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Étude d’ensemble des spectres Raman des molécules
pentatomiques tétraédriques. I
Marie-Louise Delwaulle, Félix François
To cite this version:
des
oxydes
et des fluorures.C’est,
eneffet,
le fluoret
l’oxygène
qui,
étant les deux éléments lesplus
électronégatifs,
donnent les différencesd’électro-négativité
lesplus grandes;
20
L’augmentation
del’électronégativité
avec lavalence,
due à uneaugmentation
par sommationdes effets de
charge;
3a Notons enfin que l’effet de
charge
a été utilisé par l’un de nous[g]
pour l’étude desacides,
desamphotères
et des bases.Manuscrit reçu le a8 janvier 194b.
BIBLIOGRAPHIE.
[1] L. PAULING, Nature of the Chemical Bond, 1944, p. 64. [2] P. et R. DAUDEL, C. R. Acad. Sc., séance du 2 janvier 1946.
[3] L. PAULING, Ibid., note de la page 61.
[4] L. PAULING, Ibid., p. 65.
[5] M. HAÏSSINSKY, Article précédent.
[6] P. et R. DAUDEL, Ibid.
[7] HAÏSSINSKY, Ibid.
[8] Ibid.
[9] P. DAUDEL, C. R. Acad. Sc. (sous presse).
ÉTUDE
D’ENSEMBLE DES SPECTRES RAMANDES
MOLÉCULES PENTATOMIQUES
TÉTRAÉDRIQUES.
I. Par Mlle MARIE-LOUISE DELWAULLE et M. FÉLIXFRANÇOIS.
Faculté des Sciences de Lille.
Sommaire. 2014
Les auteurs présentent une étude systématique des spectres Raman de nombreuses molécules pentatomiques
tétraédriques
appartenant aux différents groupes de symétrie possibles. Beaucoup n’avaient pas encore été décrits; les autres ont été l’objet d’une étude critique. Les auteurs ont pu ainsi établir un classement plus satisfaisant des fréquences et suivre l’évolution de chaquefréquence lorsqu’on passe, par substitution, d’une molécule à une autre.
Introduction.
- Cettequestion
adéjà
été très étudiée. Citons enparticulier
les noms deCabannes
[1], [2],
Lecomte[3],
Langseth
[4],
Kohl-rausch[5], qui
ontparticulièrement
travaillé cesujet.
Nousapportons
ici un certain nombred’exemples
nouveaux etparticulièrement
caracté-ristiques.
En cequi
concernebeaucoup
despectres
déjà
décrits nous avonscomplété
leur étude en cherchantsystématiquement
les raiesmanquantes
et en déterminant l’état de
dépolarisation qui
n’avait pas été mesuré. Nous avonségalement
été amenés à rectifier un certain nombre despectres :
les substances ont été
préparées
au laboratoire etsoigneusement
purifiées; chaque
foisqu’un
corpsprenait
naissance en mêmetemps
qued’autres,
nous avons étudié les
spectres
de la sériecomplète
ainsi obtenue. Nous avons.toujours
cherché à étudierplusieurs
sériesanalogues
pour que les résultats obtenus pour l’une des séries nous servent de contrôle dans l’étude d’une autre. C’est ainsipar
exemple
que nous avons étudié les troischloro-bromures de
C, Si,
Sn et Ti.Disposant
d’unspectrographe
à troisprismes
nous avons pu observer pour un certain nombre
de raies des dédoublements nori encore
signalés.
Du
point
de vuethéorique
l’étude de ladépolari-sation des raies
permet
leur classement avec unmaximum de certitude. La
multiplicité
des sériesétudiées conduit à bien des
comparaisons qui
aidentaussi au classement des raies et
permettent
de suivre l’évolution desfréquences lorsqu’on
passe dans une même série d’un modèle ausuivant,
bienque leurs éléments de
symétrie
soient différents. L’étudethéorique
des moléculespentatomiques
tétraédriques
les classe encinq
types :
AX,,
AX~Y,
AX2Y2,
AX2YZ,
AXYZT.La considération des éléments de
symétrie
de ces .différents
types,
comme l’a montré Cabannes etcomme on le trouve
exposé
dans Kohlrausch[5],
permet
deprévoir
l’allure des différentsspectres.
Résumons brièvement : ’
Une molécule de 5 atomes doit en
principe
lvoir 5 X 3 - 6 =
9
fréquences
propres, desdégéné-rescences étant à
prévoir
pour certains édifices àsymétrie
élevée.Nous
indiquerons
par la lettre v lesfréquences
devalence et par 8 les
fréquences
de déformation. Les notations et abréviations que nous avonsadoptées
sont celles de Kohlrausch
[5].
AX, symétrie
Td.
--Quatre
fréquences
distinctes :une
simple
v1polarisée;
unefréquence
doublementdégénérée ô1,2;
deuxfréquences
triplement
dégé-néréesô3,*,~
et 4.AX,Y
symétrie
C3v.
-[Un
axe ternaireC~,
troisplans
desymétrie
urpassant
parl’axe.]
A,,
mouvement conservant lasymétrie
ternaire,
lemoment
électrique
variable resteparallèle
àl’axe;
E,
trois mouvementsdégénérés
doubles,
le moment estperpendiculaire
à l’axe.AX2Y2 symétrie C2v.
-[Un
axe binaireC7,,
deuxplans
desymétrie
ur etpassant
par l’axe etperpendiculaires
entreeux.]
AX2YZ symétrie
Cs
ouCIll.
--[Un
seulplan
desymétrie
f7 x.]
AXYZT. - Il
n’y
a aucun élément desymétrie;
neuf
fréquences
toutespolarisées
et actives dansl’infrarouge.
Notre
spectrographe
a étéfabriqué
par la Sociétégénérale d’Optique.
Ilcomporte
troisprismes
etson
pouvoir
séparateur
est de 10 Á auvoisinage
de
4358
Â. Lemicrophotomètre
est unappareil
Moll
type
B.Les
plaques
utilisées sont dessuperfulgur
Guille-minot pour les radiations excitatrices
4046
et4358 Á
et desAgfa Isopan
pour l’excitatrice5 46o
Á.I. -- Résultats
expérimentaux.
1. Molécules
AX4. -
Reproduisons
d’abord(Tab.
I)
le tableau de Kohlrausch(5,
p.146).
Notre contribution aporté
sur lespoints
suivants :Spectre
deCBr4.
- L’étude duspectre
a étéfaite sur une solution de
CBr4
dansCC’4.
Nous ne saurions ni affirmer ni infirmer l’existence de la raie654
cm-1 àlaquelle Langseth
attribue d’ailleurs l’intensité zéro( fig. 5).
Spectre
deTiC’4.
- Grâceau
grand
pouvoir
dispersif
de notrespectrographe
nous mettons en évidence defaçon
certaine que lade
TiC14 signalée
commesimple
est en réalité undoublet
4go-5o6,
dont les deux raies sontséparées
par l’oeil. La
figure
5 enreproduit l’enregistrement.
Laquestion
des dédoublements serareprise
quand
tous les
exemples
auront étépassés
en revue.Spectre
deTiBr4.
- Iln’était pas décrit. Il se
composé
dequatre
fréquences :
6,,,
=74
dépola-risée ;
~3,4,5
=g4
dépolarisée;
V1 = 235polarisée;
1)2,3,4 =
387
à3gg
dépolarisée.
TiBr4
étantjaune,
nous devons utiliser commeexcitatrice la
5 46o A.
Lespectrographe
est moinsdispersif
dans cetterégion
que vers4358
Á. Ilnous semble que V2.3,4 est un
doublet,
mais nous nepouvons l’affirmer avec certitude. La
figure
5 enreproduit l’enregistrement.
.
Spectre
deZrC’4.
-Il n’était pas décrit.
ZrC’4
estun solide blanc
qui
se sublime sans fondre àtempé-rature élevée. Nous ne lui avons pas trouvé de
solvant
qui
le laisse inaltéré. Pour obtenir sonspectre
nous avons eu recours à des combinaisons décrites par Van Arkel : 2
ZrCI4,
POCl3
et 2 ZrCl,
PC15 qui
fondent à destempératures
pastrop
élevées. Leproblème
étaitcompliqué
car il semble bienqu’on
ait
affaire,
même à l’étatliquide,
à de véritables combinaisons : lespectre
dePOCI,
ou dePC’5
esten effet certainement altéré dans ces
spectres.
Pour lever la difficulté nous avons vérifié dans lespectre
Raman des combinaisonsanalogues
(entre TICI,
et
POCl3
d’unepart,
ou deSnC’4
etPOClg
del’autre),
qu’on
retrouve aumoins,
avec tous leurscaractères,
les trois
fréquences
lesplus
intenses de la molé-culeAX4.
Laquatrième plus
faible a été mise en évidence dans le cas. deSnC14,
mais n’a pu l’êtrepour
TiC’4.
Lapartie
commune des deuxspectres
des combinaisons
2ZrC14, POCl3
et2ZrCl,, PCI,
doitdonc nous donner les trois
fréquences
lesplus
intenses deZrC14.
Effectivement,
nous avons d’abord une raielarge
TABLEAU 1 (extrait de
Kohlrausch).
premier
doubletôi,
et83,t,,5
duspectre cherché,
puis
une raie intense presquecomplètement
pola-risée 383 cm-1
qui
est lafréquence
V1. Nous n’avonspas pu
jusqu’ici
déterminer lafréquence
Comparaison
desspectres
Raman des dérivéstéira-halogénés
des éléments de laquatrième
colonne de laclassification
périodique.
- Lafigure 1
donne enfonction de la masse
atomique
de l’élément A lavaleur des
quatre
fréquences
des moléculesAC14
et
ABr4’
On constate aussi bien pour les chlorures que pour les bromuresqu’une
courberégulière peut
joindre
pour une mêmefréquence
lespoints
corres-pondants
auC, Si,
Ge et Sn.Les
fréquences
destétrahalogénures
de titane n’ont pas leurplace
sur ces courbes.Notamment,
les
fréquences
de déformation sontparticulièrement
aberrantes aussi bien et de la même
façon
pour lechlorure que pour le bromure. Les
fréquences
trouvées-TABLEÀU if
(extrait
de Lecomte).TABLEAU HL
F’réq uences
en (modes devibr-atioii).
met bien en évidence la différence entre les deux sous-colonnes de la classification
périodique.
Cequi
montre bien l’influence de laconfiguration
électro-nique
sur lespectre
Raman.2. Dérivés chlorobromés du
carbone,
silicium,étain,
titane. - Ilnous a semblé très
profitable,
pour obtenir des résultats corrects et pour
pouvoir
ultérieurement les
interpréter,
d’étudier la sériecomplète
des trois dérivésACIsBr, ACi2Br2, ACIBr3
et d’étendre cette étude à chacun des éléments
C,Si,
Sn,
Ti. Pour un même élément les troiscomposés
prennent
souvent naissance en mêmetemps.
Pourle carbone et le silicium il est
possible quoique
délicat de les
séparer.
Dans le cas de l’étain et du titane on a affaire à des réactionséquilibrées
et ila. CHLOROBROINIURES DE CARBONE. - Les trois
chlorobromures
prennent
naissance en mêmetemps
par-action
en tube scellé et à chaud du brome surle chloroforme et sont difficiles à fractionner.
Signalons
d’abord les travaux antérieurs au nôtre :tout d’abord Wouters
[6]
donne la liste desfréquences
deCCl3Br :
195,
z4~, ~g~, !~z5, ~ I ~, 774.
PuisLecomte,
Volkringer
et Tchakirian[-7]
présentent
enmême
temps
lespectre
Raman des troischloro-bromures et une
partie
de leurspectre
infrarouge
(Tableau II).
Aucun de ces auteurs n’avait déterminé l’état de
dépolarisation
des raies. Nos résultats sontconsignés
dans le Tableau III.Pour le
spectre
deCCI3Br
nous relevons entre notrespectre
et celui de Lecomte une différencesystématique
de 5 ou 6 cm-1. L’accord est meilleuravec celui de Wouters. En ce
qui
concerne lespectre
deCCIBR.
nosfréquences
toujours
un peusupé-rieures à celles de
Lecomte,
ne s’en écartent que peu.De toute
façon
il est certainqu’à
ceslégères
diffé-rencesprès
nous sommes d’accord avec nosprédé-cesseurs pour les
spectres
deCCl3Br
etEn ce
qui
concerne lespectre
deCC12Br2
nous avonsune rectification
plus
importante p
proposer.Remarquons
d’abord queCCl2Br2
etCCIBR,,
préparés
ensemble,
sont très difficiles àséparer.
CC’2Br2 (température
d’ébullitionindiquée : 1 35°)
nefournit pas de
palier
net. Nous avons fractionné dedegré
endegré à
partir
de i3oO et soumis à I’effet ,Raman les fractions obtenues. La fraction 1300
comporte
unspectre
très pur des neuf raies attenduespour
CCI,Br,.
Les fractions suivantesprésentent
enoutre trois raies
nouvelles,
déjà
bien nettes pour lafraction I35~,
qui
appartiennent
en réalité auspectre
~ Fig. 2.
de
CCiBr,
(fig. 2).
Cette observation nous amène à rectifierpartiellement
lespectre
décrit par Lecomte pourCCI2Br2’
cespectre
correspondant
aux fractionspassant
à r 35°.TABLEAU IV.
Fréquences
en cm-1.Le Tableau ci-dessus
(Tableau
IV)
montre :a,
qu’il
existe une différencesystématique
de 10 cm-1entre nos
fréquences
et celles de Lecomte et ses collaborateurs. Nos mesures ont été faites avecprécision
sur des cliché très suffisammentposés :
la correction est donc àretenir;
b, que la raie 318 cm-1indiquée
par ces auteurs n’est autre que la raie laplus
forte duspectre
deCCIBrg
et doit êtresupprimée,
Aucontraire,
ils ont omis une raiequ’ils
auraient dûpointer
àZ 1 f~
cm-1 etqu’ils
n’ontprobablement
passéparée
de la raie fortequ’ils
pointaient
à 23o cm-1.Si nous nous référons aux considérations énoncées
au
début,
nous voyons queCCl3Br
etCCIBr3
ont bien les sixfréquences
attendues. En cequi
concernel’état de
dépolarisation
des raies une anomalieest commune aux deux
spectres :
une des deuxdernières raies de chacun d’eux devrait être
polarisée
et l’autredépolarisée.
Le facteur dedépolarisation
voisin de 0,7 pour les deux nepermet
pas de lesdistinguer.
Une difficultésupplémentaire apparaît
pourCBRCI.
Ce corps esttoujours
souillé d’un peu deCBr 4;
le facteur dedépolarisation
de la troisièmeraie de son
spectre
restedouteux,
cette raie très faible étanttoujours
partiellement masquée
par la raie laplus
forte duspectre
deCBr,.
Le
spectre
deCCI,Br2
a bien neuffréquences.
Ence
qui
concerne l’état dedépolarisation
des raies,fréquences
ont le même facteur dedépolarisation
o,65,. alors que l’une devrait être
polarisée
et l’autredépolarisée.
La
comparaison
de cette étude avec cellesqui
vont suivre
permettra
de lever ces2mbiguïtés
avecune
quasi-certitude.
Laquestion
de l’évolution desfréquences
seraenvisagée après
l’examen de tous les cas.b. CHLOROBROMURES DE SILICIUM. - Les trois
chlorobromures se
préparent
en mêmetemps.
Ilssont
isolables,
mais difficilement.Seul le
spectre
deSiCl3Br
était décrit[~7]
par M. deHemptine,
J. Wouters et M.Fayt.
Ces auteurs lui attribuent les
fréquences
suivantes :123,
183,
201,325, 362, 4r o.
Ils n’ont pas étudiél’état de
dépolarisation
des raies.Nos résultats
[8]
sontconsignés
dans le Tableausuivant
(Tableau V) :
TABLEAU V.
Fréquences
en cin-1(modes
devibration ).
La différence est considérable entre nos mesures
et celles de nos
prédécesseurs.
Ces auteursqui
n’ontétudié
qu’un
spectre
de la série ontprobablement
travaillé sur un
produit impur
souillé deSICI,
et deSiC12Br2.
Si l’on
analyse
leurspectre,
la raiepointée
pareux à
4 1 o cm-’
nepeut
être que la raieg2g
cm-1de
Sul4.
La raie 362appartient
bien àSiCIBr,
mais il fautl’interpréter
comme laquatrième
etnon la
cinquième
duspectre,
la raie 325 n’est autreque la raie 3 2 6 de
SiC12Br2.
La raie 201 est correcte.La raie
pointée
à 183 cm-i doit être due à lajuxta-position
dans leurspectre
de la raie igi cm-1qui
appartient
bien àSiCl3Br
et de la raie 182 cm-1 deSiCl2Br,.
La raie 123 cm-1 doitcorrespondre
à la raie 135 deSiCI.Br
sans que nous nousexpliquions
la différence depointés.
Nos résultats sont
parfaitement
cohérents.En ce
qui
concerneSiCIgBr
etSiCIBr,
ils sont tout à fait conformes à la théorie. Lesquatre
premières fréquences correspondent
bien auxquatre
premières
fréquences
des chlorobromurescorres-pondants
du carbone. Iln’y
a pas d’anomalie pour les deux dernières.Le
spectre
deSiC12Br2
a bien neuffréquences,
ellescorrespondent
bien auxfréquences
deCCI2Br2’
On y relève la même anomalie en cequi
concerne les deuxpremières
fréquences :
leur facteur dedépolarisation
est le même alors que l’une devrait être
polarisée
et l’autredépolarisee.
c. CHLOROBROMURES D’ÉTAIN. -
Malgré
l’avis deBesson
[9]
et comme l’avaitpensé Trumpy [10]
ilest
impossible
d’isoler les trois chlorobromures d’étainqui
existent enéquilibre,
entre eux etTrumpy
avaitindiqué
commespectre :
Ce
qui
était manifestementincomplet;
d’autrepart
aucune mesure dedépolarisation
n’était faite.Nous avons
exposé
les résultats obtenus par nousdans une Note aux
Comptes
rendus[11].
Laquestion
était difficile à résoudre parce
qu’on
avaittoujours
superposition
deplusieurs
spectres.
Nous avonspour la résoudre le mieux
possible opéré
de lafaçon
suivante : les
mélanges
enéquilibre
s’obtiennent fortsimplement
par lemélange
des deuxhalogé-nures
SnBr,
etSnCl,.
Nous avons étudié lesspectres
d’une gamme très étendue de cesmélanges.
En faisant varier lesproportions respectives,
ondéplace
leséquilibres. L’halogénure AX,
étant en grosexcès,
le cliché ne
comportera
que les raies deAX,
etde
AX,Y
si la pose est assez courte. Si l’onaugmente
Fi g. 3.
un peu la teneur en
A Y 4’
on pourra de même avoir lespectre
d’unmélange
deAX4, AX3Y, AX2Y2.
On étudiera ainsi des
spectres
depluf
enplus.
compliqués.
Lacomparaison
duspectre
deAX,
à celui de l’ensemble deAX4
etAX3Y
doitpermettre
d’établir le
spectre
deAXY.
Enfait,
les raies deAX3Y
ne sont pas toutes bienséparées
de cellesde
AX~. Quand
l’une d’elles esttrop
voisine d’une raie deAX4,
elle laperturbe
enl’élargissant
et enaugmentant
son intensité relativement au reste, nonperturbé,
duspectre.
Cetteperturbation
est un critérium certain de l’existence d’uneraie,
et ellepermet
de fixer saplace approximative.
Lafigure
3donne un
exemple
de cesperturbations.
PourAX2YE
on étudieia à la fois des
mélanges
AX4, AX3Y,
AX,Y2
etAY4,
AXY 3’
AX2Y2,
cequi permet
d’explorer plus complètement
sonspectre.
Spectre
deSnClaBr. -
Trois raies seséparent
nettement di;
spectre
SnC14 :
gi cm-’(dépol.),
270 cm-1 très intense et trèspolarisée
et375
cm-1(pol.).
Uneperturbation
de la raie 2g cm-1 deSNCI,
correspond
à laprésence
d’une ou deux raies entre 118 et 125 cm-1. Uneperturbation
de la raie403
cm-1de
SNCI,
indique
une raiedépolarisée
vers396
cm-1.La théorie
prévoit
six raies :cinq
au moins sontdonc identifiées.
Spectre
deSnC]Br,.
- Trois raies seséparent
nettement du
spectre
deSnBr4 :
105cm-1,
235 cm-1très intense et très
polarisée
et 38o cm-1(pol.).
Uneperturbation
de la raie64
cm-1 deSnBr4
prouve laprésence
d’une raie entre 68 et~l~
cm-1.Une raie faible 12o cm-1
apparaît
dans les clichésplus posés,
mais alors elle estpeut-être
imputable
à
SnC12Br2.
La raie 279 cm-1 deSnBr4
masque uneraie de
SnCIBr.
située vers 283 cm-1 etdépolarisée.
Ici encore
cinq
raies au moins sont identifiées.TABLEAU VI.
Spectre
deSnCI.Br,.
- Dans les deux sortes declichés,
on relève lafréquence
25o cm-1 trèsintense,
très
polarisée
et une raiepolarisée
vers378
cm-1. Cette raie sesépare
mal d’une raie voisine appar-tenant soit àSnCIgBr,
soit àSnCIBr,,
mais sonexistence est
cependant
certaine. L’examen duspectre
deSnCl,, SnCI,Br, SnCI,Br,
permet
depointer
deux raies : 80 cm-1 et287
cm-1(dépol.).
Celui du
spectre
deSnBr,, SnCIBr,, SnCIJ3r2
met en évidence les raies 123 cm-’ et395 cm-l
(dépol.).
Elles doivent se situer dans une
région
duspectre
qu’il
estimpossible d’explorer.
Les résultats obtenus sont
consignés
dans leTableau
(Tableau
VI).
,L’ensemble est en bon accord avec les résultats trouvés pour le carbone et le silicium. Ici comme pour le silicium l’anomalie rencontrée pour les
deux dernières
fréquences
des moléculesCXa y
(C, carbone)
n’existe pas.d. CHLOROBROMURES DE TITANE. Ici encore le
simple mélange
deTICI,
etTiBr,
donne deschloro-bromures par suite de réactions
équilibrées.
Laquestion
n’avait pas été étudiée dupoint
de vuede l’effet Raman. Les difficultés sont les mêmes que pour l’étain. Elles se corsent un peu du fait que
les
mélanges
sontjaunes
commeTiBr,,
il faut doncutiliser comme excitatrice la raie
5fi60 À
et lepouvoir dispersif
duspectrographe
est de ce faitdiminué. Les résultats
trouvés,
exposés
dans unenote aux
Comptes
rendus[12],
se résument dans le Tableau ci-dessous(Tableau VII).
TABLEAU VII.
On relève en ce
qui
concerne l’ordre desfréquences
une
analogie complète
entre le titane et l’étain.3. Dérivés
tétrahalogènes
du méthaneconte-nant du fluor. - Kahovec
[ 13], après
avoir étudié lespectre
deCF,CI,
établit un tableau d’ensembledes
spectres
Raman des dérivés chlorofluorés du méthanereproduit
ci-dessous(Tableau VIII).
.. TABLEAU VIII
(extrait
de
KahoB’ec).
Les indications de
dépolarisation
de ce tableau ne sont quethéoriques,
aucune mesuren’ayant
été faite par les auteurs cités.Lecomte,
dans un travail d’ensemble sur les dérivéshalogénés
du méthane[3]
donne le Tableau IX.
Dans ce tableau il fait un choix
parmi
les fré-quences décrites pourCF,CI,
etCF2Br2.
Nous avons
complété
l’étude desspectres
deCFCl3
et
CF2Br2
par la mesure des facteurs dedépolari-sation et, d’autre
part,
nous avons déterminé lesspectres
non étudiés deCFBr3, CFChBr
etCFCIBR,.
Nos résultats sontconsignés
dans le Tableau X.De l’examen
comparé
de tous ces résultats onTABLEAU JX
(extrait
de Lecomte).TABLEAU X.
Fréquences
en cm-l(modes
devibration).
Raie C-F. - Tout d’abord
l’existence d’une raie
commune à tous les
spectres
descomposés
mono-fluorés. C’est la
fréquence
laplus
élevée de cesspectres.
Elle se situe entre io63et 1 07 1
: elleest
polarisée.
Elle caractérise la liaison C-F. Molécules Elles ont bien toutes les sixfréquences
attendues. En cequi
concerne les molé-culesCFCI,
etCFBR,,
l’étude du facteur dedépola-risation ne révèle aucune anomalie. L’ordre dans
lequel
seprésentent
lesfréquences
est le même quepour
SiCIBr 3.
PourCFCI les
prévisions
deKahovec,
en ce
qui
concerne le facteur dedépolarisation
desraies,
nous semblent tout à faitjustifiées.
Elles appa-rentent en effet cespectre
à celui deSiCl3Br,
cequi
estlégitime.
de
dépolarisation
des raiesapparente,
comme ilfallait
s’y
attendre,
cespectre
à celui deCCIBR,
et
SiC12Br2.
Contrairement à ce que nous avionsindiqué [19],
la raie 281 cm-’ estdépolarisée.
Dans nos mesures antérieures nous avions excité parla raie
4358
À;
il se trouvait alors que la raie trèsforte et très
polarisée
34o
cm-’ était excitée aussi par la raie4 347,5
À dutriplet indigo,
cequi
donnait une raie faible etpolarisée
en 281 cm-1qui
souillaitô2.
Nous avions en effet trouvé pour281
cm-1,
p =o,4,
alors que pour34o
on ap =
0,1.
En utilisant comme excitatrice la raie
5 460
.~,
la raie 281qui
n’estplus
souillée est biendépolarisée.
Le
spectre
deCF2Br2
est donc absolument normal. En cequi
concerne les trois dernièresraies,
l’ana-logie
avec lesspectres
des autres molécules dumême
type
est une preuve certaine que lafré-quence
1143
doit bien être conservée comme fonda-mentale et nonsupprimée
comme leproposait
Lecomte dans son
interprétation
duspectre
deGlockler. La
comparaison
desspectres
deCF’2C12
etCF2Br2
conduit à laisser dans lespectre
deCFCL,,
comme le font à la fois Kahovec et
Lecomte,
un’
point d’interrogation
pour unefréquence qui
seraitau
v’oisinage
de433
ou de455.
En cequi
concerne lafréquence
nous sommes, commeKahovec,
d’avisqu’elle
est bienfréquence
fondamentale. Nousreviendrons
plus
loin surl’interprétation
du dédou-blement877-919
de lafréquence
v2.n
Groupement angulaire
FCF. -- Lesspectres
de
CF2C],
et deCF’2Br2
ont leurs deux dernièresfréquences
identiques :
I082 eti IQ7
pourCF2C’21
1077(pol.)
etn43
(dépol.)
pourCF2Br2.
Noustrouverons la même remarque pour les dérivés
dihalogénés
du méthanequi
ont comme dernièresfréquences
une raiepolarisée
entre 2 97° et 2 990 cmwet .une raie
dépolarisée
entre 3 03o et 3 06o cm-1. Cela nousincite,
dans une certaine mesure, àconsi-dérer,
l’atome de fluor étantléger,
l’existence dans les molécules étudiées d’ungroupement angulaire
CF2
ayant
desfréquences
propres. Un telgroupement
angulaire
doitcomporter
unefréquence
dedéfor-mation,
ici8,
polarisée
et deuxfréquences
devalence : une
polarisée 1)4
et unedépolarisée
v 3.Seules 1)4
et v3 sont iciindépendantes
du reste dela molécule.
Molécules
AX2YZ.
-~ En cequi
concerneCFCIBR,
notons un dédoublement
790-802
de v3 surlequel
nous reviendrons(fig.
5).
Le
spectre
serait absolument conforme à lathéorie si l’on
distinguait
mieux dupoint
de vuefacteur de
dépolarisation
les deux raies741
et790-802
cm-1.Pour
CFCI.BR
la même anomalie est à relever en cequi
concerne les deuxfréquences
779 et 825cm-’,
et deplus
on nedistingue
pas nonplus
les
fréquences
334
et390
cm-1.On remarquera l’inversion des deux
fréquences
ai
et a2
quand
on passe d’une molécule à l’autre. La raiepolarisée 61
esttoujours
laplus
intense.Harmoniques
et raies decombinaison.
-Quelques
exemples d’harmoniques
et de raies de combi-naison sont àsignaler
dans lesspectres
deCFCIBR
etCFCIBr2.
Leur intensité esttoujours
faible;
leur facteur dedépolarisation
est bien conforme à lathéorie.
Évolution
desf réquences.
- Nouscritiquerons
ultérieurement unepartie
deshypothèses proposées
par Kahovec pour l’évolution des
fréquences quand
on passe d’une moléculeappartenant à
un certaingroupe de
symétrie
à une molécule desymétrie
différente.
4. Dérivés
trihalogénés
du méthane et dudeutérornéthane et dérivés
correspondants
dusilicium et de l’étain. -
a. DÉRIVÉS TRIHALOGÉNÉS
DU MÉTHANE ET DU DEUTÉROMÉTHANE. - Nous
reproduisons
d’abord un tableau(Tableau XI)
danslequel
Lecomte[3] interprète
lesspectres
d’uncertain nombre de dérivés
trihalogénés
du méthane. Dans ce tableaufigurent quelques points
d’inter-rogation.
Nous nous sommesreportés
au mémoiredes auteurs de ces
spectres.
Effectivement certains desspectres
décrits sontincomplets;
pourd’autres,
aucontraire,
le nombre de raies observées estsupé-rieur à celui
prévu
par la théorie et il y a un choix à faire. L’étude du facteur dedépolarisation
n’ayant
été fait que pour le chloroforme et lebromo-forme,
nous l’avonsentreprise
pour laplupart
desspectres
décrits afin d’avoir un critériumplus
sûrpour le classement des raies. Des poses convenables
nous ont d’ailleurs
permis
depointer
certaines raies nonsignalées.
Une
partie
des résultats obtenus a faitl’objet
d’une note auxComptes
rendus[26].
Le Tableau ci-contre(Tableau XII) reproduit complètement
nos résultats.Nous
expliquerons
brièvement pour les raieslitigieuses
de chacun desspectres
notreposition
par
rapport
aux travauxoriginaux
et àl’inter-prétation
de Lecomte.Spectre
deCHFCI2.
-Bradley
n’observe que huit raies et il pense que,parmi
elles, i
o65 estune raie de combinaison. Lecomte pense de même
et ne
reproduit
quesept fréquences.
Lespectre,
suffisamment
posé
et obtenu avec notrespectro-graphe
à troisprismes,
présente
dix raies au lieude
neuf,
car laplus
intense vl est un doublet. Nous reviendronsplus
loin sur ce dédoublement( fig. 5).
Laraie
io65 doit être conservée car, commeTABLBAU XI
(extrait
deLecomte).
TABLRAU XII.
liaison C-F. La raie 1
248
cm-’ n’a pas été vuepar
Bradley
[21];
il utilisait à la fois comme exci-tatrice les raies4 047
et4 358 Â
du mercure. Dans ces conditions lafréquence
3oigcm-1
très forteexcitée par couvrait la
fréquence
1248
excitée par
Q358 À.
Le
spectre
ainsi rectifié a bien neuffréquences
fondamentales
et,
comme il fallaits’y
attendre pourune molécule
AX2YZ,
sixfréquences
fortementpolarisées
sedistinguent
bien des trois autres, pourlesquelles
p= 0,~5.
Ces dernières doivent êtreconsidérées comme
provenant
d’oscillations nontotalement
symétriques.
Spectre
deCHFBrse8 -
Glockler et Bachman[24]
signalent
neuf raies. Lecomte en élimine trois;nouvelles. La
fréquence
g3
cm-1n’apparaît
sur aucun de nosclichés;
la soi-disant raie55g
cm-’ est en réalité la raie très fortegig cm-’
excitéepar la deuxième raie du
triplet indigo;
la soi-disant raie 3058cm-1 considérée comme excitée par laraie 4047 À
est en réalité la raie Raman I29â
excitéepar Q358
A. Les troisfréquences
nouvellessont : i o63 cm-1
qui
correspond
à la liaisonC-F,
Fig. 4.
166 eni-1 et
1293
cm-l. Lafigure
4
montreen I une
partie
duspectre
deCHFBR,
excité par laraie
4358
Àseule;
on ypointe
les raies I o63,1 166 et
12g3 cm-1.
En II le mêmespectre
estexcité par l’ensemble
4047
et4358
Á. La raie trèsforte
3 017 cm-’
excitée parQ oQ7
Á se trouveen
1 249 cm-1
parrapport
à la4358 À.
La raie3o58,9
excitée par la4047 Â
viendrait en i 29°,9 parrapport
à la4358
 et se confondrait ainsi avec la raie1 293.
Des mesures d’intensiténous ont montré
qu’il n’y
avait pas de renfor-cement de la raie1,293
parrapport
aux autres raies duspectre
deCHFBR,
quand
on excitaitpar
4047
etf~.358 ~
au lieu d’exciter par4358
seule. La raie 3o58 est donc bien à
supprimer.
Le
spectre
ainsicomplété
a bien neuffréquences
propres dont six sontpolarisées
et troisdépolarisées.
La
correspondance
avec lespectre
deCHFCl2
estparfaite.
Spectre
de CHFC1Br. - Lespectre
décrit par Glockler et Leader[25]
comporte
onzefréquences
que nous
pointons également.
Pour cespectre
comme pour celui deCHFCJ2) VI
est un doubletformé de deux raies toutes deux fortes
( fig.
5).
Il faut donc laisser subsister pour cette
fréquence
l’ensemble
648,5-658.
Lecomtesupprime
en outrela raie i 062
qui
doitcependant
être conservée comme raie fondamentale parcequ’elle
caractérise la liaison C-F. La raie735,
d’ailleursfaible,
que Lecomte, laissait subsister doit être considérée comme une raie de combinaison :~35 ~
!~~5
+ 313.Toutes les
fréquences
sont bienpolarisées
commeil fallait
s’y
attendre pour une molécule AXYZT.Chacune des
fréquences
duspectre
ainsi rectifiéest bien encadrée par les
fréquences
correspon-dantes de
CHFBr2
d’unepart,
et deCHFC’2
de l’autre.L’ensemble des trois
spectres
deCHFC12,
CHFCIBr,
CHFBR,
est doncparfaitement
cohérentet chacun de ces
spectres
est bien conforme à la théorie.Raie
C-H,
raieC-F,
groupement
angulaire
F
-- La raie
C-H,
comprise
entre 3 ai 1 et 3 o3o cm-1et
polarisée,
se rencontre pour tous lescomposés
trihalogénés
du méthane(v4).
Pour ceux de ces dérivésqui
contiennent en outre un seul atome defluor on relève aussi une
fréquence
sensiblement fixeet
toujours polarisée
z o63,1064,
1067
(~3),
fré-quence
déjà
observée dans lesspectres
des dérivéstétrahalogénés
du méthanequi
contiennent un seul atome de fluor. Cette raie doit être attribuée à la liaison C-F. Ainsi donc deuxfréquences
devalence,
caractérisant la liaison du carbone avec les deux
atomes les
plus
légers
de lamolécule,
sontindépen-dantes du reste de la molécule et sont toutes deux
polarisées.
Elles nous font penser à lapossibilité
de considérer isolément ungroupement
angu-lla
laire HCF. Un tel
groupement
doit avoir troisfréquences,
toutespolarisées
°3’
114’ v3. Lafré-quence o3
effectivementpolarisée dépend
du reste de la molécule.L’hypothèse
ne se vérifie donc qued’une
façon
approchée,
maispeut
cependant
être retenue pour aider à la classification des raies.
Spectres
deCHC12Br
etCHCJBr2.
- Nousavons refait ces
spectres
et déterminé l’état dedépolari-sation des raies. Pour
CHCl2Br
nous n’avons pastrouvé la raie
manquante.
En cequi
concerne ladépolarisation
une anomalie est commune aux deuxspectres :
l’impossibilité
de‘distinguer
entre soit 658 etsoit 716
et760
laquelle
des deuxest
polarisée.
Spectres
des dérivéstrihalogénés
du deuiérométhane.- Seuls les deutérochloroforme et -bromoforme ont été étudiés. Les
spectres
sont les suivants(Tableau
XIII) :
TABLEAU XI1
[extrait
des Tables deMagat (~7)~.
est
analogue
à la raieC-H,
lafréquence
en estplus
bassepuisque
D estplus
lourd que H.Groupement AX,
dans une molécule On voit aussi encomparant
entre eux lesspectres
de
CCI,H
etCCI,D
d’unepart, CBR,H
etCBrD,
d’autre
part,
que chacun de ces ensembles àquatre
fréquences,
à peu de choseprès pareilles
pour les deuxspectres :
-. 261, 262(dépol.);
366, 365(pol.);
667,
65z(pol.);
761,
738
(dépol.)
pour lepremier
par
exemple.
Cespectre
dequatre
raies est toutà fait
analogue
auspectre
dePBr, :
116(dépol.);
162(pol.);
380(dépol.).
DansPBr
comme dans
CCI,
l’atome A estplus léger
que l’atome X. On est donc amenélorsque
l’atome Y est trèsléger
à considérer la moléculeAX,Y
comme constituée par ungroupement
AX3 auquel
onadjoindrait
un atome Y. Legroupement
AX,
conserverait sesfréquences
propres.L’apport
del’atome Y donnerait deux
fréquences
nouvellescorrespondant
aux oscillations deY,
l’une suivant l’axe ternaire(vibration symétrique),
l’autre dansle
plan perpendiculaire
à cet axe(oscillation
dégé-nérée).
La vibrationsymétrique
est ici la raie C-Hou C-D. Elle est
indépendante
dugroupement
CX,,
elle est la même pour
CC13
etCBr3.
L’oscillationdégénérée dépend
du reste de la molécule : I2I6dans
CHCI3,
ii44
dansCHBr3.
Ces considérationsthéoriques
ont étédéveloppées
par Cabannes[1].
On
peut
également
chercher à retrouver ungroupement
AX3
dansCCI,F
etCBR,F
où le fluorest aussi relativement
léger.
Pour ces molécules en effet il existe une raie C-F. Si l’on compare parexemple
lesspectres
deCBrF
et deCBrH
on aurait pour caractériser legroupement
CBr~
dansces deux
spectres :
50, I 52
(dépol.);
218, 222(pol.);
398, 53g
(pol.);
743,
655(dépol.).
Lesspectres
sontde même
type,
mais seules lesfréquences
de défor-mation ont une valeur commune.L’hypothèse
d’un
groupement
AX, qui
conserverait sonindivi-dualité dans ces molécules
peut
cependant
être retenue pour aider à classer lesfréquences.
b. DÉRIVÉS DU SILICIUM DU TYPE CHLOROFORME.
- Les
spectres
du silicichloroforme et du silici-deutérochloroforme sont connus ainsi que ceux du silicibromoforme et du silicideutérobromoforme(Tableau
XIV).
TABLEAU
L’analogie
avec les dérivéscorrespondants
du carbone estfrappante.
On relève une raie Si-H commune auxspectres
deSICI,H
etSiBr,H
et uneraie Si-D commune à ceux de
SiCIgD
etSiBr.D.
Les
spectres
des moléculesS’Cl3H
etSiCIgD
onten commun
quatre
fréquences
caractérisant legroupement
SICI,
analogue
ici encore àPBr3;
de même dans ceux des moléculesSiBr,H
etSiBr3D on
relèvequatre
fréquences
caractérisant le groupe-mentSiBra.
c. EXISTE-T-IL DES DÉRIVÉS DE L’ÉTAIN DU TYPE
CHLOROFORME ~ - L’étude des
solutions,
deSNCI,
dans CIH[82]
et deSnBr2
dans BrH[33]
amène leurs auteurs à considérer l’existence d’acidesSnCl3H
et
SnBr,H
qui
auraient le mêmetype
de structure que le chloroforme. Leurspectre comporterait
cinq
fréquences,
la raie Sn-Hn’apparaissant
pas àcause de la dissociation des acides
correspondants :
Sn Cl j H...
I I2 (doublet)
218 265 3I2large,
diffuse diffuse diffuse fine, faibleSnBr,H...
6o âg5 (doublet)
160 z8o 210diffure diffuse
fine, faible
Nous avons
repris
laquestion
en étudiant l’état dedépolarisation
des raies[34],
[35].
Nous avons pu montrer que la dernière raie des
spectres
décrits parVolkringer
et ses collaborateursest due à un début
d’oxydation
des solutionsétudiées et
appartient
auspectre
des ionsSnC16--ou
SnBr6--.
Lesspectres
sont donc constitués seulement parquatre
raies et la considération del’état de
dépolarisation
des deux dernièresraies,
seulesétudiables,
montre que l’on a affaire auxions
SnCl3-
etSnBr-
de structuretétraédrique,
l’atome d’étainoccupant
l’un des sommets du tétraèdre. Il y a lieu de comparer ces ions àSBCI,
et non à
PBr
commeprécédemment, puisque
l’atome A est iciplus
lourd que l’atome X. Lesspectres
que nous avons obtenus sont :(Sn Cl)-...
120large (doublet)
220déhol.
275pol.
(SnBr~)’ ...
65 à 93(doublet)
i 54dépol.
181 Si l’on veut comparer les acidesSnC13H
etSnBr3H
à
CC13H
etCBr3H,
il faut direqu’il
ne subsisteplus
dans ces acides que le
groupement
AX3,
les deuxfréquences
(et
non uneseule) apportées
parl’hydro-gène
ayant
disparu
par suite de la dissociation. Dans ces conditions il vaut mieux ne pas retenir cettecomparaison.
~
5. Dérivés
dihalogénés
du méthane Dansson
mémoire,
Lecomte[3]
donne un tableau(Tableau XV)
desspectres
d’un assezgrand
nombrede dérivés
dihalogénés
du méthane.De nombreux
points
d’interrogation
révèlentles difficultés rencontrées dans le classement des
dans le cas de
CH,BR, [45].
Pour cela nous avons*
repris
la mesure du facteur dedépolarisation
de cesraies et d’autre
part
étudié lesspectres
des molé-cules voisinesCH2BrCI
etCHBRF.
TABLEAU XV
(extrait
de Lecomte).Dans l’étude du
spectre
deCH.Br2
nous avonsapporté
grand
soin à la détermination du facteurde
dépolarisation
de la raie 13go cmw
parce que nos résultats étaient en désaccord avec ceux deTrumpy [3g].
Lespectre
deCH2BrCl
était décrit[QÀ],
mais huit raies seulement étaientsignalées;
nousavons
pointé
la neuvième et étudié ladépolari-sation. Le
spectre
deCHBRF
n’était pas connu. La moléculetétraédrique
CH2Br2 possède
un axe binaireC ~
et deux miroirs et a-Y. Les molé-culesCH2BrCI
etCH2BrF
neprésentent plus
que o-xcomme élément d’itération. Les caractères des raies
sont
indiqués
au début de ce mémoire. On doittrouver dans le
spectre
des moléculesAX2Y2
quatre
raiespolarisées
etcinq
dépolarisées.
Lors-qu’on
passe du modèleAX,Y2
au modèleAX2YZ,
les raiespolarisées
dupremier
modèle restentpolarisées
dans lesecond,
mais deux nouvellesraies, j2
et8,,
deviennentpolarisées.
Effectivement nous avons constaté que,parmi
les neuf raiesobservées,
quatre
sontpolarisées
dansCH2Br,
etsix dans
CHBRCI
etCH.BRF.
Il
s’agit
maintenant d’attribuer lesfréquences
observées aux différentes oscillations fondamentalesprévues
pour le modèle moléculaire enquestion.
Groupement CH2.
- Les oscillations des atomesd’hydrogène
doivent fournir trois raies(deux
pola-risées et une
dépolarisée),
soitda,
V4, V.- Legrou-pement CH2
admet en effet deux oscillations devalence : v4 symétrique,
v 3antisymétrique
(par
rapport
au miroir~x),
et une oscillation de défor-maton :8.
symétrique.
Dans les carbures saturés leurfréquence
sont : .Dans
CH2Br,
on trouveCes trois
fréquences
se trouvent avec les mêmes caractères dansCH2BrCl
etCHBRF.
Elles seretrouvent
également
dans La raie situéevers 1
4oo
cmw est bienpolarisée,
comme leprévoit
lathéorie,
et nos mesures confirment celles de Cabannes et Rousset[2]
qui
trouvaientpolarisée
laI 4I9 cm-1
deCH2CJ2,
alors queTrumpy
la considère commedépolarisée.
Groupements
Onpeut.
considérer à
part
les oscillations internes du groupe-mentCBr2
auquel
correspondent
les troisfréquences
Lorsque
cegroupement
qui possède
le miroir u,est
remplacé
par CBrF ou CBrCIqui
ne lepossède
plus,
les trois raies doivent être toutes troispola-risées ;
or on a bienCette dernière
fréquence
caractérise la liaison C-F.On voit donc la
signification
desquatre
raiestoujours
polarisées
V1, v4,ôj, 6,
et la raison pourlaquelle
laraie v2
devientpolarisée
dansAX~YZ
tandis que la raie v3 restetoujours dépolarisée.
L’attribution de ces six raies est donc incontestable.
Restent les
fréquences
ô2,
84,
8,
des oscillationsprovenant
d’undéplacement
relatif des deuxtriangles
de même sommet
CH2
etCBr2.
Les trois raies sontdépolarisées
dansCH2Br2
mais84
doit êtrepolarisée
dansCHBRCI
etCH2BrF,
elle est donc facile à identifier. En revanche il estimpossible
par la seuleétude du
spectre
Raman,
de dire àlaquelle
desfré-quences 810 et i o92 de
CHzBr,
non encore classées. Il est vrai quel’oscillation 82
doit être inactive enabsorption,
mais en fait aucune desfréquences
de
CH2Br2
n’est inactive enabsorption
[41].
L’étude duspectre
deCHDBR, permettrait
probablement
de trancher laquestion
car c’estla
fréquence
Os
au lieu de8, qui
seraitpola-risée.
Dans le tableau
récapitulatif
suivant(Ta-bleau
XVI)
nous avons considéré commefréquence
del’oscillation 02
la moins absorbée dans lespectre
infrarouge.
TABLEAU XVI.
Dans le
spectre
deCH2BrF
lafréquence
1)1 estun doublet.
Les
spectres
qui
vont suivre n’ont pas faitl’objet
de mesures de notre
part.
Nous nous sommesseulement
reportés
aux auteurs des mémoiresoriginaux
et nous exposonssimplement
notrepoint
de vue, soitqu’il
y ait à faire un choixparmi
les raies décrites en
trop
grand
nombre,
soit en cequi
concerne la classification de ces raies.Spectre
de Lespectre
décritcomportait
en fait neuffréquences.
Les facteurs dedépolari-sation ne sont pas
mesurés,
les intensités sont notéesentre
parenthèses
La
comparaison
avec lespectre
deCH2FBr
rend le classement facile. L’ensemble 2
gio-2993
doit être un doublet
imputable
à la seulefré-quence v4. Il manque donc une
fréquence.
Spectre
deCH2b’2.
- Lespectre
décritcomporte
dix
fréquences.
L’étude du facteur dedépolari-sation des raies n’est pas faite. Les intensités sont notées entre
parenthèses
Les considérations
exposées plus
haut pourCH2Bri
conduisent aux attributions suivanteGroupement
CHz .. v~ = Zg633029
Groupement
CF2... 01 === 33 1 v i = I054-I0~8 1 DansCF2Br2
lesfréquences
de valence dugroupe-ment
CF,
étaient 1 077 et i143.
Il semble tout à faitprobable
que l’ensembleio54,4-iO78
soitun doublet
imputable
à la seulefréquence
vl.La
comparaison
avec lespectre
deCH2BrF
conduit àchoisir °2
= 1 9-93.
Les raies746
et 2837,7
ne semblent pas devoir être retenues. Ilmanquerait
encore deux
fréquences.
Nous proposons le tableausuivant
(Tableau XVII)
que des mesures de facteur dedépolarisation justifieraient.
TABLEAU XVII.
Dérivés
dihalogénés
du deutérométhane.-Trumpy
[46]
donne unepartie
duspectre
deCD2Br2,
C’est