Решение

1. х- масса токсина, находящегося в желудке, рассчитывается по формуле:

х=V*C=0,5л*0,02 г/л=0,005 г

2. m(угля) рассчитываем на основании уравнения Фрейндлиха: Г=x/m=0,18*C^0,6, откуда

m=0,005/(0,18*0,02^0,6)=0,59 г

10. Величины удельных адсорбций уксусной и масляной кислот на границе раздела уголь-водный раствор кислоты равны, соответственно, 0,8 и 1,8 моль/кг при концентрации растворов, равной 1моль/м³. Проверьте, соблюдается ли правило Дюкло-Траубе для этих систем. Во сколько раз возрастает поверхностная активность и величина удельной адсорбции органических кислот на границе раздела твердый адсорбент-водный раствор кислоты при увеличении углеводородного радикала на одну группу СН₂?

Решение

1. В молекуле уксусной кислоты (СН₃СООН) содержится на 2 группы СН₂ меньше, чем в молекуле масляной кислоты (СН₃ (СН₂)₂СООН). Рассчитаем, во сколько раз возрастают поверхностная активность и связанная с ней величина удельной адсорбции органических кислот на границе раздела уголь-водный раствор кислоты при увеличении углеводородного радикала на одну группу СН₂:

Пусть при увеличении углеводородного радикала на одну группу СН₂ величина удельной адсорбции (А_I) возрастает в х раз, тогда:

A(СН₃ (СН₂)₂СООН) =x²*А(СН₃СООН),

X=

Т.о, величина удельной адсорбции (А_I) на границе раздела уголь-водный раствор кислоты при увеличении углеводородного радикала на одну группу СН₂ возрастает в 1,5 раза

2. Согласно эмпирическому правилу Дюкло и Траубе поверхностная активность жирных кислот в гомологических рядах на границе раствор — воздух возрастает в 3,2 раза при увеличении углеводородной цепи на СН2-группу. Т.о. для рассматриваемых систем правило Дюкло и Траубе не соблюдается (в нашем случае х=1,5). Причиной этого является то, что данное правило характеризует адсорбцию на границе раствор — воздух. В нашем случае имеет место адсорбция на границе твердый адсорбент-жидкость.

11. Активированный уголь имеет удельную поверхность 1000м2/г. Рассчитать, сколько фосгена (мг) адсорбируется поверхностью 20 м2 угля, если 1 г уля при н.У адсорбирует 0,44 л газа. Решение

1. Находим массу фосгена СОCl₂, сорбируемого 1 г угля общей поверхностью 1000м²:

m₁ (COCl2)=M (COCl₂)*V(COCl₂)/Vm = 99г/моль*0,44л/22,4 л/моль = 1,945г

2. Находим массу фосгена СОCl₂, сорбируемого поверхностью 20 м² угля:

m₂ (COCl₂) =20* m₁ (COCl₂)/1000= 20*1,945/1000=0,0389 г=38,9 мг.

12. В 1903 году М.С.Цвет, пропустив через колонку с толченым мелом экстракт измельченных зеленых листьев, наблюдал образование цветных полос, расположенных по высоте колонки. К каким выводам пришел ученый? Развитию какого метода исследования положили начало опыты М.С. Цвета?

Ответ

1.Выводы ученого:

1.1. Природный пигмент хлорофилл, ранее считавшийся индивидуальным, при пропускании в растворе петролейного эфира через колонку, наполненную мелом, разделяется на несколько различно окрашенных зон. Разделяя колонку на отдельные части (зоны) и используя соответствующую систему растворителей, можно было выделить каждый пигмент. Таким образом было установлено, что листья высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл b, а также каротиноиды (каротин, ксантофилл и др.).

1.2. Поступая в колонку с мелом (адсорбентом), смесь пигментов разделялась потому, что различные составные части смеси по-разному взаимодействуют с адсорбентом, и те из них, у которых адсорбционное сродство с адсорбентом больше, поглощались раньше; вещество, менее адсорбирующееся, поглощалось в более удалённых слоях адсорбента. При непрерывном протекании раствора через адсорбент вещество с большим сродством к адсорбенту вытесняет вещество с меньшим к нему сродством. Поэтому вещества, слабо адсорбирующиеся и застрявшие в зоне сильно адсорбирующихся веществ, будут скоро оттеснены на своё место, в свою зону. Если затем через профильтрованную таким образом смесь пигментов пропустить чистый растворитель (один или несколько раз последовательно), то разделение пигментов будет ещё более чётким. Зоны отдельных пигментов сместятся вдоль трубки и совсем отделятся друг от друга, так как растворитель смещает их не в одинаковой мере. Столбик адсорбента, в котором поперечными полосками распределены отдельные пигменты, М.С.Цвет предложил назвать хроматограммой.

1.3. Таким образом, М.С.Цвет установил неоднородность хлорофилла, и, в то же время, предложил новый простой путь анализа и разделения смеси веществ, в том числе очень близких по свойствам, называемый в настоящее время хроматографией. Хроматография - метод разделения, анализа и физико-химического исследования веществ, основанный на распределении исследуемого вещества между двумя фазами – неподвижной (адсорбент) и подвижной (растворитель). Заслуга М.С.Цвета состоит в том, что он разработал этот метод, правильно оценил его значение и предсказал его универсальность.

2. Сегодня хроматография в ее различных вариантах занимает одно из первых мест среди физико-химических методов исследования. На принципе хроматографического разделения веществ основаны анализы аминокислотной и нуклеотидной последовательности в белках и нуклеиновых кислотах, выделение и очистка антибиотиков и множества других веществ, разделение изотопов, создание ядерного оружия и атомных электростанций, определение степени чистоты индивидуальных продуктов; очистка их от примесей; разложение сложных естественных веществ на компоненты и выделение этих компонент; контроль лекарственных средств, продуктов и товаров.

______________________________________________________________

13. В две колбы, содержащие по 200 мл 0,05 М растворов уксусной и пропионовой кислот, поместили по 3 г активированного угля. После установления адсорбционного равновесия были определены концентрации кислот в каждом растворе. Предскажите возможные варианты результатов эксперимента.

Ответ

1. Оба рассматриваемых опыта имеют как сходные, так и различные особенности.

1.1.Сходство заключается в том, что использованы:

один и тот же неполярный адсорбент с гидрофобной поверхностью - активированный уголь;

один и тот же полярный растворитель – вода;

происходит сорбция органических веществ одного гомологического ряда – карбоновых кислот;

количества адсорбента (угля) и адсорбатов (карбоновых кислот) в обоих опытах – одинаковы.

1.2. Различие опытов состоит в длине углеродной цепи адсорбата: уксусная кислота (СН₃СООН) имеет меньшую углеродную цепь, чем пропионовая (СН₃СН₂СООН)

2. Результаты эксперимента определяются двумя факторами:

2.1. Чем ближе адсорбат и адсорбент по полярности и больше их различие в полярности с растворителем, тем полнее происходит адсорбция. Это формулируется как правило выравнивания полярностей фаз, согласно которому вещества из раствора тем лучше адсорбируются на адсорбенте, чем больше разность полярностей между адсорбентом и растворителем (Ребиндер). Неполярные адсорбенты хорошо адсорбируют из полярных растворителей (H₂O) различного ряда неполярные вещества (в данном случае карбоновые кислоты). Чем меньше полярность адсорбата, тем больше величина адсорбции на неполярном адсорбенте. Следовательно, чем больше длина углеродной цепи адсорбата, тем больше величина адсорбции вещества из полярного растворителя. Согласно правилу полярности фаз, адсорбция будет сильнее в растворе пропионовой кислоты.

2.2.Пористость используемой марки сорбента.

Влияние на адсорбцию пористости адсорбента заключается в том, что с уменьшением размеров пор адсорбция небольших молекул ПАВ возрастает, а крупных - падает. Это связано с тем, что для заполнения мелких пор адсорбента требуется больше мелких и меньше крупных молекул. Как правило, при использовании активированного угля для очистки веществ в жидкой фазе используют его марки с удельной поверхностью между 900 м²/г и 1100 м²/г, в то же время значение удельной поверхности пор у лучших марок активных углей может достигать 1800—2200 м²/г. Несмотря на то, что различия в размерах молекул уксусной и пропионовой кислот не столь значительны, можно предположить, что использование адсорбента лучших марок будет способствовать усилению адсорбции уксусной кислоты.

3. Таким образом, в соответствии с правилом выравнивания полярности фаз следует ожидать, что адсорбция в растворе пропионовой кислоты будет протекать сильнее, ее равновесная концентрация после окончания эксперимента будет меньше, чем соотвествующая величина в растворе уксусной кислоты. Разница равновесных концентрациях различных кислот определяется качеством используемого активированного угля(его удельной поверхностью). Она будет минимальной, если использован уголь лучших марок.