Молекулярная адсорбция из растворов
Цель работы: Определение удельной поверхности твёрдого адсорбента (с применением результатов работы № 3)
Краткое теоретическое введение
Адсорбция на твёрдой поверхности имеет большое значение, так как многие адсорбенты и катализаторы, применяемые в промышленности – твёрдые тела. В отличие от поверхности жидкости, поверхность твёрдых тел геометрически и энергетически неоднородна – твёрдые адсорбенты могут иметь поры. Часто пористые адсорбенты применяют в виде порошков. Адсорбция на порошкообразных адсорбентах определяется их удельной поверхностью
, (4.1)
где S – площадь поверхности раздела фаз твёрдое тело/жидкость, m – масса адсорбента. Удельная поверхность пористых порошкообразных адсорбентов в большей степени зависит от поверхности пор, чем от поверхности, определяющей контур частиц. Пористость не только повышает удельную поверхность адсорбента, но и влияет на механизм адсорбции.
На твёрдых адсорбентах величину адсорбции определяют по разности между начальной концентрацией ПАВ в растворе и концентрацией, установившейся при достижении адсорбционного равновесия.
При введении в раствор ПАВ определённой навески какого-либо адсорбента (например, активированного угля) часть растворённого вещества адсорбируется на его поверхности. Соответственно устанавливается новая равновесная концентрация раствора.
По разности между начальной и конечной концентрациями раствора вычисляют количество вещества, адсорбированное единицей массы адсорбента:
|
|
|
, (моль/г) (4.2)
где c 0 – исходная концентрация раствора (до адсорбции), c – конечная концентрация, V – объём, m – навеска адсорбента.
Конечную концентрацию поверхностно-активного вещества в растворе определяют путем измерения поверхностного натяжения раствора, отделённого от порошкообразного адсорбента фильтрацией или центрифугированием.
Изотерма адсорбции, приведённая на рис. 3.3, подчиняется известному уравнению Ленгмюра:
, (4.3)
где с – концентрация раствора, моль/л, b – индивидуальная константа, характеризующая адсорбционное взаимодействие твёрдого тела с компонентами раствора; n ¥- предельная адсорбция, отвечающая ёмкости мономолекулярного адсорбционного слоя на поверхности адсорбента.
Для точного определения n ¥пользуются тем же графическим методом, который описан в работе 3 для нахождения G ¥.
Зная величину предельной адсорбции n ¥и площадь s 0, приходящуюся на одну молекулу в мономолекулярном адсорбционном слое (из работы 3) определяют удельную поверхность адсорбента
S уд = n ¥ N A s 0 . (4.4)
Приборы и методы измерений
|
|
|
Поверхностное натяжение растворов измеряют на приборе Ребиндера методом наибольшего давления пузырька. Методику измерений смотри в работе 3.
Последовательность выполнения работы
1. Исходными растворами служит вода и четыре раствора нормального бутилового спирта с концентрациями 0,0375; 0,075; 0,15; 0,3 моль/л, поверхностное натяжение которых было измерено в работе 3. Объём каждого из растворов составляет 20 мл.
В каждую из четырёх колб с растворами ПАВ вносят по 1 г измельченного активированного угля (уголь взвешивают на весах).
В течение часа содержимое колб периодически взбалтывают, затем отфильтровывают уголь.
2.Определяют поверхностное натяжение полученных прозрачных фильтратов и воды по методу, описанному в работе 3.
Обработка и оформление результатов
1. Экспериментальные и расчетные данные заносят в таблицу 4.1. Начальные концентрации растворов с 0 берут из работы 3. Затем заносят в таблицу значения высоты столба манометрической жидкости h, измеренные в настоящей работе после адсорбции. Вычисляют средние величины для каждой концентрации и поверхностное натяжение по формуле 3.7.
2. Используя изотерму поверхностного натяжения, полученную в работе 3, определяют концентрации растворов с, отвечающие равновесию адсорбции на поверхности угля. Результаты вычислений заносят в последний столбец таблицы 4.1.
|
|
|
Табл. 4.1 Определение поверхностного натяжения и равновесной концентрации ПАВ
| №№ | c 0 | высота столба манометрической жидкости, h, см | s | c | |||||
| моль/л | среднее | мН/м | моль/л | ||||||
| 0 (вода) | 72,8 | ||||||||
3. Рассчитывают изменение концентрации при адсорбции (с 0 – с), величины адсорбции n по формуле 4.2 и записывают в таблицу 4.2. Затем вычисляют обратные величины 1/ n и 1/ с, строят график зависимости 1/ n = ¦(1/ с) и определяют величину предельной адсорбции n ¥как описано для нахождения G ¥в работе 3.
4. Определив графически n ¥, берут площадь s 0, занимаемую одной молекулой, и рассчитывают удельную поверхность угля S удпо формуле 4.4.
Табл. 4.2. Вычисление адсорбции на активированном угле
| №№ | (c 0 – c), моль/л | n, моль/г | 1/ c, л/моль | 1/ n, г/моль |
Контрольные вопросы
1. Изотерма мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.
|
|
|
2. Закон Генри, уравнение Фрёйндлиха.
3. Правило Траубе.
4. Поверхностная энергия, фундаментальное уравнение Гиббса.
5. Методы определения поверхностного натяжения.
6. Определение структуры адсорбционного слоя.
7. Специфика адсорбции на твёрдой поверхности. Капиллярная конденсация. Уравнение Кельвина.
Литература
Зимон А.В., Балакирев А.А., Дехтяренко Н.Г., Бабак В.Г., Аксёнов В.Н. Коллоидная химия. Лабораторный практикум. Часть 1. М: ВЗИПП 1986, Лаб. работа 4.
Зимон А.Д. Коллоидная химия. М: Агар, 2007.
Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М: Химия, 1975, Глава 6.
РАБОТА № 5
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!