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LA CHIMIE PHSIQUE

LA CHIMIE PHSIQUE. Chapitre 10 Les zones interfaciales. Préambule. Entre les phases solides et la phase gazeuse, le milieu varie-t-il brutalement d’une phase à l’autre ? Au contraire, sous certaines conditions, existe-t-il une variation continue des propriétés du milieu ?

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Presentation Transcript

  1. LA CHIMIE PHSIQUE Chapitre 10 Les zones interfaciales Guy Collin, 2012-06-28

  2. Préambule • Entre les phases solides et la phase gazeuse, le milieu varie-t-il brutalement d’une phase à l’autre ? • Au contraire, sous certaines conditions, existe-t-il une variation continue des propriétés du milieu ? • Quelles sont ces conditions d’existence de variation continue des milieux ? • Quelles sont surtout les propriétés de ces régions inter faciales ?

  3. Quelques définitions • Une phase est dite homogène lorsqu’un observateur placé en un point quelconque de cette phase ne peut discerner ce point d’un autre. • Si deux phases A et B coexistent, elles sont nécessairement séparées par une interface. • L’interface ou la zone interfaciale est la portion de l’espace qui sépare les deux phases homogènes.

  4. Al Air CCl4 H2O C6H6 Zone inter faciale C6H6 CCl4 Des phases homogènes

  5. Gaz N2 W Zone quasi liquide Solide Une zone interfaciale complexe

  6. gaz solide Isotherme d’adsorption de LANGMUIR • Hypothèse : adsorption sous la forme de monocouche. • À l’équilibre, la vitesse d’adsorption est égale à la vitesse de désorption : Vad = kad P (1 – q) S Vdés = kdésq S P est la pression d’équilibre, q la fraction de la surface occupée.

  7. On obtient : Isotherme d’adsorption de LANGMUIR Vad = kad P (1 – q) S Vdés = kdésq S • Si P est très petit q = a P • Si P est très grand, mais < Po, q tend vers 1.

  8. q 1,0 q1/2 P1/2 P° Pression P Isotherme de LANGMUIR

  9. Isotherme de B.E.T. • Hypothèses des multicouches : • Dans cette équation :- m est la masse de gaz adsorbé,- m0 est la masse nécessaire pour recouvrir la surface d’une monocouche,- P la pression d’équilibre,- P0 la pression de vapeur saturante,- C une constante.

  10. 1,0 Po Autres isothermes d’adsorption On obtient différentes courbes dépendamment de la valeur de C : q Po Pression P

  11. q q P° P° Pression Pression Autres isothermes d’adsorption

  12. NaCl Tension de surface s Laurate de sodium Lauryl sulfate de sodium Concentrations Agents tensioactifs et tension superficielle

  13. Section 1 cm2 Énergie de séparation et tension de surface Le travail de séparation est égal à deux fois la tension de surface.

  14. A Section 1 cm2 B Énergie de séparation et tension inter faciale wséparation est le travail de séparation (ou d’adhésion) au site de la zone inter faciale

  15. B A Énergie de séparation et tension de surface

  16. C16H33COO- Na+ Huile ONa O Eau Une molécule « plantée » dans la zone inter faciale

  17. Liquide peu mouillant Mouillage partiel Liquidemouillant qe qe Mouillage nul Mouillabilité d’une surface

  18. sLG qe sSG sSL Mouillabilité d’une surface

  19. Paramètre d’étalement S : S = sSG-sLG-sSL Mouillabilité d’une surface Si S est positif, il y a mouillage total. Si S est négatif, la mouillabilité est partielle ou nulle. Les surfaces des poussières de certains minerais sont altérées de telle sorte qu’elles ne se mouillent pas. Ainsi traitées, ces poussières flottent sur l’eau. Ce procédé est utilisé dans le procédé de « flottation ».

  20. Colonne Colonne Colonne Adsorption Désorption Déplacement du soluté Soluté Soluté Soluté L’adsorption : la chromatographie • La chromatographie est basée sur la compétitivité entre : • la période d’absorption; • la période de désorption. • d’un soluté sur une phase sorbante.

  21. Observateur À t = 0 Mélange Signal observé Temps Le fonctionnement du chromato Sens du déplacement :  • Au temps t = 0, les divers produits sont injectés en début de colonne. • Chaque produit progresse selon son rythme qui dépend du rapport des vitesses relatives d’adsorption et de désorption. • Les constituants du mélange se séparent ainsi les uns des autres.

  22. observateur À t = t' À t = 2 t' À t = 0 Mélange Sens du déplacement :  Signal observé Temps Le fonctionnement du chromato à gaz • Le déplacement est assuré par un gaz vecteur inerte (He, N2, . . . ).

  23. Écoulement du solvant par gravité Phase sorbante Observateur : spectre UV, indice de réfraction, . . . Le fonctionnement du chromato en phase liquide • Le déplacement est assuré par un solvant inerte plus ou moins polaire (cyclohexane, acétone, acétate d’éthyle, éthanol, ... en alimentation continue.

  24. Comme les coureurs d’un marathon • Les plus en forme, les plus légers (les professionnels), … arrivent les premiers. • les poids moyens, ou ceux moins bien préparés (les amateurs) arrivent après. • Les plus lourds, les moins bien préparés arrivent à la fin. • Il y en a qui n’arrivent pas : ils restent figés sur la colonne. Ils ont en quelque sorte abandonné.

  25. Plaque absorbante Dépôt de soluté Solvant Une variante : la chromato descendante. Réserve de solvant Déplacement Support d’absorbant fixe La chromatographie sur papier • Cette chromatographie s’applique à une solution liquide. • La progression des constituants se fait par capillarité.

  26. La chromato sur échangeurs d’ions • Certaines résines ont la propriété d’échanger des ions avec un milieu externe. • Par exemple, des ions K+ d’une solution sont échangés avec des ions Ca++ contenus sur la résine (Z). Z Ca++ + 2 K+(sol)  2 Z K+ + Ca++(sol) • Il existe des résines : • cationiques (carboxyliques, phénoliques) et • anioniques. RCOOH + Na+(sol)  RCOONa + H+(sol) N(CH3)3 + B-(sol)  RCOONa + OH-(sol)

  27. Reformation de l’eau Eau Résine cationique Résine anionique Eau déminéralisée

  28. Les tamis moléculaires • Ce sont des solides cristallins de configuration telle qu’ils peuvent « loger » de petites molécules dans leurs cavités. • Formule type : Mx[(AlO2)x(SiO2)y],nH2O.

  29. Les tamis moléculaires • Formules : 4A : Na12[(AlO2)12(SiO2)12],27H2O;13X : Na86[(AlO2)86(SiO2)106],276H2O.

  30. Constante de vitesse d’une réaction chimique en fonction de la température Ln k a = -Ea/RT 1/T

  31. Ea Énergie potentielle A + B DH C + D Coordonnées de la réaction Énergie d’activation et enthalpie d’une réaction chimique

  32. ? S + 3/2 O2 40 à 150 kJ/mol Énergie potentielle SO2 + 1/2 O2 SO3 Coordonnées de la réaction Énergie potentielle et catalyseur

  33. Conclusion • Les régions situées dans la zone de contact entre deux phases ont des propriétés fort diverses. • Plusieurs isothermes d’absorption décrivent les propriétés de ces régions. • Ces régions dépendent de l’importance des interactions molécules des phases en présence

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