Advanced Inorganic Chemistry: adsorption, interfaces, heterogeneous catalysis [SCHIM103]

Acquis d'apprentissage

Ce cours décrit la chimie de surface et la chimie colloïdale ainsi que les interactions liquide-liquide, liquide-solide et gaz-solide. Les concepts théoriques seront utilisés pour la compréhension de la cinétique et des mécanismes de réaction de la catalyse hétérogène

Au terme de son apprentissage, l’étudiant(e) sera en mesure de:

Pour la partie 1.

• Etablir la relation entre la tension surfaciale et autres variables thermodynamiques
• Analyser la variation la tension surfaciale avec la temperature
• Comprendre la pression additionnelle des surfaces courbées et l’effet capillaire et la pression de vapeur sur une surface courbée
• Comprendre la nature moléculaire de la région interfaciale entre différentes phases
• Etablir les différentes équations: Tension interfaciale et sa variation avec la concentration, équation d’adsorption de Gibbs
• Comprendre la pression interne et sa relation avec la tension surfaciale
• Comprendre la nature de l’adsorption (physique et chimique)
• Analyser la variation de l’énergie au cours d’une adsorption et Energie d’activation
• Déterminer la vitesse d’adsorption
• Comprendre la physico-chimie des surfactants: classification, caractéristiques et mise en solution d’un surfactant

Pour la partie 2.

• Décrire les caractéristiques d’un catalyseur hétérogène
• Comprendre la cinétique chimique d’une réaction qui a lieu à la surface d’un catalyseur hétérogène
• Décrire les principales équations cinétiques
• Analyser les étapes d’adsorption à la surface
• Analyser et comparer l’activité d’un catalyseur (de manière qualitative et quantitative)
• Comprendre les principes ainsi que les mécanismes de stabilisation des différents systèmes colloïdales

Objectifs

Ce cours décrit la chimie de surface et la chimie colloïdale ainsi que les interactions liquide-liquide, liquide-solide et gaz-solide. Les concepts théoriques seront utilisés pour la compréhension de la nature moléculaire de la région interfaciale, des phénomènes et de la cinétique et des mécanismes de l’adsorption sur des surfaces des solides et de réaction de la catalyse hétérogène. Le cours a surtout pour objectif de susciter la réflexion des étudiants. L'introduction d'une nouvelle notion ou d'une nouvelle théorie débute souvent par la présentation d'un problème, d'un phénomène rencontré ou d'une observation dans la nature ou dans le quotidien.

Contenu

Voir la table de matières

Table des matières

1. Introduction

2. Surface et interface

3. Nature moléculaire de la région interfaciale

4. Interfaces liquide-liquide et liquide-solide

5. Adsorption sur des surfaces des solides

6. Physico-chimie des surfactants

7. Catalyse hétérogène

• Catalyseurs hétérogènes les plus importants
• Mécanisme et cinétique
• Évaluation de l’activité d’un catalyseur hétérogène

8. Chimie colloïdale

• Les systèmes colloïdaux et leur stabilité
• Emulsions
• Mousses
• Aérosol

Description des exercices

4 fois 7,5 heures de TP centrés sur l'application des connaissances du cours et surtout sur les réflexions issues du cours théorique dans la synthèse des matériaux solides comme les matériaux hybrides, opales inverses, MOFs, hybrides photosynthétiques, nanoparticules et organes artificiels. Durant ces TP les étudiants seront initiés à une technologie très importante : l'encapsulation des cellules. Ils seront ainsi initiés à plusieurs applications concertants la catalyse hétérogène et la chimie verte. Ces matières, d'une grande importance dans l'industrie seront appliquées, en photocatalyse, catalyse, pour l'amélioration de l'environnement et la thérapie cellulaire. Via ces TP, les étudiants vont comprendre comment les notions théoriques se transforment en procédés industriels.