Вопросы к защите

1. Что такое адсорбция?

2. В каких единицах выражается удельная адсорбция?

3. Каким способом устанавливают область применимости уравнения Фрейндлиха к данному виду адсорбции?

4. Напишите уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха. Как определить его константы?

5. Где применяется явление адсорбции?

6. Какие еще уравнения адсорбции Вам известны?

7. Какие адсорбенты Вы знаете?

8. Перечислите области применения адсорбентов.

9. Является ли активированный уголь полярным адсорбентом? Какие адсорбенты лучше адсорбируют полярные молекулы?

10. Применимо ли уравнение Лэнгмюра к данному типу адсорбции?

Лабораторная работа № 2 Получение золя гидроксида железа (III) и определение его порога коагуляции

Цель работы – приготовить золь гидроксида железа и изучить коагуляцию золя различными электролитами, определить порог коагуляции для каждого электролита.

Элементы теории

Один из методов получения золей гидроксидов тяжелых металлов является реакция гидролиза. Реакция получения гидроксида железа(III) идёт по схеме:

FeCl_3­ + 3H₂O ↔ Fe(OH)₃ + 3HCl

Эта реакция протекает ступенчато. Степень гидролиза возрастает с ростом температуры и с увеличением разбавления раствора. Несколько молекул Fe(OH)₃ образуют агрегат [Fe(OH)₃]_n , поверхностные молекулы агрегата вступают в химическую реакцию с HCl:

Fe(OH)₃ +HCl ↔ FeOCl + 2H₂O.

Молекулы FeOCl подвергаются электролитической диссоциации с образованием ионов:

FeOCl ↔ FeO⁺ + Cl^-

Из растворов на поверхности коллоидных частиц адсорбируются ионы, близкие по своей природе к составу ядра, поэтому агрегат достраивается, присоединяя m ионов FeO⁺ , образуя ядро. Противоионы Cl^- окружают ядро, из них часть анионов образуют плотно связанный с ядром адсорбционный слой, остальные образуют размытый диффузный слой. Схематически можно изобразить строение частиц золя гидроокиси железа(III) следующим образом:

{[Fe(OH)₃]_nmFeO⁺∙(m - x)Cl^-} + xCl^-

^{ядро | адсор. слой | диф. слой}

Ядро вместе с анионами адсорбционного слоя образуют заряженную гранулу, которая является кинетической единицей. Гранула вместе с анионами диффузного слоя образует электронейтральную мицеллу.

Гидрофобные золи, к которым относится золь гидроксида железа, термодинамически неустойчивы и склонны к коагуляции. Коагуляция – процесс слипания частиц дисперсной фазы под действием ряда факторов. Наиболее эффективным фактором, вызывающим коагуляцию, является добавление электролитов. Существующие теории объясняют коагуляцию адсорбцией ионов на поверхности гранул, что вызывает нейтрализацию заряда гранул, а также сжатием двойного электрического слоя и уменьшением дзета-потенциала, и другими причинами. Минимальная концентрация добавленного электролита, вызывающая явную коагуляцию, называется порогом коагуляции лиофобного золя. Эта величина зависит как от природы электролита, так и от валентности коагулирующего иона, и выражается концентрацией (миллимоль/литр). Зависимость порога коагуляции характеризуется правилом Шульце-Гарди: коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы; коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулятора.

Коагуляция золя приводит к седиментации и разделению фаз, образованию хлопьев и выпадению осадка. Появляется мутность, изменяются физико-химические свойства золя (электропроводность, вязкость).