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J. Chim. Phys.
Volume 76, 1979
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Page(s) | 538 - 544 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jcp/1979760538 | |
Published online | 29 May 2017 |
The rate equation for the dissolution of silica in hydrochloric-hydrofluoric acid mixtures
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Texaco Inc., Bellaire Research Laboratories, Bellaire, Texas 77401, U.S.A..
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Serrile de Chimie Physique E.P., Encuité des Sciences Appliquées, Université Libre de Bruxelles, Belgique.
Kinetic equations for the solubility of silica in HF — HCI aqueous mixtures based on a molecular model for the reactivity of silica surface with this medium arc proposed.
These kinetic equations postulate a first order dependence on the HF2- ion concentration in the solution, and a dependence on H+ expressed by Langmuir’s isotherm.
The experimental results obtained confirm that the time averaged rate of silica dissolution follows a first order dependence on [HF2--].
The Arrhenius plot of In kr versus 1/T is linear. The over-all activation energy of solubility is 9, 7 ± 0, 3 kcal.
The rates reported over the temperature range 30-69,5 °C and HF concentration 1,15-2,56 M HF show a definite dependence on HCI concentration. The use of Langmuir’s isotherm appears as correct, in the region of weak acid concentration (first order relation in respect to H+ ) but further experiments have to be made to ascertain this in the region of higher acid concentrations.
Résumé
L'augmentation de la vitesse de dissolution de la silice dans des mélanges aqueux d’acide fluorhydrique et chlorhydrique par rapport à celle en solution aqueuse de HCl pur, peut être expliquée par le caractère hautement autocatalytique de l'interaction de la surface de silice avec ce mélange.
Une équation cinétique qui décrit la vitesse moyenne de dissolution est introduite. Cette équation est basée sur le mécanisme de l'interaction de la surface de silice avec les mélanges aqueux d'acide. En effet, la surface de silice est simultanément le siège de deux types de sites, les premiers agissant comme des accepteurs de protons et les seconds agissant comme des donneurs de protons. De plus par un déplacement de la densité électronique sur la surface de silice, la diminution de l'activité des sites donneurs conduit à une augmentation de l’activité des sites accepteurs.
L'équation cinétique proposée postule une dépendance du premier ordre par rapport à la concentration en HF2- dans la solution et une dépendance par rapport à H+, décrite par l'isotherme de Langmuir. Les résultats expérimentaux obtenus confirment qu'effectivement la vitesse moyenne de dissolution de la silice est du premier ordre par rapport à la concentration en HF2-, en solution.
La relation d'Arrhenius ln [math] obtenue à partir de cette équation est linéaire et l'énergie d'activation du processus total de dissolution est de 9,7 + 0,3 kcal.
Les mesures de vitesses de dissolution dans la région de températures entre 30-69,5 °C et dans le domaine de concentrations en HF entre 1,15-2,56 M ont montré une nette dépendance de la concentration en HCl.
Des expériences réalisées dans un domaine de faibles concentrations en H + ont vérifié la validité de l'isotherme de Langmuir. De ce point de vue il serait intéressant d’élargir les expériences au domaine de concentration plus élevée en acide.
© Paris : Société de Chimie Physique, 1979