Chimie 30/06

Un peu d'inorga ... Étude de l'alumine Al2O3.

I)Structure
1)a) Différence entre structures amorphe et cristalline ? Comment les séparer ?
b) Il existe une forme cristalline de la bauxite (minerai contenant Al, Si, Fe et dont on extrait l'alumine) : cette structure est faite d'octaèdres MO6. Quel est le rayon du cation que l'on peut insérer dans un octaèdre, sachant qu'il y a tangence des ions O2- et qu'on a le rayon de O2- ? On donne le rayon de Al, conclure.
c) Certaines structures font que les octaèdres partagent 3 arêtes. Quelle est la formule du composé ainsi créé ?
d) D'autres font que les octaèdres partagent un sommet. À combien d'octaèdres est commun un sommet ?

II) Extraction de la bauxite.
En solution aqueuse l'alumine est sous forme Al(OH)3. On a un diagramme log(s)=f(pH) avec s la somme des concentrations des espèces contenant l'élément considéré. 3 courbes : une pour Fe(OH)3 (droite décroissante), une Al(OH)3 (droite décroissante puis croissante) et SiO2 (constante puis droite croissante).
Proposer une méthode pour extraire l'aluminium III.
La teneur en silice est-elle déterminante pour le choix des échantillons de bauxite ?

III) Réduction de l'alumine par le carbone
On a deux équilibres, et un graphe donnant ln(Qr)=f(1/T) pour ces équilibres. Deux droites croissantes.
(1) 4/3 Al(s) + O2 = 2/3 Al2O3(s)
(2) 2C(s) + O2 = 2 CO(g)
1)a) Variance du 1er équilibre ?
b) Cette réaction est-elle endothermique ou exothermique ?
c) On impose P et T tq le point représentant le système soit au-dessus de la courbe. Justifier que dans ce cas seul l'un des deux composés (Al ou Al2O3) est stable.
d) Lequel est stable au-dessus, lequel en dessous ?
2) On impose P(CO)=p°. Par analogie avec ce qui précède, quel est le domaine de stabilité du carbone solide ?
3) Les deux courbes se croisent pour T=2200K.
Peut-on effectuer la réduction de la bauxite par le carbone ? Si oui, sur quelle plage de température et selon quelle réaction ?

Je n'ai pas eu le temps de lire la partie IV.
Examinateur qui disait "mmh" à mes réponses de façon peu engageante ...

Spoiler
I) 1)a) Amorphe = pas organisé, cristallin organisé.
On chauffe : transition vitreuse pour les zones amorphes, fusion pour les cristallines.
b) Les ennuis commencent tôt ... Pas moyen de comprendre quel était le rayon total dans l'octaèdre donc j'avais une inconnue. Donc je n'ai pas pu faire la suite de la partie I ...

II) Pour moi il faut se placer quelque part où Al est soluble et les autres non, ou le contraire. C'est possible au début du graphe donc à pH acide, Al est plus soluble que les autres donc on vire les autres par filtration. Le pb est que la courbe du fer est proche ... Il m'a demandé d'optimiser, éventuellement en plusieurs étapes. Pas trouvé ...
J'ai dit que la teneur en silice faisait changer la courbe log(s) et donc ça pouvait poser problème. Comme il me l'a redemandé après ça devait pas être ça ...

III) 1)a) P, T, x(Al), x(Alumine). La somme des x fait 1 et Qr=K° donc v=2.
b) Relation de Van't Hoff : il suffit donc de regarder la pente de la droite, qui est positive. Mais ne faites pas comme moi ... C'est en fonction de 1/T, pas de T --" Donc on obtient en fait DeltarH° négatif ie réaction exothermique.
c) Je parle de Adxi>=0 pour justifier que l'équilibre est porté soit sens 1 soit sens 2.
d) Au-dessus on a : ln(QR)>ln(K°) (puisque égalité sur la droite). Donc Qr>K° et A=RTln(K°/Qr) est négative. Donc sens 2 : Al est stable.
Qr=p°/p(O2).
2) Même Qr donc même conclusion. C stable au dessus.
3) On refait le graphe avec les domaines de stabilité. Réaction possible sauf là où C et Al2O3 coexistent.
Combinaison des deux équations.

Bonsoir Alice

Il me semble que la structure évoquée est celle du corindon.
Au centre d'un octaèdre d'ions oxyde on place un cation. C'est comme dans un site octa de la structure NaCl : r⁺ + r^- = d/2 avec d diagonale du carré au centre duquel se trouve le cation (aux sommets, les anions). La condition de tangence entre les anions (sur les arêtes de l'octaèdre donc les côtés du carré) donne 2 r^- = a et d = a \sqrt{2}. Trois équations, trois inconnues, on s'en sort avec la donnée du rayon de l'anion.

Si deux octaèdres partagent trois arêtes (c'est comme cela que je comprends), c'est qu'ils partagent une face, donc trois anions. Mais ce n'est peut-être pas cela...

Pour le II, difficile sans les valeurs. Faut que je fasse les calculs.

Pour le III : attention, les solides ne sont pas miscibles, d'où le "mhhh" sans doute. Donc système monovariant. une seule relation (Qr = K°) entre deux variables T et p (p = p(O2)).

Ensuite, Ok apparemment.

Bon courage pour la suite
Julien Lalande