Chimie des solides

lbrna2103  2021-2022  Louvain-la-Neuve

Chimie des solides
4 crédits
42.0 h
Q1
Enseignants
Langue
d'enseignement
Français
Préalables
Cours de chimie, mathématiques et physique générales du BAC BIR1BA ' Approfondissement en chimie, ou équivalents.
Thèmes abordés
Le cours fournit les bases de la chimie des solides inorganiques (propriétés, classification et aspects énergétiques de chaque classe de solides, défauts électroniques, ponctuels, st'chiométriques ou non, multidimensionnels, et réactivité qu'ils induisent, thermodynamique de la concentration en défauts), puis aborde les processus limités par la diffusion. Il s'appuye sur les phénomènes de germination, épitaxie et diffusion (s.s.). Les différentes cinétiques régissant le frittage et les réactions de ternissement sont démontrées. Des cas de frittage lié à un phénomène chimique, de formation des spinelles, de double-décomposition et de couplage (p.ex. frittage activé) sont abordés. Le cours replace les concepts étudiés dans le cadre de procédés industriels basés sur la science des matériaux inorganiques : nouveaux matériaux, verres, céramiques, corrosion, catalyse hétérogène.
Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :

1 a. Contribution de l'activité au référentiel AA (AA du programme)
1.2
2.1
4.4
b. Formulation spécifique pour cette activité des AA du programme
A la fin de cette activité, l'étudiant est capable, face à un phénomène complexe impliquant une transformation physique et/ou chimique d'un solide inorganique, de :
- décrire le mécanisme en identifiant les différentes étapes qui régissent le phénomène afin de trouver la cause de la transformation et,
- déterminer quels sont les paramètres qui influencent la vitesse de la transformation et le produit final qui en résulte
- mettre au point une stratégie permettant de maîtriser et d'orienter le phénomène.
Plus spécifiquement, à la fin de l'activité, l'étudiant est capable de:
- catégoriser et discriminer les différents défauts dans un solide ;
- prédire les propriétés physico-chimiques (dureté, densité, résistance mécanique, conductivité, tendance à la corrosion, etc) d'un solide inorganique sur la base de sa structure et/ou des conditions auxquelles il est soumis,
- écrire les réactions aux interfaces de solides en train de subir une transformation chimique, et
- déduire les paramètres dictant l'avancement des fronts réactionnels, et
- proposer les principaux éléments de la cinétique correspondante ;
- identifier les paramètres dictant la tendance d'un solide inorganique à fritter/s'oxyder, ternir, se corroder, et
- proposer une stratégie pour les ajuster en vue de contrôler la vitesse du phénomène.
 
Contenu
Partie A
-       Propriétés générales des solides et classification des solides cristallins
-       Elements de théorie des solides cristallins : énergie du réseau cristallin (pour les solides ioniques), approche de Madelung, cycle de Born-Haber et théorie des bandes (pour les solides covalents et métalliques)
-       Défauts dans les solides :
      - défauts électroniques et lien avec les caractères isolant, conducteur et semi-
         conducteur (n et p) des solides, lien entre concentration en défauts, énergie de
         création et conductivité électronique
      - défauts atomiques (ou ponctuels) : stoechiométriques (Schottky, Frenkel, anti- 
         Schottky) et non stoechimétriques, lien entre concentration en défauts, énergie de
         création et conductivité ionique, lien avec la diffusion et la tendance à la corrosion.
      - dislocations : types coin et vis, vecteur de Burger, lien entre la diffusion associée aux
         dislocations et certaines propriétés catalytiques
      - autres défauts bi- et tridimensionnels.
Partie B
-       Définition de processus limité par la diffusion
-       Phénomènes fondamentaux : germination, épitaxie, diffusion
-       Frittage : aspects physiques, cinétique des premiers stades et mécanismes (déformation plastique, sublimation-dépôt, dissolution-dépôt, diffusion dans la masse), cinétique globale et écarts à l'idéalité, frittage lié à un phénomène chimique
-       Réactions de ternissement : définition, loi de Pilling-Bedworth, cinétique des premiers stades et différents mécanismes (couches ultraminces ' lois logarithmiques, couches minces ' loi de Hauffe, couches épaisses ' loi de Wagner, cas indépendants de l'épaisseur), exemples (réactions S1 + S2 àS3, réactions de double-décomposition S1 + S2 àS3 + S4)
     -      Phénomènes complexes et couplage : frittage activé, précipitation d'un solide dans un solide et décomposition spinodale
Méthodes d'enseignement
Cours magistral avec usage de notes disponibles sur iCampus en début d'enseignement. Une interaction constante avec les étudiants est établie sous la forme de questions-réponses leur permettant d'intégrer la matière en cours de séance.
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants
Examen écrit à livre fermé couvrant systématiquement l'essentiel des AA annoncés pour le cours.
Autres infos
Ce cours peut être donné en anglais.
Ressources
en ligne
Les notes de cours utilisées par l'enseignant constituent un syllabus, et sont mises à disposition sur la plateforme Moodle avant le début du cours ; leur impression est vivement recommandée.
Bibliographie
  'Understanding solids : the science of materials' de R.J.D. Tilley (Wiley, 2006), ISBN : 0-
  470-85276-3
  'Introduction à la chimie du solide : cours et exercices corrigés' de L. Smart et E. Moore
  (Masson, 1997)n ISBN : 2-225-85621-4
Support de cours
  • Aucun support de cours obligatoire
Faculté ou entité
en charge


Programmes / formations proposant cette unité d'enseignement (UE)

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master [120] : bioingénieur en chimie et bioindustries