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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
la chimie phsique

LA CHIMIE PHSIQUE

Chapitre 10

Les zones interfaciales

Guy Collin, 2012-06-28

slide2

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 ?
quelques d finitions
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.
des phases homog nes

Al

Air

CCl4

H2O

C6H6

Zone inter faciale

C6H6

CCl4

Des phases homogènes
une zone interfaciale complexe

Gaz

N2

W

Zone quasi liquide

Solide

Une zone interfaciale complexe
isotherme d adsorption de langmuir

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.

isotherme d adsorption de langmuir1

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.
isotherme de langmuir

q

1,0

q1/2

P1/2

Pression P

Isotherme de LANGMUIR
isotherme de b e t
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.
autres isothermes d adsorption

1,0

Po

Autres isothermes d’adsorption

On obtient différentes courbes dépendamment de la valeur de C :

q

Po

Pression P

autres isothermes d adsorption1

q

q

Pression

Pression

Autres isothermes d’adsorption
agents tensioactifs et tension superficielle

NaCl

Tension de surface s

Laurate de sodium

Lauryl sulfate de sodium

Concentrations

Agents tensioactifs et tension superficielle
nergie de s paration et tension de surface

Section 1 cm2

Énergie de séparation et tension de surface

Le travail de séparation est égal à deux fois la tension de surface.

nergie de s paration et tension inter faciale

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

mouillabilit d une surface

Liquide peu mouillant

Mouillage partiel

Liquidemouillant

qe

qe

Mouillage nul

Mouillabilité d’une surface
mouillabilit d une surface2

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 ».

l adsorption la chromatographie

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.
le fonctionnement du chromato

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.
le fonctionnement du chromato gaz

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, . . . ).
le fonctionnement du chromato en phase liquide

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.
comme les coureurs d un marathon
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.
la chromatographie sur papier

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.
la chromato sur changeurs d ions
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)

reformation de l eau
Reformation de l’eau

Eau

Résine cationique

Résine anionique

Eau déminéralisée

les tamis mol culaires
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.
les tamis mol culaires1
Les tamis moléculaires
  • Formules : 4A : Na12[(AlO2)12(SiO2)12],27H2O;13X : Na86[(AlO2)86(SiO2)106],276H2O.
nergie d activation et enthalpie d une r action chimique

Ea

Énergie potentielle

A + B

DH

C + D

Coordonnées de la réaction

Énergie d’activation et enthalpie d’une réaction chimique
nergie potentielle et catalyseur

?

S + 3/2 O2

40 à 150 kJ/mol

Énergie potentielle

SO2 + 1/2 O2

SO3

Coordonnées de la réaction

Énergie potentielle et catalyseur
conclusion
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