Cours de Chimie Inorganique, Cours 6 PDF

II. Les oxydes d’éléments 3.1.2. Oxydes de soufre (SOx) a. Origine Les oxydes de soufre proviennent de plusieurs sources: Naturelle (20%): -éruptions volcaniques, Artificielle (due aux activités humaines) -combustion des combustibles fossiles engendre la production...

II. Les oxydes d’éléments 3.1.2. Oxydes de soufre (SOx) a. Origine Les oxydes de soufre proviennent de plusieurs sources: Naturelle (20%): -éruptions volcaniques, Artificielle (due aux activités humaines) -combustion des combustibles fossiles engendre la production de 55% des dioxydes de soufre présents dans l'atmosphère; -industrie chimique : 25% des oxydes de soufre présents dans l'atmosphère sont produits de cette façon. 1 II. Les oxydes d’éléments 3.1.2. Oxydes de soufre (SOx) b. conséquences participe à la Impacts sur la Impacts sur la santé formation de faune et la flore humaine pluies acides Méthodes de contrôle des émissions de SOx Réaction des oxydes acides avec des oxydes ou hydroxydes basiques bon marché : Ca(OH)2 +SO2 + 1/2 O2 -> CaSO4 +H2O Mg(OH)2 préféré à Ca(OH)2 car insoluble dans l’eau 2 II. Les oxydes d’éléments Les oxydes complexes 3 II. Les oxydes d’éléments 4. Les silicates La classe des silicates contient près de 900 espèces Avec la silice, les minéraux de cette classe constituent près de 95% en poids de la croûte terrestre 4 II. Les oxydes d’éléments 4.1.Classification des minéraux silicates Sommets partagés famille 0 nésosilicates 1 sorosilicates 2 inosilicates cyclosilicates 3 phyllosilicates 4 tectosilicates 5 II. Les oxydes d’éléments 4.2. Phyllosilicates et argiles argiles : roches composées de minéraux argileux (phyllosilicates) Nombreux gisements Coût relativement faible Intérêt majeur dans de nombreux domaines Diversité de structure des phyllosilicates : agencement de couches tétraédriques et de couches octaédriques tétraèdre Couche tétraédrique octaèdre Couche octaédrique Oxygène silicium Oxygène, groupement hydroxyle, magnésium, aluminium,…. fluor 6 II. Les oxydes d’éléments 4.2. Phyllosilicates et argiles Phyllosicates : plusieurs types T:O ou 1:1 T:O:T ou 2:1 T:O:T:O ou 2:1:1 Ex: kaolinite Ex: montmorillonite, talc Ex: chlorite palygorskite sépiolite 7 II. Les oxydes d’éléments 4.2. Phyllosilicates et argiles a. phyllosilicates 2:1 Pas de propriété de gonflement Si4+ a b c Electroneutralité de la charpente Mg2+ Ex : talc, pyrophyllite Propriétés de gonflement : smectites c a b Si4+, Al3 +, … Charge négative du feuillet c a b Al3+ , Mg2+, Li+ , … Déficit de charges Cations de compensation Na+, Ca2+,.. 8 II. Les oxydes d’éléments 4.2. Phyllosilicates et argiles a. phyllosilicates 2:1 Montmorillonite MxSi8(Al4-xMgX)O20(OH)4 Beidellite My(Si8-yAly)( Al4)O20(OH)4 Smectites 0.2–0.6 Hectorite MxSi8(Al6-xLiX)O20(OH)4 Saponite My(Si8-yAly)( Mg6)O20(OH)4 M: cation de compensation, x: taux de substitution tétraédrique, y: taux de substitution octaédrique Talc Si8Mg6O20(OH)4 II. Les oxydes d’éléments 4.2. Phyllosilicates et argiles a. phyllosilicates 2:1 Smectites naturelles Composition chimique variable d’un gisement à un autre Présence d’hétéroéléments dans la charpente, de phases annexes, de contaminants Peuvent être colorées Intérêts des smectites synthétiques Contrôle de la composition chimique Homoioniques Facteur de forme variable II. Les oxydes d’éléments 4.2. Phyllosilicates et argiles a. phyllosilicates 2:1 Synthèse en milieu acide et fluoré Exemple : montmorillonite Na0,4(Al1,6Mg0,4)Si4O10(OH, F)2 Etape 1 : Préparation d’un hydrogel Etape 2 : agitation à TA durant 2h Sources de Na, Al, Si, F +H2O Etape 3 : cristallisation à 200 C Etape 4 : filtration, lavage, durant 2h séchage, broyage PTFE autoclave II. Les oxydes d’éléments 4.2. Phyllosilicates et argiles b.fonctionnalisation Composition molaire du mélange réactionnel permettant de synthétiser une beidellite de formule : Na0,6(Al2) (Si3,4Al0,6) O10(OH1,5, F0,5) Partant de la formule, Pour 3,4 Si il y a 2, 6 Al donc pour 1Si il y 0,764 Al et donc pour 1SiO2 il y aura 0,382 Al2O3 et donc pour 1SiO2 il y aura 0,088 Na2O 1SiO2 : 0,382 Al2O3 : 0,088 Na2O : 01 HF : 48 H2O Partant de 5g de SiO2 pur à 99, 5% en masse, déterminer la quantité de NaF à ajouter ( pureté de 98,5% en masse), d’Al2O3 ( pureté de 77,8 % en masse), d’HF à 5% en masse dans l’eau et d’eau à ajouter pour former le mélange réactionnel  Synthèse de beidellite de formule : Na0,6(Al2) (Si3,4Al0,6) O10(OH1,5 F0,5) 1SiO2 : 0,382 Al2O3 : 0,088 Na2O : 0,1 HF : 48 H2O Masse molaire de SiO2 : 60 g.mol-1 Masse molaire de NaF : 42 g.mol-1 Masse molaire de Al2O3 : 102 g.mol-1 Masse molaire de HF : 20 g.mol-1 Partant de 5g de SiO2 soient 5/60 mole de SiO2 il faudra donc (5/60) x 0,382 mole d ’Al2O3 La source d’aluminium comporte 77, 8% en masse d ’Al2O3 dans 100 g il y a donc 77,8/102 mole d’Al2O3 soit 0,763 mole d’Al2O3 Il faut donc (5/60) x 0,382 moles d ’Al2O3 ( ce qui fait 0,0318 moles) et donc : 0,0318x100/0,763 g d’Al2O3 ce qui fait 4,167g d’Al2O3  Synthèse de beidellite de formule : Na0,6(Al2) (Si3,4Al0,6) O10(OH1,5 F0,5) 1SiO2 : 0,382 Al2O3 : 0,088 Na2O : 0,1 HF : 48 H2O Masse molaire de SiO2 : 60 g.mol-1 Masse molaire de NaF : 42 g.mol-1 Masse molaire de Al2O3 : 102 g.mol-1 Masse molaire de HF : 20 g.mol-1 La source de sodium est NaF, il faut 0,088 mole de Na2O pour 1 mole de SiO2 et donc 0,176 mole de NaF Partant de 5g de SiO2 soient 5/60 mole de SiO2 il faudra donc (5/60) x 0,176 mole de NaF soit 0,0147 mole de NaF Dans 100g de source de NaF il y a 98,5% de NaF soient 98/42 moles ( 2,33 moles) Il faut donc 0,0147x100/2,33 g de NaF ce qui fait 0,63g de NaF  Synthèse de beidellite de formule : Na0,6(Al2) (Si3,4Al0,6) O10(OH1,5 F0,5) 1SiO2 : 0,382 Al2O3 : 0,088 Na2O : 0,1 HF : 48 H2O Masse molaire de SiO2 : 60 g.mol-1 Masse molaire de NaF : 42 g.mol-1 Masse molaire de Al2O3 : 102 g.mol-1 Masse molaire de HF : 20 g.mol-1 il faut 0,1 mole de HF pour 1 mole de SiO2 et donc 0,1x5/60 mole de HF pour 5/60 mole de SiO2 soit 0,0083 mole Dans 100 g de solution d’HF à 5% en masse il y a 5/20 mole d’HF soit 0,25 mole Il faut donc 0,0083x100/0,25 g de NaF ce qui fait 3,33 g d’HF à 5% en solution  Synthèse de beidellite de formule : Na0,6(Al2) (Si3,4Al0,6) O10(OH1,5 F0,5) 1SiO2 : 0,382 Al2O3 : 0,088 Na2O : 0,1 HF : 48 H2O Masse molaire de SiO2 : 60 g.mol-1 Masse molaire de NaF : 42 g.mol-1 Masse molaire de Al2O3 : 102 g.mol-1 Masse molaire de HF : 20 g.mol-1 il faut 48 mole de H2O pour 1 mole de SiO2 et donc 48x5/60 mole de H2O pour 5/60 mole de SiO2 soit 4 moles et donc 4x18g d’eau ce qui fait 72g d’eau II. Les oxydes d’éléments 4.2. Phyllosilicates et argiles a. phyllosilicates 2:1 Milieu acide et fluoré, 220°C, 1-8 jours Beidellite Mx(Si4-xAlx)( Al2)O10(OH,F)2 M= Li, Na, NH4 0,2