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Faculté de Génie mécanique et Génie des procédés CALATYRE ET CHIMIE DE SURFACES

Faculté de Génie mécanique et Génie des procédés CALATYRE ET CHIMIE DE SURFACES *SAIDAOUI MALEK 201500000123 *ABUHILALA ILYA 171731087574 ISOHERME D'ABSORPTION BUT DU TP : - Etudier l’isotherme d’adsorption de l’acide acétique sur du charbon actif à temperature ambiante et determiner les coonstantes de l’equation de Freundlish et Langmuir 1.DÉFINITION DE L’ADSORPTION : On appelle adsorption la fixation des molécules d’un composé donné à une surface liquide-gaz, liquide-solide ou solide-gaz. On peut de manière plus générale la définir comme étant l’établissement d’une liaison entre un corps gazeux ou liquide donné dit adsorbas et un solide dit adsorbant. Selon les types de liaison : *Liaison faible : energie d’activation faible (reversible) DU COUP ça se dit liaison chimique. *Liaison forte : energie d’activation forte (irreversible) DU COUP ça se dit liaison physique. 2. DEFINITION DE L’ADSORBANT : Les adsorbants sont des solides poreux se présentant sous forme de granulés, de poudre ou de solide filés. Ils sont caractérisés essentiellement par leur surface spécifique plus au moins grande. Celle ci détermine la capacité d'adsorption qui n'est autre que 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. 3. FACTEURS INFLUNCANT SUR L’ADSORBTION : La surface spécifique de l’adsorbant : pour que la quantité adsorbée soit importante il faut que la surface de contacte soit très grande. La concentration du soluté adsorbé : le déroulement de l’opération d’adsorption change en variant la concentration du soluté adsorbé. La nature du soluté adsorbé : l’adsorption des change en changement la température du travail : -A baisse température, on est en présence de la physosorpion. -A haute température, on est en présence de la chimisorption. Plusieurs théories ont été établit sur le mécanisme d’adsorption, elles expliquant que ce phénomène n’est pas simple, et que les équations proposées ne sont valables qu’aux condition limites. 4. ISOTHERME D’adsorption : A température donnée on peut déterminer la quantité adsorbée X par M grammes d’adsorbant pour différentes concentrations : X/M = f (C) ; Cette relation est dite : ISOTHERME D’ADSORPTION. 5. THEORIES SUR LES MECANISMES D’ADSORBTION : A. THEORIE DE FREUNDLICH (1909) : Il est possible de représenter, les Isothermes selon la forme empirique suivante : (X/M)F = k. Cn 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) B. THÉORIE DE LANGMIUR (1916) : Elle repose sur deux hypothèses : Langmuir à établit l’équation : (X/M)L = (a. b.Ce) / (1+ b. Ce) Où : 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 : 1.PRODUITS UTILISÉS : - Acide acétique (0.5 M). - Eau. - Carbone actif. - Solution de NaOH (0.1 N). - Phénophtaléine. 2. MATERIELS UTILISÉS : - Erlenmeyer. - Chronomètre. - Pipette. - Bicher. - Filtrat. -Thermomètre. 2.EXPÉRIENCE : On prend six erlenmeyers lavés et séchés, où, on y verse les quantités d’eau et d’acide acétique (0.5 M) comme indiquer sur le tableau ci-dessous, bien mélanger. Ajouter dans chacun 0.5g de charbon actif. Flacons 1 2 3 4 5 6 Eau (ml) 0 20 30 35 41 45 Acide acétique (ml) 50 30 20 15 9 5 Laisser reposer pendant 30 min en agitant les flacons toutes les 5 min et on filtre dans d’autres flacons secs. On prélève 2 ml De chaque solution de NaOH (0.1 N) en présence de quelques gouttes de Phénophtaléine ; On note la température de l’expérience. 4. INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS : a- CALCUL DE LA CONCENTRATION INITIALE : Elle est obtenue au moyen des solutions mères en calculant la concentration diluer de l’acide acétique de la manière suivante : (C. V)i = (C .V)f  Cf = ( Ci . Vi) /Vf ; Tel que Ci =0.5 M, Vf= 50 CC. D’où, Cf = 0.01. Vi = C0. i:initial f : final. Les résultats sont regroupées dans le tableau ci-dessous : Tube 1 2 3 4 5 6 C0 (M) 0.5 0.3 0.2 0.15 0.09 0.05 b- CALCUL DE LA CONCENTRATION À L’ÉQUILIBRE : Elle est obtient au moyen des solutions à doser par NaOH(0.1M), c’est à dire elle est obtenue par neutralisation de l’acide acétique par la soude NaOH(0.1M) A l’équilibre on à (C.V)a=(C.V)b Au point d’équivalent on à : Ceq= (Cb. Veq )/Va Ca,Va : la concentration et le volume de l’acide acétique. Cb,Vb : la concentration et le volume de la soude NaOH(0.1M). Ceq : concentration de l’acide acétique au point d’équation. Veq : volume de la soude verser au point d’équivalent. Ceq= (Cb. Veq ) /Va Ceq*2ml = 0.1M* Veq Ceq= (0.1. Veq ) /2 Alors on a : Tube 1 2 3 4 5 6 VB (ml) 8.125 4.55 2.9 2.1 1.15 0.5 C (M) 0.406 0.228 0.145 0.105 0.0575 0.025 c- CALCUL DE LA QUANTITÉ ADSORBÉE : C’est la différence entre le nombre de moles initiales, et de celle adsorbée. X = n0 –n = (C0 –C). V  X = 50ml. (C0-C) ; D’où, le tableau : Tube 1 2 3 4 5 6 10-3X (mole) 4.7 3.6 2.75 2.25 1.625 1.25 d- TRACÉ DE L’ISOTHERME D’ADSORPTION : A la température de l’expérience T = 287k, on peut déterminer la quantité X adsorbée, par la masse M grammes d’adsorbant pour différentes concentrations C. X/M = f (C), est appelé isotherme d’adsorption. 10-3X /M (mole/g) 9.4 7.2 5.5 4.5 3.25 2.5 C (M) 0.406 0.228 0.145 0.105 0.0575 0.025 Dans notre T.P. M =0.5g. On obtient une courbe. Interpretation du graphe obtenu : Le graphe de X/M=f(Ce) est une courbe qui donne le rapport entre la quantité absorbé e=de l’acide acitique par unité de charbon actif. Cette courbe est croissante , la quantité de AA diminue avec la diminution de la concentration d’equilibre « Ce » e- VÉRIFICATION DES THÉORIES : VÉRIFICATION DE L’ÉQUATION DE LANGMIUR : X = a. b.Ce  M = 1 + 1 M 1+ b. Ce X a. b.Ce a Suivant le tableau qui suit, on trace le graphe : M / X = f (1/C) M/X (g/mol) 106.38 138.889 181.818 222.22 2 307.6 92 400 1/C (mol-1) 2.463 4.386 6.896 9.523 17.39 1 40 On obtient alors, une droite qui ne passe pas par l’origine de pente 7.822= 1/b.a. ; et l’ordonnée à l’origine 1/a =72 ,d’où a = 0. 01 l/mol . Et b=12.784 VÉRIFICATION DE LA THÉORIE DE FREUNDLICH : X /M = K . Cn Après introduction des Ln : Ln (X /M ) = Ln K + n . Ln C ; On trace alors : Ln(X /M ) = f ( LnC) . -Ln (X /M ) (mole/g) 4.66 4.93 5.20 5.40 5.72 5.99 -Ln C (mole) 0.901 1,48 1.931 2,253 2,864 3,688 La pente n =0.477, L’ordonnée à l ‘origine : Log K =-4.13  K = 0.016 mol/g Apres avoir obtenu la forme lineaire pour chercher le modèle le plus adéquant on doit vérifier les trois (3) conditions suivantes : 1ére condition : On doit calculer (X/M)L et (X/M)F : A-EQUATION DE FREUNDLICH : On utilisant les résultats de la présentation graphique on trace (X/M)=f(C) X/M=K*Cn avec : K=0.016 t n=0.4777 X/M=(0.016)*C0.477 X/M (mole/g) 0.01040 0.00790 0.00636 0.00546 0.00409 0.00275 C (M) 0.406 0.228 0.145 0.105 0.0575 0.025 B-EQUATION DE LANGMUIR : On utilisant les résultats de la présentation graphique on trace (X/M)=f(C) X/M=a*b*Ce/ (1+b*Ce) avec : a=0.01 et b=12.784 X/M=0.01*12.784*Ce /(1+12.784*C) X/M (mole/g) 0.00832 0.00739 0.00645 0.00569 0.00420 0.0024 C (M) 0.406 0.228 0.145 0.105 0.0575 0.025 Alors : 1ére condition : approximation par rapport au graphe X/M=f(Ce) Interpretation du graphe : Le graphe nous represente 3 courbes croissantes, une qui represente l’isotherme d’adsoprion en fonction de la concentration d’equilibre et les deux autres representent l’isotherme d’adsorption en utilisant l’equation de Frendlich et Langmuir en fonction de Ce. D’après les deux graphes on remarque que la courbe de Langmuir est plus proche que la courbe de Freundlich ; donc ce model est plus adéquat. D’où le model de Langumir a pour objectif de decrire de façon simple la formation d’une monocouche d’un absorbat. 2éme condition: On calcule le coefficient de correlation : 1/Langmuir : On a : R2= (S0.S3-S1.S2)2 / (S0.S4-S1.S1)(S0.S5-S2.S2) Sachant que : Xi=Ce Yi=(X/M)L Avec : S0=n=6 S1= ∑xi= ∑Ce=0.966 S2= ∑yi= ∑(X/M)L=0.034 S3= ∑xiyi= ∑Ce.(X/M)L=0.00687 S4= ∑xi2= ∑Ce2=0.250 S5= ∑yi2= ∑(X/M)2 L=0.000218 Xi.Yi=Ce*(X/ M)L 0.00337 0.00168 0.00093 0.00059 0.00024 0.00006 Xi2=Ce2 0.164 0.051 0.021 0.011 0.003 0.0006 Yi2=(X/M)2 L 0.00006 9 0.00005 4 0.00004 1 0.00003 2 0.00001 7 0.000005 7 On Calcule R2 : R2= (S0.S3-S1.S2)2 / (S0.S4-S1.S1)(S0.S5-S2.S2) R2= (6*0.00687-0.966*0.034)/(6*0.25-0.966*0.966)(6*0.000218-0.034*0.034) R2=0.814 < 0.97 2/FREUNDLICH : On a : R2= (S0.S3-S1.S2)2 / (S0.S4-S1.S1)(S0.S5-S2.S2) Sachant que : Xi=Ce Yi=(X/M)F Avec : S0=n=6 S1= ∑xi= ∑Ce=0.966 S2= ∑yi= ∑(X/M)F=0.0369 S3= ∑xiyi= ∑Ce.(X/M)F=0.0078 S4= ∑xi2= ∑Ce2=0.250 S5= ∑yi2= ∑(X/M)2 F=0.000336 Xi.Yi=Ce*(X/ uploads/Litterature/ tp-psc-final1.pdf