Transcript Adsorption, isothermes de Langmuir

CHIMIE GENERALE
Patrick Sharrock
Département de chimie
IUT Castres
Cours n°3
PROGRAMME
Solubilité et formation de solutions.
Réactions de précipitation, produits de solubilité
Formation de complexes, constantes d’équilibre
Adsorption, isothermes de Langmuir
Adsorption, isothermes de Langmuir
Deux molécules a l’état de gaz interagissent peu entre elles.
C’est une solution « idéale », par exemple, l’air ambiant.
Une molécule dissoute dans un solvant est solvatée.
Par exemple le sucre s’entoure de molécules d’eau.
A saturation il y a des interactions soluté-solvant-solide.
L’éthanol et l’acétone sont deux liquides entièrement
miscibles sans limite de solubilité.
Adsorption, isothermes de Langmuir
Si on lave un gaz avec de l’eau, des polluants vont être
absorbés par le solvant.
Si on filtre un gaz sur une matrice, certains éléments vont
être adsorbés.
Absorption = pénétration dans une autre phase
Adsorption = rétention sur une surface.
Adsorption, isothermes de Langmuir
Deux solides peuvent être entièrement solubles l’un dans
l’autre pour former un alliage, par exemple l’or et l’argent.
Deux solides peuvent être partiellement solubles et former
plusieurs phases, par exemple le fer et le carbone.
Dans les solides toutes les molécules (ou atomes)
interagissent avec leurs voisins.
Adsorption, isothermes de Langmuir
Une molécule ou sel dissoute dans l’eau interagit avec le
solvant et les autres molécules présentes:
Réactions de précipitation, effet d’ions communs,
Effet d’ions divers (force ionique), complexation.
Les molécules ou atomes en solution aqueuse peuvent
aussi interagir avec des solides: c’est l’adsorption.
Adsorption, isothermes de Langmuir
A est une molécule,
S est un site de surface,
SA est une molécule adsorbée en surface.
Il existe 1015 sites par cm2 de solide
Adsorption, isothermes de Langmuir
L’adsorption sur un solide peut donner une
monocouche ou une multicouche…
Adsorption, isothermes de Langmuir
L’adsorption chimique implique
des liaisons chimiques fortes
avec le substrat. C’est souvent
irréversible
L’adsorption physique réversible
implique des forces faibles de
type Van der Waals.
Adsorption, isothermes de Langmuir
L’adsorption peut causer des réactions de surface dites catalytiques
Adsorption, isothermes de Langmuir
L’adsorption sur charbon actif
Coupe d'un grain de charbon actif illustrant
le réseau de pores et la surface interne développée
Adsorption, isothermes de Langmuir
Isothermes d'adsorption de n- butanol sur un charbon actif
L’adsorption sur charbon se fait mieux a basse température.
La désorption se fait en chauffant ou sous vide.
Adsorption, isothermes de Langmuir
La quantité q adsorbée dépend:
D’une constante K,
Et de la pression partielle P.
La constante K dépend de la
température et de la chaleur
d’adsorption Q.
Adsorption, isothermes de Langmuir
Les isothermes de Langmuir se déterminent à température constante.
Plus la constante est grande, plus la surface se sature rapidement.
Adsorption, isothermes de Langmuir
Réaction d’adsorption de q sur le site *
Réaction de désorption (décomposition de q *)
La vitesse d’adsorption est donnée par: Vads = k1[q][*]
La vitesse de désorption est donnée par: Vdés = k2[q*]
Adsorption, isothermes de Langmuir
A l’équilibre, les vitesses d’adsorption et de désorption sont égales
Vads = Vdés = k1[q][*] = k2[q*] donc: ([q*]/[*]) = (k1[q]/k2) = K[q]
Le rapport sites adsorbés sur sites libres dépend de K et de [q]
Le taux de couverture d’un adsorbant est q :
Adsorption, isothermes de Langmuir
L’équation de l’isotherme de
Langmuir peut être linéarisée:
Ainsi un graphe de
aura une pente de
en fonction de
et un intercept de
Adsorption, isothermes de Langmuir
Les eaux minérales sont conductrices
Adsorption, isothermes de Langmuir
Il existe des corrélations entre la composition minéralogique des roches
et la composition minérale des eaux circulant dans ces roches.
Adsorption, isothermes de Langmuir
La vitesse de dissolution d’une roche dépend
de sa composition chimique et minéralogique
Adsorption, isothermes de Langmuir
Teneurs des eaux minérales en ligands minéraux et organiques
La spéciation des métaux dépend des ligands et du pH
Qui peut varier par exemple:
Si(OH)4 + 4NaCl = Na4SiO4 + 4HCl
Adsorption, isothermes de Langmuir
Les concentrations en métaux traces
dépendent de la profondeur et du pH
Adsorption, isothermes de Langmuir
Les concentrations en métaux traces sont contrôlées
par les phénomènes d’adsorption
Adsorption, isothermes de Langmuir
A votre santé!....