Réaction de sulfate de zinc et la thioacétamide

Phases liquides

Eau L’eau (H2O) utilisée provient d’un appareillage millipore qui lui confère une qualité ultrapure (résistivité > 18 MΩ/cm). Cette eau est traitée par plusieurs processus : filtration sur charbon actif, osmose inverse, ultrafiltration (dpores<0,2 µm) et résine échangeuse d’ions. Tous ces processus sont regroupés sous une seule unité appelé « appareil de distillation » de marque Milli-Q. Acide nitrique L’acide nitrique (HNO3) est un acide fort qui nous servira à ajuster le pH du milieu réactionnel ainsi qu’à décomposer la thioacétamide. Celui-ci provient d’une solution mère concentrée à 14,55 mol/L, de titre massique 65 % et de masse volumique 1410 kg/m3 . Ce produit est commercialisé par la société Merck. Acide sulfurique L’acide sulfurique (H2SO4) est un acide fort utilisé pour étudier l’effet des ions SO2− 4 sur le pH du milieu réactionnel. Ce dernier a une masse volumique de 1840 kg/m3 et un titre massique de 96 %. Ce produit est commercialisé par la société Merck. Ethanol 99° L’éthanol (C2H5OH) 99° est utilisé comme agent de nettoyage des échantillons prélevés : dispersion des cristaux, élimination de l’odeur (H2S) et des molécules restantes en thioacétamide. Il est commercialisé par la société Normapur. Acide chlorhydrique A la fin de la précipitation, l’acide chlorhydrique (HCl) est utilisé comme produit de nettoyage de l’ensemble du matériel. L’enlèvement et la dissolution du précipité ZnS collé sur le matériel (capteurs, parois, agitateurs …) se font à concentration relativement importante (entre 2 et 13 mol/L). Il est distribué par la société Merck.

Phases solides

Sulfate de zinc 

Le sulfate de zinc (ZnSO4.7H2O) est utilisé comme un réactif, celui-ci a pour objectif d’apporter des ions zinc en solution. Il provient de la société Sigma, et présente une masse molaire de 287,54 g/mol avec une pureté de 99 %. 

Thioacétamide La thioacétamide (CH3CSNH2) est une molécule qui se décompose sous l’effet de la température, et dégage de H2S, source d’ion sulfure. La thioacétamide est une substance cancérigène, qui rend délicate sa manipulation lors de la précipitation de ZnS. Elle provient de la société Aldrich, et présente une masse molaire égale à 75,13 g/mol avec une pureté de 99 % . 

Hydroxyde de sodium L’hydroxyde de sodium, ou plus usuellement la soude caustique, a pour formule : NaOH. La soude est une base forte utilisée pour piéger le sulfure de dihydrogène gazeux (pH ≈13,5). L’ion hydroxyde hydraté OH− (aq) se combinera au H2S(g) (pKa = 7) pour former l’ion HS− (aq) (pKa = 13 − 19). Elle provient de la société Merck. Sulfure de sodium Le sulfure de sodium (Na2S.9H2O) est utilisé pour l’étalonnage de l’électrode spécifique des ions sulfures. Sa concentration prend des valeurs comprises entre 0,01 et 0,2 mol/L. Ce produit est fourni par la société ACROS Organics. Il présente une masse molaire de 240,18 g/mol avec un titre massique de 35 %.

Schéma général du montage Le montage est composé d’un réacteur principal « R1 » à double enveloppe en verre et d’un réacteur auxiliaire « R2 » (fig. 2.9 et 2.1). Le réacteur principal où se déroule la précipitation a un volume de 2,5 L ; il est agité mécaniquement à l’aide d’un mobile constitué de 4 pales inclinées à 45° (diamètre 5 cm) et est muni de 4 contre-pales en téflon. Des capteurs de température, de pH, de conductivité et de turbidité sont placés dans le réacteur R1. Des capteurs de pH et de conductivité sont placés dans le réacteur auxiliaire R2. Les paramètres physico-chimiques (température, conductivité, pH et turbidité) relatifs à la suspension sont ensuite mesurés et enregistrés in-situ et en continu. Ces capteurs sont repartis sur le couvercle du réacteur et reliés à une carte d’acquisition dans un PC. Un faible courant d’azote gazeux (débit : 1 NL/h) permet d’évacuer le sulfure d’hydrogène en excès vers le réacteur auxiliaire (volume : 2,5 L) où il est absorbé par une solution de soude (concentration : 0,2 M). La figure 2.1 schématise l’ensemble de ce montage expérimental.

Les réacteurs La précipitation a été réalisée dans le réacteur principal R1 de trois litres en verre, cylindrique à fond profilé (fig. 2.2). Ce type de réacteur a été mis au point au laboratoire par [Sessiecq-1998]. La hauteur du liquide sera toujours prise égale au diamètre intérieur du réacteur (15 cm), conduisant à un volume de 2,5 litres. Ce réacteur est équipé d’une double enveloppe permettant une thermorégulation par circulation d’eau pure à partir d’un thermostat Julabo F32-HD permettant de travailler en continu de 0 à 100 °C avec une précision de 0,1 °C [Notice-F32]. Un second réacteur R2 similaire à R1 est utilisé pour l’absorption de sulfure d’hydrogène par une solution de soude (fig. 2.2). Il possède les mêmes caractéristiques que R1 et est thermorégulé par un thermostat Lauda RM6 à température constante égale à 25 °C avec une précision de 0,1 °C [Notice-RM6].