1.3.Визначення питомої поверхні вугілля методом вимірювання ізотерм адсорбції поверхнево-активної речовини

Зміна концентрації поверхнево-активної речовини в розчині, яка відбувається при адсорбції, може бути визначена методом вимірювання поверхневого натягу. В приладі Ребіндера (див. роб.1.1) визначають поверхневий натяг ряду розчинів нормального бутилового спирту різної концентрації, починаючи з вимірювання найбільш розведених. На основі одержаних даних будують ізотерму поверхневого натягу =f(C).

Після цього поміщають по 30 мл кожного розчину в колбочку з притертим корком, в якій вже знаходиться наважка активованого вугілля – 2 г. Розчини збовтують і після відстоювання вугілля (через 1,5–2 години) визначають їх поверхневий натяг. За ізотермою поверхневого натягу визначають концентрацію бутилового спирту після адсорбції і за різницею знаходять кількість бутилового спирту, адсорбовану наважкою вугілля. Кількість бутилового спирту Г, адсорбовану 1 г вугілля розраховують за формулою:

,

де m – наважка вугілля;

V – об’єм розчину, налитого в колбу;

С₀ – вихідна концентрація бутилового спирту;

С – рівноважна концентрація.

Для розрахунку площі, яку займає одна молекула в адсорбційному шарі, необхідно знати Г_∞ .Останнє можна розрахувати також графічним методом, користуючись рівнянням Ленгмюра, яке перетворюють слідуючим чином:

,

де Г_∞ – величина адсорбції при повному насиченні шару;

К – стала, яка характеризує спорідненість адсорбованої речовини до поверхні адсорбента.

.

Останнє рівняння є рівнянням прямої типу y=ax+b (див. рис.1.3).

Для того, щоб знайти Г_∞, на осі абсцис відкладають значення концентрації С, а на осі ординат величини С/Г, визначені з рівняння Гіббса, і з’єднують одержані точки прямою (рис.1.3). Тангенс кута , що утворюється даною прямою з віссю абсцис, рівний І/а, тобто Г_∞, а відрізок, що відсікається від осі ординат, виражає собою величину І/кГ_∞. Якщо позначити число молекул, які покривають 1 см² поверхні в насиченому адсорбованими молекулами шарі, через N₀, то очевидно, знаючи адсорбцію Г_∞, можна розрахувати площу q, яка припадає на одну молекулу:

,

де N_A- число Авогадро.

Г_∞ визначають в молях бутилового спирту на 1 г вугілля. Знаючи Г_∞ і площу q, яку займає одна молекула бутилового спирту при адсорбції можна розрахувати величину питомої поверхні вугілля S :

.

1.4.Адсорбція оцтової кислоти вугіллям

В шість конічних колбочок наливають розчини оцтової кислоти, одержані розведенням 0,4N розчину. Об’єми і концентрації розчинів оцтової кислоти в колбочках повинні бути такими, як це вказано в таблиці:

№ колбочки	1	2	3	4	5	6
Об’єм розчину, мл	150	150	150	125	110	105
Нормальність кислоти N, г-екв/л	0,012	0,025	0,05	0,1	0,2	0,4

Щоб визначити точну концентрацію кислоти в кожній колбі, відбирають піпеткою з колбочок №1, 2 і 3 по 50 мл розчину, із колбочки №4 – 25 мл і з колбочок №5 – 10 мл та №6 – 5 мл розчину кислоти і титрують ці кількості 0,1N розчином гідроксиду натрію.

Після цього в кожну колбочку вносять по 3 г активованого вугілля і, закривши її чистою пробкою, енергійно збовтують. Через півгодини розчин відфільтровують окремо з кожної колби. Перші порції фільтратів відкидають; з кожної колбочки відбирають піпеткою такі ж кількості фільтрату, як і в попередньому титруванні. Визначають в них залишковий вміст оцтової кислоти також шляхом титрування О,1N розчином NaOH. Одержані результати записують в слідуючу таблицю:

№ колбочки	С0	С	а	lgC	lgа

Тут С₀ – початкова концентрація оцтової кислоти; С – рівноважна концентрація; а – кількість кислоти, адсорбована наважкою вугілля.

Щоб переконатись, наскільки одержані дані узгоджуються з емпіричним рівнянням Фрейндліха

,

де а – кількість адсорбованої речовини, віднесена до одиниці маси адсорбента;

С – концентрація цієї речовини в розчині при рівновазі;

 і n – дві емпіричні сталі,

будують графік, відкладаючи на осі абсцис lgC, a на осі ординат lgа. На графіку повинна утворитись пряма. Визначають значення сталих  та n.

Спосіб знаходження цих сталих грунтується на побудові саме прямої типу y=ax+b, що виражається рівнянням:

,

одержаного при логарифмуванні попереднього рівняння. Тангенс кута, утвореного цією прямою lgа=f(lgC) з віссю абсцис, рівний 1/n , а відрізок, що відсікається прямою по осі ординат, рівний lg.