Часть 3. Адсорбция на границе газ - твердое тело, раствор - твердое тело.

1. При адсорбции углекислого газа на саже с удельной поверхностью 73,7·10³ м²/кг были получены следующие данные:

р·10-2, Н/м	9,9	49,7	99,8	200
А·102, моль/кг	7,27	15,9	20,67	23,17

Рассчитайте площадь, занимаемую молекулой углекислого газа в плотном монослое, предполагая, что изотерма адсорбции описывается уравнением Ленгмюра.

2. По уравнению Ленгмюра вычислите величину адсорбции азота на цеолите при давлении 1,5·10² н/м², если A_max= 38,9·10^-3 кг/кг, К = 0,156·10^-2.

3. При адсорбции газообразного азота на активированном угле при 194 К были получены следующие данные:

p·10-3, Па	1,86	6,12	17,96	33,65	68,9
А·103, м3/кг	5,06	14,27	23,61	32,56	40,8

Значения А даны для азота при нормальных условиях. Рассчитайте постоянные в уравнении Ленгмюра и удельную поверхность активного угля, принимая плотность газообразного азота равной 1,25 кг/м³, а площадь, занимаемую молекулой азота на поверхности адсорбента, равной 0,16 нм².

4. По константам уравнения Ленгмюра Г_макс = 18,2٠10^-3 кг/кг и К = 0,1·10^-2 рассчитайте величину адсорбции углекислого газа на активном угле при давлении газа, равном 410³ Н/м²,

5. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по данным адсорбции азота:

p/ps	0,05	0,15	0,25	0,30
А·103, м3/кг	0,15	0,5	0,8	23,17

Площадь, занимаемая молекулой азота в плотном монослое, равна 0,16 нм², плотность азота 1,25 кг/м³.Рассчитайте удельную поверхность порошка стали, принимая s_о молекулы стеариновой кислоты в насыщенном монослое 0,20 нм².

6. По приведенным данным рассчитайте (по БЭТ) удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола на твердой поверхности. Площадь, занимаемая одной молекулой бензола s_о = 4910^-2 м².

р/рs	0,024	0,05	0,14	0,20	0,265	0,35
А 105,кмоль/кг	1,49	3,48	4,72	5,66	6,63	7,99

7. При адсорбции углекислого газа на активированном угле получены следующие данные:

p·10-2, Па	10,0	44,8	100,0	144.0	250,0
А·103, кг/кг	32,3	66,2	96,2	117,2	145,6

Определите константы уравнения Бедекера-Фрейндлиха.

8. По приведенным данным рассчитайте (по БЭТ) удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола, если s_о = 0,49 нм².

р/рs	0,04	0,05	0,15	0,22	0,27	0,36
А105,кмоль/кг	3,45	4,53	6,24	7,24	8,05	9,29

9. По изотерме адсорбции бензола определите удельную поверхность адсорбента (Т = 293 К, s_о = 4910^-20 м²)

р/рs	0,05	0,12	0,20	0,30	0,40	0,50
А105,кмоль/кг	3,1	5,98	8,0	11,0	13,6	17,7

10. По экспериментальным данным адсорбции этана на цеолите при 298 К рассчитайте константы уравнения БЭТ:

Равновесное давление р10-2, Н/м2	50	100	150	200	300	500
А103,кмоль/кг	2,0	2,37	2,53	2,63	2,77	2.84

Давление насыщенного пара р_s = 3710⁵ Н/м².

11. По экспериментальным данным адсорбции углекислого газа на цеолите при -17^оС рассчитайте константы уравнения БЭТ, если давление насыщенного пара р_s = 23,710⁵ Н/м².

Равновесное давление р10-2, Н/м2	25	50	100	150	200	300
А103,кмоль/кг	3,64	3,83	3,94	4,03	4,10	4,19

12. Используя константы эмпирического уравнения Бедекера – Фрейдлиха β = 1,610^-3 и 1/n =0,48, построите изотерму адсорбции углекислого газа на активированном угле при 2⁰С в интервале давлений от 210² до 2010² Н/м².

13. Определите константы уравнения Фрейндлиха для адсорбции бензойной кислоты на угле по следующим данным:

с, кмоль/м3	0,01	0,02	0,03	0,04	0,053
А103 кмоль/кг	0,5	0,66	0,8	0,93	1,04

14. При адсорбции неионого ПАВ RO(CH₂CH₂O)₈H (R – С₁₀) на саже из водного раствора различной концентрации получены следующие экспериментальные данные:

с, моль/м3	0,02	0,07	0,22	0,4
А∙107, моль/г	12	22,5	28,5	28,5

Определите удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой ПАВ s_о = 0,86∙10 нм².

15. При адсорбции из водного раствора ПАВ на гидрофобной поверхности образуется насыщенный адсорбционный слой толщиной 6,2510^-10 м. Рассчитайте молекулярную массу ПАВ, если его плотность 890 кг/м³, а площадь, занимаемая одной молекулой в насыщенном слое s_о=29,710^-20 м².

16. Вычислите константу скорости адсорбции полибутадиена на сульфате кальция из растворов в гексане (концентрация раствора 1%, Т = 293 К) по следующим экспериментальным данным:

 . мин	5	10	15	20	25	45	60
А103. кг/кг	0,9	1,5	2,22	2,5	2,75	3,1	3,1

17. При адсорбции стеариновой кислоты на сульфате кальция из толуольного раствора различной концентрации получены следующие экспериментальные данные:

с 103 кг/м3	2,5	5,0	7,5	10,0
А·103, кг/кг	2,0	3,75	5,5	7,5

Определите удельную поверхность адсорбента, если известно, что площадь, занимаемая одной молекулой кислоты в насыщенном монослое, равна 0,205 нм².

18. Вычислите константу скорости адсорбции лаурилдиметилбензиламмоний хлорида на силикагеле из водных растворов при 026^оС по следующим экспериментальным данным:

, мин	5	15	30	45	60	120
А104,кмоль/кг	0,51	0,87	1,37	1,65	1,94	2,01

19. Используя константы эмпирического уравнения Фрейндлиха  =1,510^-4 и 1/n = 0,32 построить изотерму адсорбции пропионовой кислоты на угле при 290 К в интервале концентраций от 0,0310^-3 кмоль/кг до 0,6610^-3 кмоль/кг.

20. Полистирол с молекулярной массой 310⁵ адсорбируется из толуольного раствора на углеродном волокне, имеющим удельную поверхность 0,12 м²/кг. Величина предельной адсорбции при образовании монослоя равна 0,033 кг/кг. Рассчитайте площадь, приходящуюся на 1 молекулу полистирола в плотном монослое.

21. При адсорбции полибутадиена из раствора в гексане при температуре 293К на сульфате кальция получены следующие экспериментальные данные:

с, кг/м3	2,0	4,2	6,4	8,0
А·103, кг/кг	2,03	4,22	6,97	7,6

Определите константы уравнения Ленгмюра.

22. Рассчитайте константы уравнения Ленгмюра по результатам адсорбции стеариновой кислоты из растворов в н-гексане при различной концентрации на порошке стали:

с105, моль/л	1,0	2,0	4,0	7,0	10,0	15,0
А103, кг/кг	0,786	0,864	1,0	1,17	1,3	1,47

23. Определите краевой угол смачивания, образованный каплей воды на твердом теле, если поверхностные натяжения на границе воздух - твердое тело, жидкость - твердое тело и жидкость-воздух соответственно равны 0,067; 0,020 и 0,074 Дж/м².

24. Рассчитайте работу адгезии для воды, глицерина и бензола, смачивающих фторопласт. Поверхностное натяжение (на границе с воздухом) воды, глицерина и бензола соответственно равны 71,96; 63,2 и 28,9 мДж/м², а краевые углы составляют 108, 100 и 46°.

25. Вычислите коэффициент растекания и определите, будет ли растекаться нормальный гексан по воде, если работа когезии для гексана 0,0368 Дж/м², а работа адгезии гексана к воде 0,0401 Дж/м².

26. Краевой угол воды на парафине равен 111° при 298 К. Для 0,1 М раствора бутиламина в воде поверхностное натяжение составляет 56,3 мДж/м², краевой угол на парафине равен 92°. Рассчитайте поверхностное давление пленки бутиламина, адсорбированного на поверхности парафин - вода. Поверхностное натяжение воды  = 71,96 мДж/м².

27.Экспериментально получено значение коэффициента растекания гептанола по воде, равное 37 мН/м. Рассчитайте межфазное натяжение на границе вода - гептанол, принимая значения поверхностных натяжений воды и гептанола соответственно 71,96 и 26,1 мН/м.

28. Вычислите поверхностное натяжение олеиновой кислоты, если коэффициент растекания ее по воде равен 24,5 мДж/м².Поверхностное натяжение воды равно 72,5·10^-3 Дж/м², межфазное натяжение составляет 0,016 Дж/м².

29. Через водную суспензию, состоящую из частиц кварца и графита, пропускается воздух. Какие частицы будут выносится с пеной, если краевой угол кварца 0°, графита 60°?

30. Порошок кварца и серы осторожно высыпали на поверхность воды. Какое явление можно наблюдать, если краевой угол для кварца 0°, для серы 78°?

31. Рассчитайте работу адгезии глицерина к 14% гелю желатины, нанесенному на парафин, если краевой угол равен 69°. Поверхностное натяжение глицерина  = 63,4 мН/м. Найдите коэффициент растекания глицерина по поверхности геля.

32. Рассчитайте работу когезии вазелинового масла и работу адгезии к гелю желатина, сформированному на фторопласте, если краевой угол равен 40°. Поверхностное натяжение вазелинового масла 30 мДж/м².

33. Вычислите краевой угол, образованный формамидом на поверхности желатинового геля, если работа адгезии составляет 48,7 мДж/м². Поверхностное натяжение формамида равно 38,2 мДж/м².

34. Коэффициент растекания хлорбензола на поверхности воды при 20°С составляет 2,3 мДж/м². Рассчитайте межфазное натяжение на границе двух жидкостей, принимая значения поверхностного натяжения воды и хлорбензола соответственно 71,96 и 35,97 мДж/м².

35. Определите краевой угол, образованный каплей воды на кварцевом стекле, если поверхностные натяжения на границе воздух - твердое тело, жидкость - твердое тело и жидкость-воздух соответственно равны 0,740; 0,668 и 0,072 Дж/м².