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~TP catalyse et chimie des surfaces~ ~Isotherme d’adsorption~ But du TP : Déter

~TP catalyse et chimie des surfaces~ ~Isotherme d’adsorption~ But du TP : Détermination de l’isotherme d’adsorption du CH3COOH sur le charbon actif. Introduction Lorsqu’un solide est plongé dans une solution, chaque constituant de la phase liquide de cette solution y compris le solvant, aura une tendance particulière pour l’adsorption sur la surface solide. Il y aura donc une concurrence entre les divers constituants de la solution Partie Théorique : Définition & Théories sur les mécanismes d’adsorption :  Adsorption : L’adsorption, à ne pas confondre avec l’absorption, est un phénomène de surface par lequel des molécules de gaz ou de liquide se fixent sur les surfaces solides des adsorbants avec lesquels il sont en contactes selon divers processus plus ou moins intenses. Ce phénomène à une grande importance dans l’évolution de nombreuses réactions chimiques en mécanique industrielle, il joue un rôle fondamental dans les processus de lubrification et les procédés de brasage. Selon la nature des forces attractives on distingue deux types d’adsorption, l’adsorption physique ou physisorption, et l’adsorption chimique ou chimisorption. o PHYSISORPTION : l’adsorption physique ou physisorption met en jeu des liaisons faibles, du type forces de Van Der Waals, analogue à celle qui sont impliquées lors d’unes liquéfaction. Elle se produit bien avant que le gaz n’atteigne une pression égale à sa pression de vapeur saturante, à des températures assez basses et voisines du point d’ébullition de la phase adsorbée. Elle est en général réversible et on peut la comparer au dépôt de buée sur une paroi froide. L’équilibre est obtenu lorsque les vitesses d’évaporation et de condensation sont égales. L’adsorption physique est donc favorisée par une baisse de la température. L’énergie mise en jeu pour cette réaction est généralement inférieure à 10kcal/mole. o CHIMISORPTION : L’adsorption chimique ou chimisorption met en jeu des énergies de liaison importantes. Elle s’accompagne d’une profonde modification de la répartition des charges électronique des molécules adsorbées, les forces mise en jeu sont du même type que celles qui impliquées lors de la formation des liaisons chimiques. Elle est souvent irréversible (ou difficilement réversible) et engendre une couche mono moléculaire. L’énergie mise ne jeu pour cette réaction est généralement supérieure à 10kcal/mole.  Adsorbant : Les adsorbants sont des solides poreux se présentant généralement sous forme de granulés, de poudre ou de solides filés. Ils se caractérisent essentiellement par leur surface spécifique plus au moins grande qui détermine la capacité d’adsorption se traduisant par la quantité de substance fixée par la quantité de substance fixée par unité de masse du solide. La connaissance de la capacité d’adsorption permet de déterminer la qualité d’un solvant. En bref, la quantité de substance adsorbée par l’unité de masse de solide adsorbant dépend de : - La Surface Spécifique de l’adsorption - La Concentration du soluté adsorbé - La Nature du soluté - La Température ~TP catalyse et chimie des surfaces~ ~Isotherme d’adsorption~  Isotherme d’adsorption : A une température connue, on peut déterminer la quantité adsorbée X par M grammes d’adsorbant pour différentes concentration : X/M = f(c) ; cette relation est dite : ISOTHERME D’ADSORPTION.  Théorie sur les mécanismes d’adsorption : o THÉORIE DE FREUNDLICH (1909) : Il est possible de représenter les isothermes d’adsorption selon la forme suivantes : X/M = K. Tel que : X : Quantité de soluté adsorbée en moles. C : Concentration du soluté à l’équilibre en mole/l. M : Quantité d’adsorbant en grammes. K, N : constantes déterminées généralement, en traçant : log(X/M) = f. (log c) o THÉORIE DE LANGMIUR (1916) : Elle repose sur deux hypothèses : . L’adsorption se produit dans des centres d’adsorption déterminés, dont l’on ne connait pas la nature physique. . Les molécules adsorbées n’interagissent pas entre elles. Ainsi, Langmuir à établit l’équation : X/M = (a*C) / (1 +b*C) ; Tel que : X : Quantité de soluté adsorbée en moles. M : Quantité d’adsorbant en grammes. C : Concentration du soluté à l’équilibre en mole/l. a, b : Constantes expérimentales. Partie Expérimentale : Expérience, Analyse & Traitement de données : Produits Utilisés : - Acide acétique (0.5M). - Eau - Carbone actif - Solution de NaOH (0.1 N). - Phénolphtaléine. Matériels utilisés : - Erlenmfeyer. - Chronomètre. - Pipette. - Becher. - Filtrat. - Thermomètre.  Expérience : Pour cette expérience, il faut prendre six erlenmeyérs lavés et séchés, dans lesquels on versera les quantités d’eau et d’acide acétique (0,5 M) comme indiqué dans le tableau ci-dessous. ~TP catalyse et chimie des surfaces~ ~Isotherme d’adsorption~ Bien mélanger, puis ajouter1 g de charbon actif dans chaque erlen. 1 2 3 4 5 6 Eau (ml) 0 20 20 35 41 45 Acide acétique (ml) 50 30 20 15 9 5 Il faudra ensuite agiter les différents erlen pendant 30minutes et les laisse décanter quelques minutes avant de filtrer chaque solution et de l’entreposer dans de nouveaux contenants propres et secs. On prélèvera ensuite 2 ml de chaque solution filtrée et on y ajoutera quelques gouttes de phénolphtaléine avant de procéder à un dosage volumétrique avec NaOH (0,1N).  Interprétation des résultats : o CALCUL DE LA CONCENTRATION INITIALE : Elle est obtenue au moyen des solutions mères en calculant la dilution de la manière suivante : . = . = ( . ) / ; Tel que = 0.5M ; =50 CC. D’où ; = 0.01. = . Tube 1 2 3 4 5 6 (M) 0,5 0,3 0,2 0,15 0,09 0,05 o CALCUL DE LA CONCENTRATION A L’EQUILIBRE : Elle est mesurée à la neutralisation, d’où : . = . = ( . )/ Étant le volume de la base. Alors on a : Tube 1 2 3 4 5 6 (ml) 8,6 4,8 3 2,11 1,25 0,62 C(M) 0,43 0,24 0,15 0,105 0,062 0,031 o CALCUL LA QUANTITE ADSORBEE : C’est la différence entre le nombre de moles , et de celle adsorbée. X = – n = ( - ).V X= 50.( - ) ; D’où, le tableau ~TP catalyse et chimie des surfaces~ ~Isotherme d’adsorption~ Tube 1 2 3 4 5 6 X (mole) 3,5 3, 2,5 2,225 1,375 0,95 TRACE DE L’ISOTHERME D’ADSORDPTION A la température de l’expérience T = 287k, on peut déterminer la quantité X adsorbée, par M grammes d’adsorbant pour différentes concentrations C. X/M = f (C) est a appelé isotherme d’adsorption X / M (mole/ g) 3,5 3 2,5 2,225 1,375 0,95 C (M) 0,43 0,24 0,15 0,105 0,062 0,031 Sachant que M=1g On aura la courbe suivante o VERIFICATION DES THEORIES : Vérification de l’équation de Langmuir : = = + Suivant le tableau qui suit, on trace le graphe : M/X = f ( 1/C ) M / X (g/mol) 0,285 0,333 0,4 0,449 0,727 1,052 1/C ( ) 2,325 4,166 6,66 9,478 16 32,258 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 X/M=f(C) X/M=f(C) ~TP catalyse et chimie des surfaces~ ~Isotherme d’adsorption~ On obtient alors, une droite de pente 0,026 =1/a a = 38.46 ; Et l’ordonnée à l’origine b/a = 0,230 , d’où b =8.845 . I/mol. C (M) 0,43 0,24 0,15 0,1055 0,0625 0,031 X / M (g/mol ) 3.44 2.95 2,47 2,09 1,54 0,93 Vérification de la théorie de Freundlich : X/M = K. ; Après introduction des log: = +n. On trace alors : = ( ) . 2,455 2,522 2,602 2,652 2,861 3.022 _ 0,366 0,619 0,823 0.976 1,204 1,508 La pente n =0,5, L’ordonnée à l’origine : = - 2, 214 k = 6.109. L/g y = 0,0263x + 0,2308 R² = 0,9827 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 10 20 30 40 M/X=f(1/C) M/X=f(1/C) Linéaire (M/X=f(1/C)) ~TP catalyse et chimie des surfaces~ ~Isotherme d’adsorption~ C (M) 0,43 0,24 0,15 0,105 0,062 0,031 X / M (g/mol) 4 2,93 2,30 1,92 1,46 1,02  Confrontation des résultats : C (M) 0,43 0,24 0,15 0,105 0,062 0,031 X / M (mole /g) 3,5 3 2,5 2,225 1,375 0,95 X / M (g/mol) selon Langmuir 3.44 2.95 2,47 2,09 1,54 0,93 X / M (g/mol ) selon Freundlich 4 2,93 2,30 1,92 1,46 1,02 y = 0,5147x + 2,2144 R² = 0,9563 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 0 0,5 1 1,5 2 log(X/M)=f(log C) log(X/M)=f(log C) Linéaire (log(X/M)=f(log C)) ~TP catalyse et chimie des surfaces~ ~Isotherme d’adsorption~  Calcul d’erreur ∆e% ∆e%= ∑(( (X/M) thé- (X/M)exp))/ ( (X/M) thé))*100/n Car n=6 Suivant Langmuir on a : ∆e%=5,17% Suivant Freundlich on a : ∆e%=0,1340%  Influence de la Température sur le Phénomène d’Adsorption : Bien que l’influence de la température sur l’adsorption des polymères aient été soigneusement étudiés, aucune loi universelle n’a été trouvée. En effet, ces études ont montré qu’une augmentation de la température peut entrainer soit une augmentation soit une diminution de la quantité de polymères adsorbés. La solubilité des molécules de polymères augmente généralement lorsqu’on augmente la température .On peut donc supposer que le principal effet de la température sur l’adsorption des polymères est du à la variation du pouvoir uploads/Industriel/ tp-catalyse-et-chimie-des-surfaces.pdf