Réaction du méthane accompagnée de dégagement d’hydrogène avec des films métalliques

Institut Interuniversitaire des Sciences Nucléaires Ecole Royale Militaire, Bruxelles, France.

Résumé

La chimisorption du CH₄ est étudiée, sur films de Ni, Ti, Ta, Mo, W, Pd, Rh et Re, préparés sous haut vide, aux températures supérieures à celles où cette réaction est accompagnée de dégagement d’H₂. Sur les cinq premiers de ces métaux, la réaction entre le film et le méthane est très lente, l’équilibre n’est pas encore atteint après 105 s. Du carbone et de l’hydrogène pénètrent dans la masse des films de Ti et Ta. La surface de films de Ni subit une réorganisation importante menant à une augmentation de l’aire. Sur Mo et W, les quantités adsorbées sont compatibles avec l’aire des films en dessous de 200 °C. La réaction de chimisorption est rapide sur Re, Pd et Rh. Une relation quantitative entre le nombre de radicaux hydrocarbonés chimisorbés à l’équilibre sur Rh et la pression partielle de CH₄ et H₂ est établie et est vérifiée de 150 à 225 °C. Le nombre maximum de radicaux hydrocarbonés que l’on peut chimisorber par unité d’aire est égal au nombre maximum d’atomes d'hydrogène que l’on peut chimisorber à basse température. Sur chacun des métaux étudiés, la réaction de déplacement des radicaux hydrocarbonés par l’H2 est plus lente que leur réaction de formation à partir de CH₄.

Abstract

The chemisorption of CH₄ is measured, on Ni, Ti, Ta, Mo, W, Pd, Re and Rh films prepared under high vacuum, at temperatures higher than those at which one observes evolution of H2 during this reaction. The reaction on the first five metals proceeds very slowly and equilibrium is not yet attained after 10⁵ sec. Carbon and hydrogen diffuse in the bulk of Ti and Ta films. The area of Ni films undergoes an increasing proportional to the number of chemisorbed hydrocarbon radicals. On Mo and W, the adsorbed quantities are in agreement with the area of the films at temperatures lower than 200 °C. The chemisorption reaction is fast on Re, Pd and Rh.

A quantitative relation between the number of hydrocarbon radicals, chemisorbed on Rh, and the H₂ and CH₄ partial pressure is verified in the temperature range of 150 to 225 °C. The maximum number of chemisorbed hydrocarbon radicals per unit area is equal to the maximum number of chemisorbed H atoms at low temperature.

On each of the studied metals, the displacement reaction of the hydrocarbon radicals by H₂ is slower than their rate of formation from CH₄.