Эмпирическое уравнение изотермы адсорбции Бедеккера-Фрейндлиха

Бедеккер, а затем Фрейндлих сделали допущение, что изотерма адсорбции является параболой , которая описывается уравнением:

(5)

где Г – адсорбция, моль/г;

С – равновесная концентрация адсорбтива в растворе, моль/л;

β и 1/n – константы, причем n>1.

Константа β для адсорбционных систем обычно колеблется в широких пределах. Физический смысл ее становится ясным, если принять C=1 моль/л. Тогда β представляет собой значение адсорбции при равновесной концентрации адсорбтива, равной 1 моль/л. Показатель степени 1/n является правильной дробью и характеризует степень приближения изотермы адсорбции к прямой. Поскольку приближение к насыщению поверхности адсорбента адсорбтивом должно приводить к резкому уменьшению 1/n (при больших значениях Х количество адсорбированного вещества постоянно, и, следовательно, показатель 1/n должен равняться нулю), следует ожидать, что чем выше адсорбционная активность адсорбтива, тем меньше должно быть значение 1/n.

Константы уравнения Бедеккера-Фрейндлиха находятся графическим способом при логарифмировании этого уравнения:

lg Г = lg β + lg C (6)

lg Г

Ө

lgβ

lg c

Рис.3 Изотерма адсорбции в логарифмических координатах уравнения Бедеккера –Фрейндлиха.

Отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, равен lgβ , а тангенс угла наклона θ прямой к оси абсцисс равен 1/n (рис. 3).

Поскольку прямолинейный участок изотермы адсорбции для низких значений концентраций может быть получен при 1/n=0, а при изучении адсорбции из растворов 1/n принимается постоянным и летающим в пределах 0,1-0,5, то уравнение Бедеккера-Фрейндлиха справедливо только для интервала средних концентраций.

3. Экспериментальная часть

3.1. Изучение адсорбции уксусной кислоты активированным углем.

Цель работы: определение величины адсорбции уксусной кислоты на твердом адсорбенте. Построение изотерм адсорбции и графическое определение значения постоянных, входящих в уравнение Фрейндлиха.

Приборы, посуда и реактивы:

1. водные растворы уксусной кислоты;

2. активированный уголь;

3. водный раствор щелочи NaOH (0,1н);

4. конические колбы на 50-100 мл;

5. спиртовой раствор фенолфталеина;

6. пипетки емкостью 2 мл, 5 мл, 10 мл;

7. бюретка емкостью 25 мл;

8. цилиндр мерный емкостью 50 мл.

Порядок выполнения работы:

1. Для выполнения работы приготовлено 6 растворов уксусной кислоты разной концентрации, растворы нумеруют в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1.

Приблизительные концентрации исходных растворов уксусной кислоты.

№ колбы	1	2	3	4	5	6
Концентрация уксусной кислоты, н	0,012	0,025	0,050	0,100	0,200	0,400

2. Проводят адсорбцию уксусной кислоты активированным углем.

Для этого из каждой колбы отбирают по 50 мл раствора уксусной кислоты, переносят в конические колбы, добавляют в них по 1,5г активированного угля (навеска или в таблетках). Конические колбы закрывают чистыми пробками, энергично взбалтывают (перемешивают) в течение 20 минут.

3. Пока устанавливается адсорбционное равновесие, определяют точную концентрацию готовых растворов уксусной кислоты.

Для этого из колб №1, №2, №3 отбирают по 10 мл раствора, из колбы № 4 – 5мл, колбы № 5 – 2мл, колбы № 6 – 1мл (в соответствии с таблицей 2), переносят в конические колбы для титрования, добавляют 1 – 2 капли фенолфталеина и титруют эти количества 0,1 н раствором едкого натра. Для этого бюретку заполняют 0,1 н раствором NaOH до нулевого деления и приливают из нее по каплям раствор щелочи в кислоту до тех пор, пока от одной капли избытка щелочи в кислоту анализируемый раствор не окрасится в розовый цвет, не исчезающий при перемешивании.

Содержание уксусной кислоты в исходных растворах (С_О) вычисляют на основе закона эквивалентов по количеству щелочи (V_Щ), пошедшей на титрование:

(1)

Нормальная концентрация уксусной кислоты равна молярной концентрации, т.е. .

Результаты и расчеты титрования заносят в таблицу 2.

4. Когда установилось адсорбционное равновесие (через 20 минут, см. пункт 2) растворы отфильтровывают, отбрасывая первые порции фильтратов. Из каждой колбы пипеткой отбирают такие же количества фильтрата, как и при предыдущем титровании (пункт3). Определяют по закону эквивалентов равновесные концентрации (C_P):

, (2)

Нормальная концентрация уксусной кислоты численно равна молярной концентрации, т.е. .

Результаты титрования и расчеты записывают в таблицу 2.

Таблица 2

Точные концентрации исходных и равновесных растворов уксусной кислоты.

№ колбы	Объем VK раствора уксусной кислоты, мл	Объем раствора щелочи, мл	Исходная концентрация уксусной кислоты, СО, моль/л	Объем щелочи, мл	Равновесная концентрация уксусной кислоты, СР, моль/л
1	10
2	10
3	10
4	5
5	2
6	1

5. Рассчитывают величину адсорбции уксусной кислоты для каждого раствора Г, моль/г:

(3)

где С_O – точная начальная концентрация уксусной кислоты; моль/л.

С_P – равновесная концентрация; моль/л.

V – объем раствора уксусной кислоты, взятой для адсорбции; л.

ΔС – количество уксусной кислоты, адсорбированной навеской угля; моль/л.

m – навеска угля; г.

Результаты расчетов переводят в логарифмические параметры уравнения Бедекера – Фрейндлиха

(4)

(5)

и заносят в таблицу 3.

Таблица 3.

Экспериментальные данные по адсорбции уксусной кислоты.

№ колбы	СО, моль/л	СР, моль/л	ΔС, моль/л	lg CP	Г, моль/г	lg Г
1
2
3
4
5
6

6. По полученным данным строят графики:

1) изотерму адсорбции в координатах « Г-f (C_P)»;

2) изотерму адсорбции в координатах уравнения Бедекера – Фрейндлиха «lg Г – lg(C_p)». Графически определяют параметры адсорбции β и 1/n, входящие в уравнение Бедекера – Фрейндлиха.

7. Определяют погрешности прямых и косвенных измерений.

8. Формируют вывод.