Adsorption

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Illustration de deux phénomènes de sorption : absorption et adsorption.

En chimie, l’adsorption, à ne pas confondre avec l’absorption, est un phénomène de surface par lequel des atomes ou des molécules de gaz ou de liquides (adsorbats) se fixent sur une surface solide (adsorbant) selon divers processus plus ou moins intenses comme les interactions de Van der Waals ou les interactions dipolaires. Un atome adsorbé est un adatome. Ce phénomène a une très grande importance dans l’évolution de nombreuses réactions chimiques. En mécanique industrielle, il joue un rôle fondamental dans les processus de lubrification et les procédés de brasage.

Le phénomène inverse, par lequel les molécules adsorbées sur une surface s’en détachent, notamment sous l’action de l’élévation de la température, ou de la baisse de pression, se nomme la désorption.

Grâce à leur structure cristalline en feuillets, les argiles et les zéolites sont de bons adsorbants naturels. Le charbon actif est un excellent adsorbant : sa capacité d’adsorption des molécules organiques et des gaz est remarquable, d’où son utilisation dans les masques de protection, dans l’antidote universel des Égyptiens ou dans des médicaments contre la dyspepsie.

Types

Selon la nature des interactions qui retiennent l'adsorbat sur la surface de l'adsorbant, l'adsorption peut être classée en deux familles :

l’adsorption physique ou physisorption met en jeu des liaisons faibles, du type forces de van der Waals, analogues à celles qui sont impliquées lors d’une liquéfaction. Elle se produit bien avant que le gaz n’atteigne une pression égale à sa pression de vapeur saturante, à des températures assez basses et voisines du point d’ébullition de la phase adsorbée. Elle est en général réversible et on peut la comparer au dépôt de buée sur une paroi froide. L’équilibre est obtenu lorsque les vitesses d’évaporation et de condensation sont égales. L’adsorption physique est donc favorisée par une baisse de la température ;

dans d’autres cas, l’adsorption met en jeu des énergies de liaison importantes. On parle alors d’adsorption chimique ou chimisorption. L’adsorption chimique s’accompagne d’une profonde modification de la répartition des charges électroniques des molécules adsorbées, les forces mises en jeu sont du même type que celles qui sont impliquées lors de la formation des liaisons chimiques. Elle est souvent irréversible (ou difficilement réversible) et engendre une couche monomoléculaire.

Problèmes posés par l'adsorption et solutions

L’adsorption peut aussi être une propriété indésirable, un composé à faible concentration pouvant être complètement adsorbé sur les parois du récipient, de telle sorte qu’aux hautes dilutions, on ne retrouve plus trace de l’analyte. Ainsi, afin d’obtenir des résultats justes, les analystes utilisent des matériaux aussi inertes que possible, comme le polytétrafluoroéthylène (PTFE) (connu sous divers noms commerciaux comme Teflon®) ou traitent préalablement les récipients, par exemple par silanisation du verre (inactivation de la silice avec du diméthyldichlorosilane).

Applications

Parmi les applications pratiques faisant appel à l’adsorption, on peut citer :

l'adsorption par inversion de pression, un procédé de séparation et purification des gaz ;
la catalyse hétérogène : le phénomène d’adsorption constitue la première étape des réactions nécessitant l’emploi d’un catalyseur solide. Ce phénomène peut alors jouer un rôle prédominant dans la cinétique de la réaction chimique ;
la séparation des solutés dans des liquides ;
la chromatographie ;
la mesure de l'aire des solides poreux et des poudres ;
la stabilisation des colloïdes ;
l’adhésion.

Bibliographie

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Notes et références

Voir aussi

Liens externes

Le charbon actif (activé) et l’adsorption

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