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CHAPITRE 3. NOTIONS FONDAMENTALES SUR LA SPECTROSCOPIEINFRAROUGE ET LE PHENOMENE D’ADSORPTIONtous équidistants. D’autre part, les spectres IR des molécules diatomiques contiennent en plusde la bande associée à la transition ∆n = 1-0 (appelée bande fondamentale), qui est la seulebande qu’un spectre IR doit contenir si on considère l’approximation harmonique, d’autresbandes d’intensité beaucoup plus faibles appelées overtone. Les fréquences de ces bandessont à peu près deux, trois ou quatre fois plus élevée que celle de la bande fondamentale. Ellessont du aux transitions ∆n =2,3,4…Afin d’améliorer le traitement du phénomène de vibration, des termes supplémentaires serontajoutés au potentiel harmonique correspondant au terme cubique et/ou quartique dudéveloppement de Taylor (Équation 23). Ces termes sont connus sous le nom de termesanharmoniques et le modèle correspondant est l’oscillateur anharmonique.Cependant, comme on est généralement limité dans nos études aux régions de la surfaced’énergie potentielle proche du minimum, l’approximation harmonique reste valable dans laplupart des cas.II. QUELQUES NOTIONS SUR LE PHENOMENED’ADSORPTIONLe phénomène d’adsorption fut découvert pour la première fois en 1711 par Fanta etScheele 6 . Il s’agit d’un phénomène tout à fait général qui se produit chaque fois qu’un fluide(gaz ou liquide) (espèce adsorbable ou tout simplement adsorbat) est en contact avec unsolide (adsorbant): le fluide se fixe à la surface du solide sous l’effet des interactions entre lesdeux espèces. En fonction de la nature et de la force de ces intensités, on distingue deux typesd’adsorption: l’adsorption physique ou physisorption, qui implique des interactions faibles,essentiellement de type Van-der-Waals, et l’adsorption chimique ou chimisorption, quiconduit à la formation ou la rupture des liaisons chimiques entre les molécules adsorbées et lasurface du solide. Le Tableau 1 ci-dessous regroupe les propriétés caractéristiques de chaquetype d’adsorption. 794
CHAPITRE 3. NOTIONS FONDAMENTALES SUR LA SPECTROSCOPIEINFRAROUGE ET LE PHENOMENE D’ADSORPTIONAdsorption physique (Physisorption)Pas de transfert d’électrons entre l’adsorbatet le solideChaleur d’adsorption faible (de 1 à 1.5 fois lachaleur latente de vaporisation)Non spécifiqueRapide, non activée, et réversibleMonocouche ou multicouchePas de dissociation des espèces adsorbéesAdsorption chimique (Chimisorption)Transfert d’électron conduisant à laformation des liaisons entre l’adsorbat et lesolideChaleur d’adsorption élevée (supérieure à 2fois la chaleur latente de vaporisation)Très spécifiquePeut être lente, activée, et irréversibleMonocouche uniquementPeut impliquer des dissociationsSignificative à température relativement Possible sur un large domaine de températurebasseTableau 1. Comparaison entre les deux types d’adsorption physique et chimique.Dans les procédés de séparation et de stockage de gaz, mettant en jeu des zéolithes échangéesaux cations alcalins ou alcalino-terreux, c’est la physisorption qui est mise en jeu. Nous nousintéressons dans ce chapitre à ce type d’adsorption.II.1. Etude thermodynamique de la physisorptionUn système dans lequel un phénomène de physisorption est mis en jeu est constitué detrois constituants (l’adsorbant, l’espèce adsorbable et l’adsorbat), et de deux phases (celleconstituée par l’espèce adsorbable, et celle constituée par l’adsorbant + adsorbat). Al’équilibre thermodynamique, l’espèce adsorbable sera équivalente à l’adsorbat. Le nombre dedegré de liberté (V) du système, calculée selon l’Équation 32 8 ci-dessous, sera donc égal à 2.V n 2Équation 32où n est le nombre des constituants du système, et est le nombre de phase.Le système est donc bivariant, ce qui signifie que son état d’équilibre thermodynamique peutêtre contrôlé par deux parmi les trois variables intensives d’équilibre que sont la pression (P),la température (T), et la quantité de matière adsorbée (n).L’étude thermodynamique de l’équilibre adsorbat/adsorbant peut donc être réalisée à partirdes courbes :- D’isothermes, représentant la quantité de matière adsorbée n, en fonction de la pression P, àtempérature T constante (n = f(P) T ).95
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