Modèle de complexation de surface

Les oxydes possèdent des groupes OH de surface sur lesquels peuvent se complexer les ions métalliques (Breeuwsma et Lyklema, 1973, Huang et Stumm, 1973; Dzombak et Morel, 1990). De même les particules organiques présentent différents types de groupes fonctionnels complexants à leurs surface (Sigg, 1987; Young et Harvey, 1992). Chapitre 4 page82 Modélisation et interprétation Modélisation et interprétation Le modèle est basé sur une extension de la chimie de coordination pour la description de l’interaction des ions métalliques avec les sites réactifs de surface présents à l’interface solide/eau (Bourg, 1986). Dans cette approche les ions adsorbes sont considérés réagir chimiquement avec les groupes de surface après avoir vaincu le champ électrique à l’interface. Cette approche est distincte du modèle de Stem qui associe l’adsorption à des effets électriques engendrés par la charge de surface des particules (Davis et Kent, 1990). La réaction de l’ion métallique avec le groupe de surface est analogue à la formation de complexes dissous et est décrite par une loi d’action de masse bien que leurs constantes de complexation ne soient pas intrinsèques et sont donc conditionnelles. Ce qui distingue les réactions de surface des réactions de solutés est l’énergie d’interaction électrostatique variable engendrée par la charge variable des surfaces (Davis et Kent, 1990). Ces effets électrostatiques doivent être pris en compte en appliquant un facteur de correction coulombique, dérivant par exemple de la théorie de double couche électrique pour les constantes d’équilibre des réactions de complexation de surface (Dzombak et Morel. 1990) La réaction d’un metal M avec un site de surface particulate S est représentée par:1 A f * *S-0 – «S-aA/* »-‘* (4.1) Dans la suite de ce rapport et pour alléger les équations nous notons -S-O sera noté S et =S-0-M’* »- sera note M-S.

Le modèle de calcul utilisé distingue entre métal lié à la phase particulate, ions métalliques libres, complexes inorganiques et métal lié à la phase colloïdale ou liés à d’autres Hgands dissous. Ce modèle permet de décrire la compétition des îigands dissous et des ligands de surface des particules pour la complexation des métaux en solution. La sorption des métaux sur les particules est décrite par le modèle de complexation de surface. L’adsorption des métaux sur les colloïdes et leurs complexation par les autres ligands organiques sont aussi décrite par un concept semblable au modèle de complexation de surface, avec seule différence qui consiste à considérer que le nombre molaire de ligands inconnus et colloïdes totaux est en mol.

Modèle d’échange d’ions à l’interface solide/liquide

L’échange d’ion binaire idéal, tel que réchange du césium avec le potassium à la surface Chapitre 4 page86 Modélisation et interprétation d’un aluminosilicate est un cas très simple. Pour qu’un tel système soit idéal, la concentration de l’un des cations échangés (l’élément trace) doit être suffisamment faible pour ne pas influencer la concentration du cation majeur adsorbe. Ainsi le nombre de sites de surface disponibles à la surface du solide dépend uniquement de la sorption de l’élément majeur à la surface du même solide. La réaction d’échange de cations dans ce cas peut s’écrire: M** • NS ~ N^ + MS (4.11) où M : est le métal trace N : est l’élément majeur S : est le site particulate n : est la valence des cations Cette relation peut aussi s’étendre pour les colloïdes: M 1 * * N-L ~ N* • M-L (4.12) où L: est le site colloïdal En supposant que la sorption de M et N à la surface des particules et colloïdes ne modifie pas l’activité ionique de leurs supports et dans le cas de réactions à l’équilibre, les concentrations en cations adsorbes peuvent être calculées par l’utilisation du modèle de complexation de surface détaillé dans la section 3.1.1: [ MS ] – Ksu , Ni . (Ml [ ML ] . E3U. L . (A/**)  » (4 13) [ NS] – K*H. Ni . (JV »*) K J [N-L] – nN . L . (AT »1 En supposant que M et N sont les seuls cations qui se fixent aux sites spécifiques S et qui se complexent aux colloïdes L, les concentrations en sites des particules totaux NSQ et en colloïdes spécifiques L0 sont obtenues par: Chapitre 4 page87 Modélisation et interprétation Ä 0 – N* .IMS}.[NS] L0 – L * [ M-L ]*[N-L] C4 – 14) soit, JV*0 – Mr . ( 1 * KMU . (A O .KM,, . (* »*) ) L0 – L . ( 1 • KiM . 0 O *K1H . (AT1 *) ) (415 ) Comme l’activité de l’élément trace (M » » ») est très faible par rapport à celle de l’élément majeur (N »+ )\ nous négligeons (KsM.(M1,+)) et (K1M.(M »+ )) respectivement par rapport à (KsN.(Nn+)) et (K1N.(N »+ )). Cette dernière simplification n’est valable que si les rapports des constantes de complexation de surface apparentes de l’élément majeur et de l’élément trace ne sont pas très grandes par rapport à 1.