Etude par spectroscopie infrarouge a basse temperature des groupes OH de structure de la kaolinite, de la dickite et de la nacrite

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Etude par spectroscopie infrarouge a basse temperature des groupes OH de structure de la kaolinite, de la

dickite et de la nacrite

Rene Prost

To cite this version:

Rene Prost. Etude par spectroscopie infrarouge a basse temperature des groupes OH de structure de la kaolinite, de la dickite et de la nacrite. Agronomie, EDP Sciences, 1984, 4 (4), pp.403-406.

�hal-02722846�

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Etude par spectroscopie infrarouge ^{à basse} température

des groupes OH de structure de la kaolinite, de la dickite

et de la nacrite (1)

René PROST

d’Eliane HUARD

LN.R.A., Station de Science du Sol, Route de Saint-Cyr, ^F78000 Versailles

RÉSUMÉ Les bandes de vibration de valence des groupes OH de structure de la kaolinite, de la dickite et de la nacrite sont mieux résolues à 150 °K qu’à ^{300 °K.}^Ceci^{est due}^àûndéplacement ^{en sens}contraire des composantes hautes et basses fréquences lorsque ^latempérature ^diminue.^C’estâinsiqu’on ôbservepour la dickite 6 composantes ^àbasse température êt^seulement^{3 à}température ambiante. Ceci donne de nouvelles possibili-

tés _pourla caractérisation et l’étude des groupes OH de structure de ces minéraux.

Mots clés additionnels : Cellule azote liquide, dépôt ^orienté,dichroïsme.

SUMMARY Low temperature ^IRstudy of structural OH groups of kaolinite, dickite and nacrite.

The stretching modes of structural OH group of kaolinite, dickite and nacrite have a better resolution at I50 °K than at 300 °K. This is due to an opposite ^shiftôfthe low and the high frequency components. ^The- refore for dickite 6 components âreôbserved^{at low}temperature ândonly ^{3 at}^roomtemperature. ^Thisgives

new possibilities ^forthe characterization and the study of structural OH groups of these minerals.

Additional key ^{words :}Liquid nitrogen cell, ^orienteddeposit, ^dichroism.

1. INTRODUCTION

Les groupes OH de structure des argiles ^sont^très

souvent utilisés comme sonde infrarouge pour l’étude de la structure des matériaux argileux. Cette techni- que ^aété éprouvée ^avecsuccès dans le cas des phylli-

tes 2:1 pour lesquelles ^lesgroupes OH de structure

peuvent être considérés comme des _groupesfonction- nels isolés. Cette situation particulière ^aété mise à

profit pour la décomposition des bandes de vibration de valence des groupes OH des argiles (VEDDER, 1964 ; CHAUSSIDON, 1972). Mais ceci n’est plus ^vala-

ble _pourles phyllites ^1:1âu^seindesquelles êxistent des groupes OH internes et externes aux feuillets. Si les groupes OH internes peuvent êncore^être^considé- rés comme des _groupesfonctionnels isolés ce n’est pas le cas des groupes OH êxternesqui ^sontcouplés (ROUXHET et al. , 1977 ; CRUZ-CUMPLIDO et al.,

e) ^Cette^noteâ^faitl’objet ^d’unecommunication orale à l’occa- sion de la réunion du Groupe européen ^desArgiles qui ^s’est^tenue à Prague ^du³¹âoûtâu³septembre ^1983.

1982). ^Ces couplages entraînent l’apparition ^d’un

nombre de bandes d’absorption qui ^estsupérieur ^au

nombre de types ^degroupes OH externes. La techni- que de deutération partielle semble être une des méthodes les mieux adaptées pour déterminer le nom-

bre des différents types ^degroupes OH de structure

qui existent dans les feuillets des argiles 1:1. Toute- fois la mauvaise résolution des systèmes partiellement

deutérés ne permet pas d’apporter ^uneréponse ^défini-

tive à cette question.

Partant de résultats rapportés par FREUND (1974), qui ^montrentque les composantes ^hautesêt^basses fréquences ^desmodes de vibration de valence des groupes OH de structure de la kaolinite se déplacent dans des directions opposées quand ^latempérature diminue, ^nousâvonsessayé d’utiliser cette propriété afin d’obtenir une meilleure résolution des spectres d’absorption infrarouge des minéraux argileux ^dioc- taédriques ^à⁷À. Nous présentons îciles résultats obtenus ênétudiant les spectres infrarouges ^à^basse température ^desgroupes OH de structure de la kaoli-

nite, de la dickite et de la nacrite.

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II. MATÉRIEL ET MÉTHODE Quatre échantillons ont été utilisés :

- la fraction < 2 um de la kaolinite ^-Na de GEORGIE,

- une dickite de OURAY (COLORADO) ^donnéepar le Professeur 1BRINDLEY,

- la fraction < 2 _pmde la « dickite » de SAN JUANITO donnée _parle Professeur KELLER et prépa-

rée _parle Dr ROUXHET,

- une nacrite donnée _parle Dr Hélène PAQUET.

Des dépôts ^surdes fenêtres de Ca F2 ^ont^été^prépa-

rés _pourétudier le caractère dichroïque des bandes de vibration de valence OH. Les spectres ^bassetempéra-

ture ont été obtenus avec une cellule fabriquée ^dans

notre laboratoire. Elle a été décrite dans un précédent article (PROST., 1975). ^Lesspectres ^ont^étéenregistrés

en lumière polarisée ^{avec un}spectromètre ^PE^R^K^IN^-

E LMER 580.

III. RÉSULTATS

La figure ¹ ^montre^lesspectres’ infrarouges ^{de la} kaolinite, ^{de la}^dickite^et^dela nacrite à 150 et 300 °K pour plusieurs angles d’incidence du faisceau

sur le dépôt o:rienté : a ⁼0°, â⁼^30°êtâ⁼^45°.

IV. DISCUSSION

La comparaison ^desspectres enregistrés ^{à 150}^et

300 °K (fig. 1) ^montreque la résolution des bandes de vibration de valence OH augmente quand ^la^tem- pérature ^décroît.^C’est^uneconséquence ^dudéplace-

ment spécifique ^dechacune des bandes d’absorption.

Afin de clarifier la présentation ^de^ces^résultats^nous discuterons d’abord la position ^des^bandespuis ^leur

caractère dichroïque ^enconsidérant successivement les bandes basses fréquences ^situées^vers^{3 620}cm-!, les

bandes _moyennesfréquences ^situées^vers^{3 650}^cm-!¹

et les bandes hautes fréquences ^situées ^vers 3 695 cm - 1.

A. Position des bandes

1. Les bandes basses fréquences

La bande à 3 617 cm - de la kaolinite et la bande à 3 619 cm -1 de la dickite se déplacent respective-

ment à 3 615 et 3 617 cm -1. Ce déplacement ^estpetit

mais significatif. ^{Dans le}^cas^de^la^nacriteapparaît

une nouvelle bande à 3 599 cm - 1. 2. Les bandes _moyennesfréquences

La bande à 3 650 cm - 1 de la kaolinite se déplace

vers les hautes fréquences ^à^{3 658}^{cm -}¹^.^Pour^{la dic-} kite, ônôbserve ûndéplacement ^dela bande à 3 652 cm - 1 vers les basses fréquences ^{à 3 650}^{cm -}¹^.

Le déplacement ^{dans le}^casde la nacrite est plus important puisque la bande à 3 645 cm-1 se confond

avec la bande à 3 630 cm - 1. Les déplacements impor-

tants de la composante qui donne la bande à 3 599 cm-’ de la nacrite et de la bande à 3 645 cm - ¹

de ce même minéral laissent à penser que ^ces2 com-

posantes doivent être associées.

3. Les bandes hautes fréquences

La bande haute fréquence de la kaolinite et de la dickite se déplace ^vers^desfréquences plus ^élevées.

Ces déplacements ^sont respectivement ^de ¹² ^et

14 cm - pour ^lesbandes à 3 666 et 3 692 cm - de la kaolinite. L’abaissement de la température ^n’a^aucun

effet sur la position de la bande à 3 695 cm - de la nacrite.

La résolution à 150 °K de 4 composantes respective-

ment à 3 676, ³689, ^{3 710}^et ^{3 723}^cm-’^{dans le} domaine haute fréquence ^duspectre de la dickite _sug-

gère que la bande à 3 705 cm - observée à 300 °K est

le résultat de la superposition ^de^toutes^cescompo- santes. La figure ²qui ^{donne les}spectres ^de^cettemême dickite à 300 et 7 °K, ôbtenusgrâce ^àl’amabilité de Monsieur PAJOT (Université ^Pierreêt^MarieCurie, Paris), ^révèlel’existence de 6 composantes ^{à 3}618, 3 654, ³677, ³690, ^{3 712} êt ^{3 730}cm - 1 encore mieux résolues ; ^cequi conforte la _remarquefaite plus ^haut.

Le déplacement ^{en sens} opposé des bandes de vibration de valence OH hautes et basses fréquences

de ces minéraux explique ^la meilleure résolution observée à 150 °K.

B. Caractère dichroïque ^{des bandes}

Cette meilleure résolution obtenue à 150 °K permet l’étude du caractère dichroïque ^dechaque composante.

1. Les bandes basses fréquences

Les bandes basses fréquences observées à 300 °K de la kaolinite, de la dickite et de la nacrite respecti-

vement à 3 617, ^{3 619}^et3 626 cm - ne sont pas

dichroïques. ^Elles^sontgénéralement attribuées aux

groupes OH internes des minéraux dioctaédriques (LEDOUX ^& WHITE, 1965 ; FARMER, 1974).

2. Les bandes _moyennesfréquences

Les bandes à 3 652 et 3 645 cm - ! 1 de la dickite et de la nacrite observées à 300 °K sont dichroïques. ^Le déplacement ^{à 150}^°Kde la bande à 3 645 cm - de la nacrite vers 3 630 cm - est à l’origine ^du^caractère dichroïque ^de ^cette ^dernière composante. ^Le dichroïsme de la bande à 3 652 cm-! 1 de la dickite a

déjà ^étérapporté par CRUZ-CUMPLIDO et al. (1982).

La bande à 3 650 cm-! de la kaolinite n’est _pas

dichroïque.

3. Les bandes hautes fréquences

La figure ¹ indique que la bande à 3 692 cm - de la kaolinite est dichroïque. Ceci avait déjà ^{été noté}

par SERRATOSA et al. (1963). ^{Parmi les}bandes hautes fréquences de la dickite observées à 150 °K on note un net effet dichroïque pour la bande à 3 710 cm - 1. La bande haute fréquence de la nacrite à 3 695 cm-1¹ n’est pas dichroïque.

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Les bandes à _moyenneet haute fréquence ^sont généralement attribuées aux groupes OH externes de

ces minéraux (LEDOUX ^& WHITE, 1965 ; FARMER, 1974 ; ^RO^UXH^{:ET et}al., 1977 ; ^C^RUZ-CUMPLIDO et al., 1982).

C. Conséquences ^sur^lacaractérisation des minéraux

à 7 À

La meilleure résolution des spectres ^{obtenus à} 150 °K dans le cas de l’échantillon de SAN JUANITO permet d’affir!mer qu’il ^estformé d’un mélange ^de

dickite et de nacrite. On retrouve en effet les bandes

caractéristiques de la nacrite à 3 599, ^{3 629} ^et 3 697 cm-! et de la dickite à 3 617, ³648, ³675, 3 710 ^et3 723 cm-!. Les légères différences de fré- quences observées résultent de la superposition ^des

différentes composantes.

V. CONCLUSION

Ce travail préliminaire ^sur^l’étudeinfrarouge ^des

groupes OH de ^structurede la kaolinite, de la dickite

et de la nacrite à 150 °K montre la possibilité ^d’obte-

nir une meilleure résolution des spectres. ^Ilapparaît,

à l’exception ^{de la}kaolinite, que les bandes de vibration de valence sont dues à plus ^{de 3}^ou4 composantes comme l’indiquent ^lesspectres obtenus à 300 °K.

Cette résolution accrue devrait conduire à une meilleure analyse ^desspectres d’absorption infrarouge ^des

groupes OH de ^structuredes phyllites ^1:1^et^à^une

caractérisation plus précise des minéraux.

VI. REMERCIEMENTS

L’auteur remercie Madame E. HUARD pour l’aide qu’elle ^luiâ apportée, ^maisâussi^{les Drs}BRINDLEY, KELLER, ^ROÛXHET êt PAQUET qui ^luiônt^fourniles échantillons nécessaires à la réalisa- tion de ce travail.

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