физическая химия. Индивидуальное задание по теме 8. Основы учения об адсорбции

• Название: Основы учения об адсорбции
• Анкор: физическая химия
• Дата: 02.02.2020
• Размер: 32.18 Kb.
• Имя файла: Индивидуальное задание по теме 8.docx
• Тип: Документы; #106767

Индивидуальное задание по теме:
«Основы учения об адсорбции»

1. Какова основная цель при исследовании адсорбции на границе раздела раствор – воздух?

2. 
   Какова основная цель при исследовании адсорбции на границе раздела раствор ПАВ – активированный уголь? Какие величины необходимо знать, чтобы рассчитать удельную поверхность активированного угля?
   

3. 
   Каков источник возникновения избыточной поверхностной энергии? В ходе каких процессов может происходить самопроизвольное уменьшение поверхностной энергии?
   

4. 
   Дайте определение понятий адсорбция, адсорбент, адсорбат.
   

5. 
   Напишите фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса и дайте определение избыточной адсорбции Гиббса.
   

6. 
   Дайте определение поверхностного натяжения. В каких единицах оно измеряется?
   

7. 
   Какие вещества называются поверхностно - активными и поверхностно - инактивными? Каковы свойства ПАВ? Какое строение имеют дифильные молекулы? Может ли вода быть поверхностно - активным веществом?
   

8. 
   Что является адсорбентом и адсорбатом для границы раздела газ - раствор.
   

9. 
   Дайте определение поверхностной активности (g). Как изменяется поверхностная активность от длины углеводородной цепи молекулы ПАВ?
   

10. 
    Сформулируйте правило Траубе – Дюкло.
    

11. 
    Какая зависимость называется изотермой адсорбции? Какой вид имеет изотерма адсорбции ПАВ для границы раздела газ - жидкость?
    

12. 
    Напишите уравнение Ленгмюра и объясните смысл входящих в него величин?
    

13. 
    Расскажите об ориентации ПАВ на границе раздела раствор ПАВ - воздух.
    

14. 
    Изобразите в одном масштабе изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции ПАВ на границе раздела газ - жидкость для гомологического ряда спиртов (C₃H₇OH, C₄H₉OH, C₅H₁₁OH). Поясните вид указанных зависимостей.
    

15. 
    Как можно рассчитать величину адсорбции на границе твердое тело - раствор?
    

16. 
    Сформулируйте правило уравнивания полярностей Ребиндера. Какова ориентация молекул ПАВ на границе раздела активированный уголь - водный раствор ПАВ?
    

17. 
    На чем основано определение удельной поверхности твердых тел по адсорбционным данным?
    

18. 
    Пользуясь правилом Дюкло-Траубе, найти, во сколько раз поверхностная активность амилового спирта (С₅Н₁₁ОН) больше поверхностной активности этилового спирта (С₂Н₅ОН).
    

19. 
    Начальная концентрация раствора 0,44 моль/л. После адсорбции растворенного вещества из 60 мл раствора тремя граммами твердого адсорбента концентрация снизилась до 0,35 моль/л. Вычислить величину адсорбции в моль/г.
    

20. При 293 К поверхностное натяжение раствора ПАВ с концентрацией 0,01 моль/л равно 6·10^-2 Н/м, а с концентрацией 0,1 моль/л – 5,5·10^-2 Н/м. Вычислить поверхностную активность ПАВ в данном интервале концентраций.


Ответы:

1. 
   Этот вид адсорбции лежит в основе одного из широко распространённых методов исследования и анализа - газожидкостной хроматографии.
   
2. 
   Адсорбция используется при извлечении веществ из растворов, при очистке растворителей, в промышленной и лабораторной водоочистке, при первой помощи в случае отравлений. Адсорбция лежит в основе хроматографических методов исследования и анализа. Удельная поверхность – это суммарная поверхность всех частиц вещества, общий объём которых составляет 1см³. Если принять форму частицы в виде куба с ребром1 см, то удельная поверхность
   

s = 

3. 
   Поверхностный избыток (гиббсовская адсорбция) тесно связан с поверхностной активностью адсорбтива. А именно, значение  будет тем больше, чем больше его поверхностная активность. К самопроизвольным процессам, происходящим с уменьшением величины Gs за счёт уменьшения площади поверхности фазы относятся:
   

коалесценция — процесс слияния частиц (укрупнения) капель или пузырей внутри подвижной среды (жидкости, газа) или на поверхности какого-либо тела.

коагуляция и флокуляция — процессы слипания и укрупнения частиц дисперсной фазы.

К самопроизвольным процессам, идущих с уменьшением величины Gs за счёт уменьшения значения поверхностного натяжения σ относятся: смачивание, адгезия, сорбционные процессы и т.д.

4. 
   Адсорбция - это самопроизвольное концентрирование вещества из объёма фаз (обычно имеются в виду жидкие и газовые фазы) на поверхности раздела между ними. Вещество (чаще всего твёрдое или, по крайней мере, более плотное), на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом. Когда речь идёт об адсорбтиве, уже находящемся на поверхности раздела (адсорбированном), то его чаще называют адсорбатом.
   
5. 
   В случае очень разбавленных растворов, когда активность практически равна концентрации растворённого вещества С, уравнение Гиббса может иметь такой вид:
   

Из уравнения Гиббса следует, что поверхностный избыток (гиббсовская адсорбция) тесно связан с поверхностной активностью адсорбтива. Избыточной адсорбцией (адсорбцией по Гиббсу, ИЮПАК) вещества i называют разность между количеством вещества в реальной системе и системе сравнения

6. 
   Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.Единицы измерения (Н/м)
   
7. 
   Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения. Поверхностно-инактивные вещества - вещества, для которых производная dσ/dC положительна, то есть растворение их приводит к увеличению поверхностного натяжения.
   

Свойства ПАВ : способность к адсорбции на поверхностях, смачиванию, эмульгированию и солюбилизации (повышению коллоидальной растворимости) других, плохо растворимых в воде веществ.

Дифильным строение - одновременно молекулы содержат полярную группу (голову) и неполярный углеводородный радикал (хвост). Вода – поверхностно-активное вещество в отношении солей.

8. 
   Адсорбент – газ, адсорбат – раствор.
   
9. 
   Количественной мерой способности ПАВ понижать поверхостное натяжение на границе раздела фаз служит величина производной – dα/dc, которую называют поверхностной активностью. Поверхностная активность соединения тем больше, чем сильнее выражена полярная асимметрия молекулы.
   
10. 
    Правило Траубе – Дюкло: в рядах предельных жирных кислот и спиртов при удлинении цепи на одну СН2-группу поверхностная активность гомолога в водном растворе увеличивается в 3-3,5 раза.
    
11. 
    Изоте́рма адсо́рбции — зависимость количества адсорбированного вещества (величины адсорбции) от парциального давления этого вещества в газовой фазе (или концентрации раствора) при постоянной температуре. Изотерма адсорбции ПАВ для границы раздела газ – жидкость имеет вид кривой.
    
12. 
    Уравнение Ленгмюра: Г=Г∞*С/К+С
    

С – концентрация

Р – давление газа

К – константа адсорбционного равновесия

Для газов: Г=Г∞*Р/К+Р

При С<<К линейная зависимость Г от С

При С>К дальнейшее увеличении концентрации не влияет на величину адсорбции

13. 
    При адсорбции ПАВ их молекулы в поверхностном слое приобретают определённую ориентацию. А именно: гидратированные полярные группы погружены в раствор, а неполярные углеводородные радикалы выталкиваются в воздух.
    
14. 
    Изобразите в одном масштабе изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции ПАВ на границе раздела газ - жидкость для гомологического ряда спиртов (C₃H₇OH, C₄H₉OH, C₅H₁₁OH). Поясните вид указанных зависимостей.
    
15. 
    Как можно рассчитать величину адсорбции на границе твердое тело - раствор?
    

Величина адсорбции A=x/m из растворов в эксперименте рассчитывается по уравнению

A=(C0−C)V/m

где C0 - исходная концентрация адсорбирующегося вещества в растворе;

C - равновесная концентрация; V- объём раствора, из которого идет адсорбция; m - масса адсорбента.

Таким образом, если концентрация адсорбтива выражена в моль/л, объём - в литрах, а масса адсорбента - в граммах, то x (количество адсорбированного вещества) будет иметь размерность моль, а величина адсорбции будет выражена в моль/г.

16. 
    Адсорбция ПАВ из растворов подчиняется правилу уравнивания полярностей П.А. Ребиндера (1927 г.): вещество будет адсорбироваться на поверхности раздела фаз, если в результате его адсорбции уравнивается полярность этих фаз. Следствием правила Ребиндера является то, что поверхностно-активные вещества из водных растворов следует извлекать с помощью неполярных адсорбентов (например, активированным углем), а из растворов в бензоле, эфире, ацетоне и других неполярных органических жидкостях - с помощью полярных адсорбентов (например, силикагель или цеолиты).
    

17. 
    Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного в данной среде тела к его объёму или массе. Удельная поверхность пропорциональна дисперсности или, что то же, обратно пропорциональна размеру частиц дисперсной фазы.
    

18. 
    Согласно правилу Дюкло-Траубе, при увеличении длины углеводородного радикала на одну группу СΗ2 поверхностная активность вещества увеличивается в среднем в 3,2 раза. Их на 3 больше=>
    

3,2*3=9,6

ответ в 9.6 раза больше

19. 
    Начальная концентрация раствора 0,44 моль/л. После адсорбции растворенного вещества из 60 мл раствора тремя граммами твердого адсорбента концентрация снизилась до 0,35 моль/л. Вычислить величину адсорбции в моль/г.
    

20. 
    При 293 К поверхностное натяжение раствора ПАВ с концентрацией 0,01 моль/л равно 6·10^-2 Н/м, а с концентрацией 0,1 моль/л – 5,5·10^-2 Н/м. Вычислить поверхностную активность ПАВ в данном интервале концентраций.
    

http://forum.xumuk.ru/index.php?showtopic=141423