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Passer à la première page h Guy Collin, 2012-06-28 LA CHIMIE PHSIQUE Chapitre 10 Les zones interfaciales.

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1 Passer à la première page h Guy Collin, LA CHIMIE PHSIQUE Chapitre 10 Les zones interfaciales

2 h Préambule n Entre les phases solides et la phase gazeuse, le milieu varie-t-il brutalement dune phase à lautre ? n Au contraire, sous certaines conditions, existe-t-il une variation continue des propriétés du milieu ? n Quelles sont ces conditions dexistence de variation continue des milieux ? n Quelles sont surtout les propriétés de ces régions inter faciales ?

3 h Quelques définitions n Une phase est dite homogène lorsquun observateur placé en un point quelconque de cette phase ne peut discerner ce point dun autre. n Si deux phases A et B coexistent, elles sont nécessairement séparées par une interface. n Linterface ou la zone inter faciale est la portion de lespace qui sépare les deux phases homogènes.

4 h Des phases homogènes Air Al CCl 4 C6H6C6H6 C6H6C6H6 H2OH2O Zone inter faciale

5 h Une zone interfaciale complexe W N2N2 Gaz Solide Zone quasi liquide

6 h Isotherme dadsorption de LANGMUIR Hypothèse : adsorption sous la forme de monocouche. À léquilibre, la vitesse dadsorption est égale à la vitesse de désorption : V ad = k ad P (1 – ) S V dés = k dés S P est la pression déquilibre, la fraction de la surface occupée. solide gaz

7 h V ad = k ad P (1 – ) S V dés = k dés S Si P est très petit = a P Si P est très grand, mais < Po, tend vers 1. n On obtient : Isotherme dadsorption de LANGMUIR

8 h Isotherme de LANGMUIR Pression P P 1/2 1,0 1/2 P°P°

9 h Isotherme de B.E.T. n Hypothèses des multicouches : Dans cette équation : - m est la masse de gaz adsorbé, - m 0 est la masse nécessaire pour recouvrir la surface dune monocouche, - P la pression déquilibre, - P 0 la pression de vapeur saturante, - C une constante.

10 h Autres isothermes dadsorption On obtient différentes courbes dépendamment de la valeur de C : Pression P Po 1,0 Po

11 h Autres isothermes dadsorption Pression P°P° Pression P°P°

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

13 h Énergie de séparation et tension de surface Section 1 cm 2 w Séparation = w Cohésion = 2 Le travail de séparation est égal à deux fois la tension de surface.

14 h Section 1 cm 2 A B Énergie de séparation et tension inter faciale w Séparation = A + B – A-B w séparation est le travail de séparation (ou dadhésion) au site de la zone inter faciale

15 h Énergie de séparation et tension de surface A B

16 h Une molécule « plantée » dans la zone inter faciale Eau ONa O Huile C 16 H 33 COO Na +

17 h Mouillabilité dune surface Liquide mouillant e Liquide peu mouillant e Mouillage partiel Mouillage nul

18 h Mouillabilité dune surface SG = SL + LG cos e SG LG SL

19 h Mouillabilité dune surface Paramètre détalement S : S = SG LG SL 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 quelles ne se mouillent pas. Ainsi traitées, ces poussières flottent sur leau. Ce procédé est utilisé dans le procédé de « flottation ».

20 h Ladsorption : la chromatographie n La chromatographie est basée sur la compétitivité entre : u la période dabsorption; la période de désorption. n dun soluté sur une phase sorbante. Soluté Colonne Soluté Colonne Soluté Colonne Déplacement du soluté Adsorption Désorption

21 h Le fonctionnement du chromato n Au temps t = 0, les divers produits sont injectés en début de colonne. n Chaque produit progresse selon son rythme qui dépend du rapport des vitesses relatives dadsorption et de désorption. n Les constituants du mélange se séparent ainsi les uns des autres. Sens du déplacement : Observateur À t = 0 Mélange Temps Signal observé

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

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

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

25 h La chromatographie sur papier n Cette chromatographie sapplique à une solution liquide. n La progression des constituants se fait par capillarité. Solvant Plaque absorbante Dépôt de soluté Déplacement Une variante : la chromato descendante. Réserve de solvant Support dabsorbant fixe

26 h La chromato sur échangeurs dions n Certaines résines ont la propriété déchanger des ions avec un milieu externe. n Par exemple, des ions K + dune solution sont échangés avec des ions Ca ++ contenus sur la résine (Z). Z Ca K + (sol) 2 Z K + + Ca ++ (sol) Il existe des résines : cationiques (carboxyliques, phénoliques) et anioniques. RCOOH + Na + (sol) RCOONa + H + (sol) N(CH 3 ) 3 + B (sol) RCOONa + OH (sol)

27 h Reformation de leau Eau Eau déminéralisée Résine cationique Résine anionique

28 h Les tamis moléculaires n Ce sont des solides cristallins de configuration telle quils peuvent « loger » de petites molécules dans leurs cavités. n Formule type : M x [(AlO 2 ) x (SiO 2 ) y ],nH 2 O.

29 h Les tamis moléculaires TamisDiamètreMolécules adsorbéesMolécules exclues 3 A0,3 nmH 2 0, NH 3, …C2H6C2H6 4A0,4 nmC 2 H 5 OH, H 2 S, CO 2, SO 2, C 2 H 6, C 3 H 6, … C3H8C3H8 5A0,5C 3 H 8, n-C 4 H 10, …iso-C 4 H X0,8iso-C 4 H 10, C 6 H 6, …di-n-butylamine 13 X1,0(C 4 H 9 ) 3 N n Formules : 4A : Na 12 [(AlO 2 ) 12 (SiO 2 ) 12 ],27H 2 O; 13X : Na 86 [(AlO 2 ) 86 (SiO 2 ) 106 ],276H 2 O.

30 h Constante de vitesse dune réaction chimique en fonction de la température 1/T Ln k = E a /RT

31 h Énergie dactivation et enthalpie dune réaction chimique Coordonnées de la réaction Énergie potentielle A + B C + D EaEa H

32 h Énergie potentielle et catalyseur ? SO 2 + 1/2 O 2 SO 3 S + 3/2 O 2 40 à 150 kJ/mol Coordonnées de la réaction Énergie potentielle

33 h Conclusion n Les régions situées dans la zone de contact entre deux phases ont des propriétés fort diverses. n Plusieurs isothermes dabsorption décrivent les propriétés de ces régions. n Ces régions dépendent de limportance des interactions molécules des phases en présence


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