solution aqueuse supercritique

Publishing Information

Imprint Pagination
285 p.
Report number
FRNC-TH--13734

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Notes
230 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses