3.4. Примеры решения задач

Пример 1. Какова площадь поперечного сечения молекулы стеариновой кислоты С₁₇Н₃₅СООН, если 0,0001 г ее образует на поверхности воды мономолекулярный слой площадью 470 см² ? Рассчитайте гиббсовскую адсорбцию молекул этого ПАВ на поверхности воды (Г, моль/м²).

Решение.

Определяем молекулярную массу стеариновой кислоты М = 284 г/моль и число молекул, содержащихся в 0,0001 г стеариновой кислоты: N = 6,02 ×10²³ × 10^-4 / 284 = 2.12×10¹⁷.

Рассчитываем площадь, занимаемую одной молекулой стеариновой кислоты на поверхности воды: ώ = 470 см² / 2,12×10¹⁷ = 222 × 10^-17 см² = 22,2 × 10^-20 м² = 22,2 (1 = 10^-10 м).

Рассчитываем Г = m(г) / М(г/моль) × Ω (м²) = 10^-4 / 284×0.047 = 7.49×10^-6 моль/м².

Пример 2. Вычислите удельную площадь поверхности катализатора, 1 г которого адсорбирует 95 мл азота N₂ (при нормальных условиях) до образования мономолекулярного слоя. Площадь поперечного сечения адсорбированной молекулы N₂ равна 16,2 .

Решение.

Удельная площадь поверхности равна

_УД = × ω × N_А = м²/ г.

Пример 3. Зависимость поверхностного натяжения (σ, Дж / м²) водного раствора ПАВ от его концентрации (с, моль/ л) при 298 K выражается уравнением: σ = 0.073 – 8с. Определите избыток ПАВ в поверхностном слое раствора (гиббсовскую адсорбцию Г, моль / м²) при концентрации ПАВ с = 1.25×10^-4 моль/ л.

Решение. Рассчитываем поверхностную активность, дифференцируя уравнение эмпирической зависимости σ от с:

(dσ/dc) = - 8. Подставляем ее и заданную концентрацию в адсорбционную формулу Гиббса (1.30): Г = 8×1.25×10^-4 (Дж/м²) / 8.31×298 (Дж/моль) = 4.04×10^-7 моль/м².

3.5. Задачи для самостоятельной работы

Адсорбционная способность угля при нормальных условиях для указанного газа составляет V л / г адсорбента. Определите, сколько молекул газа может адсорбироваться 1 г угля, и площадь сечения молекулы газа, если известна удельная поверхность угля Ω_уд (м² /г).

№ варианта	Газ	Ωуд, м2 /г	V, л / г
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13	СOCl2 СOCl2 СOCl2 СOCl2 NH3 NH3 NH3 N2 N2 N2 Cl2 Cl2 Cl2	1000 1250 1660 2900 1000 1330 1600 1000 1200 1500 1000 1180 1270	0.12 0.15 0.20 0.35 1.50 2.0 2.4 0.10 0.12 0.15 0.11 0.13 0.14

Лабораторная работа № 2. Адсорбция уксусной кислоты из водного раствора на активированном угле

Цель работы: получение изотермы адсорбции уксусной кислоты CH₃COOH из водного раствора на активированном угле, определение предельной адсорбции (адсорбционной емкости адсорбента) и константы адсорбционно-десорбционного равновесия.

Реактивы и посуда

1. Раствор уксусной кислоты с известной концентрацией С_экв.

2. Вода дистиллированная.

3. Навеска активированного угля m = 0.5 г

4. Раствор NaOH с концентрацией С_экв = 0.1 моль экв/л.

5. Спиртовый раствор фенолфталеина.

6. Фильтры бумажные.

7. Колбы, пипетки, бюретки.