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

Exercices

4 fois 6 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.

Méthodes d'enseignement

Le cours est donné sous forme d'un exposé magistral s'appuyant sur un "powerpoint" (disponible en format pdf à l'avance sur terranostra)

 

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Méthode d'évaluation

L'unité d'enseignement SCHIM103 étant composé de deux parties (partie 1: chapitres de 1 à 6; partie 2: chapitres de 7 à 8) l'évaluation se fera sur chacune de ces deux parties le même jour. Il s’agit d’un examen écrit d’une durée maximale de 3h basé sur des questions ouvertes et de problèmes de réflexion.  Pour valider les crédits de l'unité d'enseignement l'étudiant(e) doit obtenir une note moyenne pondérée d'au moins 10/20. Chaque partie comptera à raison de 50% à la note finale. Pour valider les crédits associés à l'unité d'enseignement, il sera nécessaire de réussir chacune des parties. En cas de deuxième session, l'examen portera sur l'ensemble du contenu de l'Unité d'enseignement donc sur les deux parties. En cas d'échec dans une des parties, une cote d'exclusion apparaîtra sur le relevé de notes de l'étudiant(e). 

Les activités de laboratoire (TP) sont obligatoires et une participation active sera évaluée. 

Les modalités d'évaluation pourront être modifiées si la situation sanitaire (covid-19) l'exige.

En cas d’adaptation des modalités d’évaluation e/o d’enseignement les étudiants seront informés à l'avance via WebCampus

Sources, références et supports éventuels

Surface and Colloïd Chemistry, K. S. Birdi, CSC Press,

Principales of Adsorption and Reaction On Solid Surfaces, Richard I. Masel, Wiley,

Principales of Colloïds and Surface Chemistry, Paul C. Hiemenz, Raj Rajagopalan, Marcel Dekker, Inc

Surfactants and Interfacial Phenomena, Milton J. Rosen , J. Wieley,

Surfactants, and Polymer in Aqueous Solution, Jönsson, Lindman, Holmberg, Kronberg, Wiley

The colloïdal Domain, D. Fennell Evans, Hakan Wennerströns, Wiley-VCH

La juste Argile, M. Daoud, C. Williams, Les Edition de Physique,

Hetergeneous Catalysis, J. M. Thomas and W. J. Thomas Wiley-VCH,

Chimie des Surfaces Catalyse, Gabor A. Somorgai, Ediscience

Langue d'instruction