Synthèse bibliographique
Adsorption et biosorption
19
Ш .2.5 - Thermodynamique d’adsorption (Aspect énergétique)
Les propriétés thermodynamiques d’un système sont des propriétés macroscopiques
représentant des moyennes statistiques correspondant à un grand nombre de molécules.
L’énergie d’une molécule de soluté varie quand elle se rapproche de la surface et elle atteint
un minimum à une certaine distance de la surface près d’un site d’adsorption. Ce minimum
est appelé un puits d’énergie potentielle, caractérisé par l’énergie libre de Gibbs (∆G
0
):
∆H
0
(kJ/mol) correspond à l’enthalpie et ∆S
0
(J/mol/K) à l’entropie de la réaction.
Par ailleurs, les molécules adsorbées ont moins de degrés de liberté par rapport aux
molécules dans la phase liquide et l’entropie ǼS° du système diminue.
Ainsi, en s’aidant de la modélisation des isothermes d’adsorption, le calcul de ces
paramètres est rendu possible. En effet, Langmuir a établi une relation entre la constante K d ,
et les grandeurs thermodynamiques:
R : Constante des gaz parfaits [8,314 kJ/(mol K)] et T la température en °Kelvin.
K d : Coefficient de distribution, peut être calculé par l’équation (8) :
Q e représente la quantité adsorbée par masse d’adsorbant (mg/g) et C e la concentration
résiduelle du soluté à l’équilibre (mg/l). Les valeurs de ΔH
o et ΔS
0
peuvent être calculées
respectivement à partir de la pente et de l’intersection de la droite ln (K d ) = f (1/t).
D’une façon générale, l’enthalpie de la chimisorption est beaucoup plus importante que
celle de la physisorption (200 kJ/mol et 20 kJ/mol respectivement). A l’exception de quelques
cas, la chimisorption est exothermique. Si la valeur de l’enthalpie est plus petite que -25
kJ/mole, c’est une physisorption alors que si elle est plus petite que -40 kJ/mole, c’est une
chimisorption
14
(Tab 9).
Tableau 9 : Les énergies de liaison des différents mécanismes d’adsorption.
Source : Atkins, 1994 in Keleşoğlu, 2007.
14 Atkins, 1994 in Keleşoğlu, 2007.
∆G
0
(kJ/mol)= ∆H
0
- T∆S
0 ……………. (5)
∆G
0
= - RT ln (K d )……………….. (6)
ln (K d ) = (∆S
0
/R) - (∆H
0
/RT)……….. (7)
K d = Q e /C e ……………………… (8)
Interaction adsorbentadsorbat
Enthalpie (KJ/mol)
Type d’adsorption
- ΔH
+ ΔH
Liaison électrostatique
> 40
> 200
Chimisorption
Interactions de dispersion et
liaisons hydrogènes
8 - 40
-
Physisorption
Interaction dipôle-dipôle
< 8
< 20
Physisorption
Adsorption et biosorption
19
Ш .2.5 - Thermodynamique d’adsorption (Aspect énergétique)
Les propriétés thermodynamiques d’un système sont des propriétés macroscopiques
représentant des moyennes statistiques correspondant à un grand nombre de molécules.
L’énergie d’une molécule de soluté varie quand elle se rapproche de la surface et elle atteint
un minimum à une certaine distance de la surface près d’un site d’adsorption. Ce minimum
est appelé un puits d’énergie potentielle, caractérisé par l’énergie libre de Gibbs (∆G
0
):
∆H
0
(kJ/mol) correspond à l’enthalpie et ∆S
0
(J/mol/K) à l’entropie de la réaction.
Par ailleurs, les molécules adsorbées ont moins de degrés de liberté par rapport aux
molécules dans la phase liquide et l’entropie ǼS° du système diminue.
Ainsi, en s’aidant de la modélisation des isothermes d’adsorption, le calcul de ces
paramètres est rendu possible. En effet, Langmuir a établi une relation entre la constante K d ,
et les grandeurs thermodynamiques:
R : Constante des gaz parfaits [8,314 kJ/(mol K)] et T la température en °Kelvin.
K d : Coefficient de distribution, peut être calculé par l’équation (8) :
Q e représente la quantité adsorbée par masse d’adsorbant (mg/g) et C e la concentration
résiduelle du soluté à l’équilibre (mg/l). Les valeurs de ΔH
o et ΔS
0
peuvent être calculées
respectivement à partir de la pente et de l’intersection de la droite ln (K d ) = f (1/t).
D’une façon générale, l’enthalpie de la chimisorption est beaucoup plus importante que
celle de la physisorption (200 kJ/mol et 20 kJ/mol respectivement). A l’exception de quelques
cas, la chimisorption est exothermique. Si la valeur de l’enthalpie est plus petite que -25
kJ/mole, c’est une physisorption alors que si elle est plus petite que -40 kJ/mole, c’est une
chimisorption
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(Tab 9).
Tableau 9 : Les énergies de liaison des différents mécanismes d’adsorption.
Source : Atkins, 1994 in Keleşoğlu, 2007.
14 Atkins, 1994 in Keleşoğlu, 2007.
∆G
0
(kJ/mol)= ∆H
0
- T∆S
0 ……………. (5)
∆G
0
= - RT ln (K d )……………….. (6)
ln (K d ) = (∆S
0
/R) - (∆H
0
/RT)……….. (7)
K d = Q e /C e ……………………… (8)
Interaction adsorbentadsorbat
Enthalpie (KJ/mol)
Type d’adsorption
- ΔH
+ ΔH
Liaison électrostatique
> 40
> 200
Chimisorption
Interactions de dispersion et
liaisons hydrogènes
8 - 40
-
Physisorption
Interaction dipôle-dipôle
< 8
< 20
Physisorption