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Title in Portuguese: Estudo de transições de fase em cristais de l-alanina + ácido oxálico
Author: Vilela, Rivelino Cunha
Advisor(s): Freire, Paulo de Tarso Cavalcante
Co-advisor(s): Moreno, Antônio Jeferson de Deus
Keywords: Transição de fase
Raios X - Difração
Espectroscopia de Raman
Cristais
Ácido oxálico
Issue Date: 2013
Citation: VILELA, R. C. Estudo de transições de fase em cristais de l-alanina + ácido oxálico. 2013. 113 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
Abstract in Portuguese: Neste trabalho, estudou-se o efeito da temperatura nos espectros Raman de cristais de L-alanina + ácido oxálico, C3H8NO2+.C2HO4-. Foram realizadas medidas de espectroscopia Raman em policristais a diferentes temperaturas no intervalo compreendido entre a temperatura ambiente e a temperatura de 20 K, sendo fornecida uma identificação tentativa para todos os modos normais de vibração observados. Para auxiliar o entendimento do comportamento do cristal também foram obtidos os difratogramas de raios-X bem como estudada a dependência dos parâmetros de rede em função da temperatura através de dilatometria no intervalo entre 290 K e 93 K. As três técnicas utilizadas em conjunto permitiram mostrar o comportamento estrutural do material em baixas temperaturas. Deste quadro foi possível inferir que os cristais de L-alanina + ácido oxálico apresentam três diferentes transições de fase durante o resfriamento. Em 250 K o aparecimento de um dubleto em 90 cm-1 e a anomalia num dos parâmetros de rede apontam para a ocorrência da primeira transição de fase. Em 150 K surgem pelo menos duas novas bandas no espectro Raman, ao mesmo tempo em que ocorrem bruscas mudanças de inclinação nas curvas que representam as dimensões dos eixos a e c do cristal. Também se verifica que, de forma semelhante ao que ocorre com os espectros Raman, aparecem novos picos no difratograma de raios-X em torno desta temperatura, caracterizando assim a segunda transição de fase. A uma temperatura ainda mais baixa, em torno de 43 K, foi verificada a ocorrência da terceira transição de fase, que tem como principal característica a separação de dois modos Raman associados a modos da rede. Mudanças nos ambientes dos grupos CH3 e do NH3+ durante o resfriamento são discutidas. Um importante aspecto apresentado pelos espectros Raman com o resfriamento da amostra foi o deslocamento da banda de mais baixa energia para menores valores de frequências, semelhantemente ao que ocorre com vibrações do tipo soft-mode em materiais ferroelétricos, embora a frequência do modo no cristal de L-alanina + ácido oxálico não tenha ido à zero. Baseado nos resultados acima e nos possíveis sítios de simetria ocupados pelas moléculas através do grupo O=CC nas diversas fases, sugere-se a seguinte sequência de transições de fase D24 → C2h5 → Cs3 → C23, que aconteceriam, respectivamente, nas temperaturas de 250 K, 150 K e 43 K.
Abstract: In the present word we have studied the effect of temperature on the Raman spectra of crystals of L-alanine + oxalic acid, C3H8NO2+.C2HO4-. Raman spectroscopy measurements were performed on polycrystalline samples at different temperatures varying in the range from room temperature to T = 20 K; a tentative assignment of all normal modes was furnished. In order to help the understanding of the crystal behavior we have also obtained X-ray diffractograms and studied the dependence of lattice parameters through dilatometry as a function of temperature in the 290 K – 93 K range. The three different techniques allowed us to construct a picture of the material under low temperature conditions. As a consequence we have realized that L-alanine + oxalic acid crystal undergoes three phase transitions at low temperatures. The splitting of a band at 90 cm-1 and an anomaly in one of the lattice parameters are the signature for the first phase transition that is observed at 250 K. At 150 K it was observed the appearance of two new bands in the Raman spectrum and, simultaneously, it was observed change in the curves of a and c lattice parameters. Additionally, it was verified the appearance of new peaks in the X-ray diffractogram at the same temperature, characterizing the second phase transition. At a temperature even lower, at about 43 K, it was verified the occurrence of the third phase transition that has as main characteristic the splitting of two bands that are associated to the lattice modes. Changes in the modes associated with CH3 and NH3+ during the cooling is discussed. An important behavior of the crystal with the cooling process was the red shift of the band of lower frequency, similar to the soft-mode vibration of ferroelectric materials, although the frequency of the mode in L-alanine + oxalic acid does not goes to zero. Based on the results on Raman spectroscopy, dilatometry and X-ray diffraction, and on the possible symmetry sites occupied by the molecules through the O=CC group in the various phases, it is suggested the following sequence of phase transitions D24 → C2h5 → Cs3 → C23, which should occur at 250 K, 150 K and 43 K.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/13883
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