Поверхневі явища. Адсорбція. Вивчення адсорбції з розчинів на твердому адсорбенті

Тема 1. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА. АДСОРБЦІЯ

У системах з розвиненою поверхнею розділу фаз особливе місце належить поверхневим явищам, які представляють собою сукупність явищ, обумовлених властивостями тонких шарів речовини на кордоні дотику фаз. Поверхневі явища спостерігаються при терті, зварюванні, паянні, миючому дії, поділі сумішей, гетерогенному каталізі та інших процесах. Прояв поверхневих явищ залежить від природи сполук і величини поверхні, займаної речовиною. До одних з найважливіших поверхневих явищ відносяться: поверхневий натяг і сорбція.

ВИВЧЕННЯ АДСОРБЦІЇ З РОЗЧИНІВ НА ТВЕРДОМУ АДСОРБЕНТІ

Короткі теоретичні положення

Адсорбція на межі тверде тіло-розчин - це зміна концентрації розчиненої речовини (кількості речовини в одиниці об'єму) у поверхневому шарі в порівнянні з його концентрацією в об'ємі рідкої фази. Цей вид адсорбції найскладніший, оскільки необхідно враховувати взаємодію між молекулами розчинника і розчиненої речовини і складну будову поверхні твердого адсорбенту.

До найбільш поширених пористих адсорбентів відносять активоване вугілля, адсорбуючу дію якого обумовлено великою питомою поверхнею, що дозволяє використовувати вугілля для вилучення з розчинів сторонніх речовин, поглинання газів, знебарвлення рідин і т. д. Метод заснований на визначенні концентрації розчину до контакту з адсорбентом (С₀ ) і після настання адсорбційного рівноваги (С). Кількість адсорбованої кислоти розраховується за формулою:

де V – обєм розчину з якого іде адсорбція, дм³. Питому адсорбцію розраховують за формулою:

,

Де a–кількість речовини, що адсорбувалося одним грамом адсорбенту; т – маса адсорбенту, г.

В області середніх концентрацій розчиненої речовини залежність кількості адсорбованої речовини від концентрації її в розчині (для газів від Р) при Т⁰ = const, називають ізотермою адсорбції і описують рівнянням Фрейндліха:

,

к линейному виду де b. и 1/n –сталі величини (константы), для визначення яких рівняння Фрейндлиха логарифмують:

Визначивши адсорбцію з серії розчинів різної концентрації, будують графік ізотерми адсорбції в координатах «lga-lgС», у вигляді прямої, що дозволяє визначити постійні рівняння Фрейндліха. Тангенс кута нахилу прямої до осі абсцис дорівнює кутовому коефіцієнту лінійної функції, в нашому випадку 1/n. Відрізок, що відсікається прямою на осі ординат, є вільний член лінійної функції та дорівнює lg. b.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 1.

ВИВЧЕННЯ АДСОРБЦІЇ ВОДНОГО РОЗЧИНУ ОЦТОВОЇ КИСЛОТИ НА АКТИВОВАНОМУ ВУГІЛЛІ

Мета: кількісне вивчення адсорбції на межі тверде тіло (активоване вугілля) - розчин.

Необхідні реактиви, посуд та обладнання: електронні ваги; конічні колби на 100 см³ з гумовими пробками - 3 шт.; Склянки на 100 см³ - 3 шт.; Циліндр на 50 см³; ступка з товкачиком; воронка; фільтрувальний папір; бюретка на 50 см³ ; спиртовий розчин фенолфталеїну; розчини: NaOH (0,1 моль/дм³), СН₃СООН (0,1 моль / дм³; 0,2 моль / дм³, 0,4 моль / дм³).

Методика виконання роботи

1. У три сухі та пронумеровані конічні колби внесіть по 1 г, заздалегідь розтертого і зваженого вугільного порошку.

2. Відміряйте піпеткою (циліндром) і внесіть до колби по 50 см3 оцтової кислоти наступних концентрацій: в першу -0,1 моль / дм³; в другу - 0,2 моль / дм³; в третю - 0,4 моль / дм³

3. Закрийте колби пробками і збовтуйте вміст протягом 20 хв.

4. Фільтрувати розчини в окремі пронумеровані колби (склянки).

Кількість адсорбованих вугіллям оцтової кислоти визначати за її кількістю що залишилася у фільтраті.

5. Для цього візьміть по 10 см³ кожного фільтрату і перенесіть в окремі колби для титрування, додайте до них по краплі фенолфталеїну і оттитруйте кожен розчином 0,1 моль/дм³ лугу до появи блідо-рожевого забарвлення.

6. Титрування кожного розчину проведіть по три рази і запишіть кількість лугу (в см³), витраченого на титрування у всіх трьох випадках у табл. 4.
Таблиця 1
Результати титрування

№ титрування	Об’єм титранту (NaOH), що пішов на титрування
	1 колба	2 колба	3 колба
1
2
3
Середнє

Розрахуйте концентрацію оцтової кислоти за формулою

де Ск – концентрація кислоти; С_щ – концентрація лугу NaOH; Vк – обєм розчину кислоти, взятої для титрування; Vщ – обєм лугу NaOH, що пішов на титрування.

8. Результати розрахунків занесіть у табл. 2.
9. На підставі даних розрахуйте кількість адсорбованої СН₃СООН, у всіх трьох випадках, поглиненої 1г адсорбенту (вугілля) з 50 см³ її розчину, за формулою:

  де С₀- концентрація кислоти до адсорбції С_р рівноважна концентрація кислоти після адсорбції, Х – показник адсорбції.

Таблиця 2

	1 колба	2 колба	3 колба
Концентрація кислоти до адсорбції С0
Концентрація кислоти після адсорбції Ср
Адсорбція

10. Побудуйте ізотерму адсорбції, відкладаючи по осі абсцис (X) - концентрацію (С_р), а по осі ординат (Y) (величину адсорбції).

11. За отриманими даними побудуйте на міліметровому папері ізотерму адсорбції в координатах і «lga-lgС».

12. Користуючись ізотермою, побудованої в координатах «lga-lgС», визначте графічно константи рівняння Фрейндліха.

Рис. 1 Ізотерма адсорбції (Х(С))

Рис.2 Ізотерма адсорбції в координатах і «lga-lgС».

Визначення констант в рівнянні Френдліха:

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

.Зробіть відповідні висновки по виконаній роботі.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання для самостійної роботи
1. У чому полягають особливості адсорбції на кордоні тверде тіло - розчин?
2. Як залежить поверхневий натяг від концентрації розчину?
3. Які фактори, в даному разі впливають на процес адсорбції?
4. Як визначити постійні рівняння Фрейндліха, якщо отримані експериментальні дані по адсорбції в деякому інтервалі концентрації?
5.По якими ознаками можна відрізнити фізичну адсорбцію від хемосорбції?