DOI: 10.1051/jp2:1995152
J. Phys. II France 5 (1995) 607-619

Melting of 1-Alcohol Mololayers at the Air-Water Interface. I. X-Ray Reflectivity Investigations

J.P. Rieu¹, J.F. Legrand¹, A. Renault¹, B. Berge¹, B.M. Ocko², X.Z. Wu³ and M. Deutsch<sup>4

1</sup>  Laboratoire de Spectrométrie Physique, U.J.F., B.P. 87, 38402 Saint-Martin d'Hères Cedex, France
²  Physics Department, Brookhaven National Laboratory, Upton, NY 11973, U.S.A.
³  Corporate Research Science Laboratory, Exxon Research and Engineering Company, Annandale, NJ 08801, U.S.A.
⁴  Physics Department, Bar Ilan University, Ramat Gan 52900, Israel

(Received 21 October 1994, revised in final form 27 December 1994, accepted 4 January 1995)

Abstract
The melting of 1-alcohol monolayers adsorbed at the air-water interface has been studied using X-ray reflectivity. This technique allows for an accurate determination of the thickness and the density of the monolayer. The reflectivity, both in specular and non-specular directions, over a large temperature range of different chain lengths (from C ₁₀ to C ₁₆) have been interpreted using a model taking into account the scattering from thermally induced capillary-wave fluctuations and the instrumental resolution. The density and the thickness of the aliphatic layer exhibit a clear discontinuity at the solid-liquid transition. Large changes with temperature in the packing of the monolayer are observed in both the solid and the liquid phase. In the crystal phase, the fitted thicknesses are lower than all-trans molecular chain lengths. In the liquid phase, the density remains 10% larger than in bulk liquid phases.

Résumé
La fusion de monocouches de 1-alcool adsorbées à l'interface air-eau est étudiée par réflectivité des rayons X. Cette technique permet une détermination précise de l'épaisseur et de la densité de la monocouche. Les mesures de réflectivité effectuées dans chacune des directions spéculaire et non spéculaire, ont été interprétées à l'aide d'un modèle tenant compte de la résolution expérimentale et de la diffusion par les fluctuations capillaires thermiques. La densité et l'épaisseur de la couche aliphatique présentent une claire discontinuité à la transition solide-liquide. D'importants changements de la compacité de la monocouche sont observés dans chacune des phases solide et liquide sous l'effet de la température. Dans la phase cristalline, les épaisseurs de la monocouche obtenues sont plus petites que celles de molécules dans une conformation "trans-trans". Dans la phase liquide, la valeur de la densité reste 10% plus élevée que celle de la phase liquide volumique 3D.

© Les Editions de Physique 1995