| Summary: | Abstract : This memoire addresses an old problem in fundamental science i.e. the dissociation of hydrogen fluoride in water. Among hydrogen halides, hydrogen fluoride is well-known to behave as a weak acid in water in contrast to the three other hydrogen halides (HC1, HBr and HI). Different hypothesis were proposed to explain the reasons of this singular behaviour. The most important of these hypotheses could be those of Pauling and Giguere. According to Pauling, the electronegativity of the halogen atom A, which is largest for the fluorine atom, determines the relative stability of the molecular species, HA (aq), versus the ionic products, A' (aq> in water at 25 °C. Alternatively, Giguere, on the basis of his infrared spectroscopic studies of concentrated aqueous HF solutions, postulated that the weak acid behaviour of HF is due to the formation of a very stable F'-H30 + contact ion-pair. Recently, Ayotte showed that the physical origin for the weak acid behaviour of dilute HF solutions has a large entropic contribution. He proposed that dilute cryogenic HF solutions in amorphous solid water could behave as strong acids at very low temperatures (T < 125 K). In this study, infrared vibrational spectra are reported for amorphous solid water (ASW) thin films doped with different concentrations of HF at cryogenic temperatures. We studied the adsorption of hydrogen fluoride upon, and its dissolution within thin ice films condensed on a clean Pt (111) substrate. Using surface science techniques and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), we identified the spectral signature of HF upon its adsorption and its dissolution in ice. The IR spectra obtained in these experiments were compared with spectra from neat ASW films having the same thickness. A strong continuous absorbance in the 1000-3275 cm-1 range was observed. Our experimental results show that HF molecules seem to be extensively dissociated in amorphous and crystalline ice. Moreover, the recombination of HF upon heating seems to be kinetically inhibited, as observations indicate recombination kinetics is slower than the crystallization kinetics of the metastable binary amorphous solid. // Résumé : Ce mémoire aborde un problème qui persiste encore en science fondamentale c.-a-d. la dissociation du fluorure d'hydrogène dans l’eau. Parmi les halogénures d'hydrogène, le fluorure d'hydrogène est bien connu pour se comporter comme un acide faible dans l'eau contrairement aux trois autres halogénures d'hydrogène (HC1, HBr et HI). Différentes hypothèses ont été proposées pour expliquer les raisons de ce comportement singulier. Les plus importantes de ces hypothèses pourraient être celles de Pauling et de Giguere. Selon Pauling, l’électronégativité de l’atome d’halogène A, qui est la plus grande pour A=F, détermine la stabilité relative des espèces moléculaires, HA (aq), contre celle des produits ioniques, A'(aq), dans l'eau à 25°C. En ce qui le conceme, Giguere, se basant sur ses études spectroscopiques infrarouges des solutions aqueuses d’HF concentrées, a postulé que le comportement acide faible de l’HF est dû à la formation d'une paire d’ions très stable de la forme F'- H30 +. Récemment, Ayotte a indiqué que l'origine physique du comportement acide faible des solutions d’HF diluées a une grande contribution entropique. II a proposé que les solutions cryogéniques diluées de l’HF dans des films de glace pourraient se comporter comme des acides forts aux températures très basses (T < 125 K). Dans cette étude, nous avons utilisé une approche expérimentale de techniques de science de surfaces et de spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) afin d’obtenir et d’identifier la signature spectrale de cet acide adsorbé et/ou dissous dans la glace sur un substrat propre de Pt (111). Les spectres infrarouges obtenus pendant ces expériences ont été comparés aux spectres des films de glace amorphe purs ayant la même épaisseur. Un fort continuum d’absorbance a été observé dans la région spectrale de 1000-3275 cm-1. Nos résultats expérimentaux nous amènent à croire que l’HF semble être extensivement dissociée sur/dans la glace amorphe et cristalline. De plus, la recombinaison de l’HF au réchauffement semble être cinétiquement inhibé, étant donné qu’elle est précédée par la cristallisation du solide binaire métastable.
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