![](/user_photo/_userpic.png)
- •191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 16
- •Тема 1. Основные признаки объектов коллоидной химии
- •Тема 2. Поверхностное натяжение
- •Тема 3. Адсорбция. Основные понятия
- •Тема 4. Адсорбция на границе твердого тела с газовой фазой
- •Тема 5. Адсорбция на границе жидкий раствор – газ
- •Тема 6. Ионообменная адсорбция
- •1) Уголь-бензол. 2)Уголь-вода. 3) Вода-воздух.
- •1) Уголь – вода. 2) Уголь – вода. 3) Бензол – воздух.
- •Библиографический список
Тема 4. Адсорбция на границе твердого тела с газовой фазой
Контрольный вопрос. В какой области парциального давления газообразного адсорбата применимо уравнение Фрейндлиха для описания адсорбции с образованием мономолекулярного насыщенного слоя адсорбата?
1) От 0 до р1.
2) От р2 до р3.
3) От р1 до р2.
1). От 0 до р1. – Ответ неправильный.
Изотерма адсорбции, протекающей с образованием мономолекулярного насыщенного слоя, описывается экспериментальным уравнением Фрейндлиха
,
где А – величина адсорбции, р – равновесное давление, К и 1/n – постоянные, причем 1/n – правильная дробь и характеризует степень приближения изотермы к прямой.
На
участке от 0 до р1
адсорбция
нарастает практически прямолинейно.
Этот участок изотермы, отвечающий малым
давлениям (
),
может быть получен с помощью уравнения
Фрейндлиха только при условии равенства
1/n = 1, что не отвечает условию данного уравнения (1/n – правильная дробь).
2) От р2 до р3. – Ответ неправильный.
Образованию насыщенного мономолекулярного адсорбционного слоя при высоких давлениях отвечает горизонтальный участок на изотерме адсорбции (от р2 до р3): адсорбция не зависит от давления. Этот участок может быть получен только при 1/n = 0, что также не соответствует условию уравнения. Таким образом, в интервале давлений от 0 до р3 показатель степени 1\n изменяется от 1 до 0 (является функцией давления), что противоречит условию уравнения Фрейндлиха.
3) От р1 до р2 – Ответ правильный.
В интервале давлений от р1 до р2 1/n =const < 1, следовательно, уравнение Фрейндлиха пригодно только для интервала средних давлений – от р1 до р2.
Тема 5. Адсорбция на границе жидкий раствор – газ
Контрольный вопрос. Объясните влияние природы растворенного вещества на характер адсорбции и величину поверхностного натяжения раствора.
____________________________________________________________
Ответ.
На поверхности «жидкий раствор – газ»
адсорбируются молекулы растворенного
вещества, и характер адсорбции определяется
взаимодействием молекул растворенного
вещества и растворителя. В соответствии
с фундаментальным адсорбционным
уравнением Гиббса величина адсорбции
может иметь как положительный, так и
отрицательный знак, что определяется
производной
.
Положительно адсорбируются вещества,
обладающие невысоким сродством к
растворителю, когда взаимодействие
«растворитель – растворитель» больше,
чем «растворитель – растворенное
вещество». При этом молекулы растворенного
вещества проявляют тенденцию к выходу
из жидкой фазы, степень некомпенсированности
поверхностных сил снижается, и
поверхностное натяжение уменьшается
.
Группа веществ, снижающих поверхностное
натяжение воды в результате адсорбции,
получила название поверхностно-активные
вещества (ПАВ). Представителями ПАВ
являются многие органические соединения,
в том числе кислоты жирного ряда и их
соли, высшие спирты, сульфокислоты и их
соли, амины.
Отрицательно
адсорбируются вещества, для которых
характерно сильное взаимодействие с
растворителем, большее, чем взаимодействие
между молекулами растворителя. Такие
вещества называют поверхностно-инактивные.
В результате адсорбции поверхностно-активных
веществ поверхностное натяжение
увеличивается
,
так как молекулы (ионы) растворенного
вещества в большей степени удерживаются
в объеме жидкой фазы, усиливая тем самым
некомпенсированность поверхностного
слоя.
Контрольный вопрос. Какое из приведенных веществ является поверхностно-активным по отношению к воде?
1) Хлорид натрия.
2) Серная кислота.
3) Капроновая кислота.
__________________________________________________________________
1) Хлорид натрия. – Ответ неправильный
2) Серная кислота. – Ответ неправильный.
Эти вещества являются электролитами, при растворении распадаются на хорошо гидратирующиеся ионы, которые уходят в объем жидкой фазы, в результате чего происходит отрицательная адсорбция (Г < 0), а поверхностное натяжение повышается.
3) Капроновая кислота. – Ответ правильный.
Характерной особенностью строения большинства ПАВ является их дифильность, т. е. молекула состоит из полярной части (полярная группа) и неполярной части (углеводородный радикал). Такое строение молекулы ПАВ обусловливает одновременное сродство к полярной и неполярной средам, в результате чего поверхностно-активное вещество адсорбируется на поверхности раздела «жидкий раствор – газ». При этом полярные группы обращены в жидкую (полярную фазу), а углеводородные радикалы выталкиваются в себе подобную (слабо полярную или неполярную) среду – газовую фазу. Взаимодействие углеводородных радикалов с поверхностными молекулами жидкости снижает некомпенсированность молекулярных сил поверхностного слоя, и поверхностное натяжение снижается.
Контрольный вопрос. Какая из приведенных ниже изотерм поверхностного натяжения отвечает веществу с большей поверхностной активностью?
1) Изотерма 1.
2) Изотерма 2.
__________________________________________________________________
2) Изотерма 2. –Ответ правильный.
Адсорбционное уравнение Гиббса устанавливает связь между адсорбцией, поверхностным натяжением и концентрацией растворенного вещества (для растворов невысокой концентрации):
.
Знак
гиббсовской адсорбции определяет
производная
.
При
производная не зависит от концентрации
и становится характеристической
постоянной. Эту величину
назвали
поверхностной активностью. Физический
смысл поверхностной активности можно
сформулировать следующим образом: это
сила, удерживающая вещество на поверхности
и рассчитанная на единицу гиббсовской
адсорбции. Поверхностная активность
характеризует способность вещества
изменять поверхностное натяжение. При
положительной адсорбции величина
имеет отрицательный знак, т. е. поверхностное
натяжение уменьшается. Чтобы знаки
поверхностной активности и гиббсовской
адсорбции совпадали, перед производной
ставят знак минус, и выражение для
определения поверхностной активности
принимает вид
.
Из этого выражения следует, что чем
сильнее уменьшается поверхностное
натяжение с увеличением концентрации,
тем больше поверхностная активность
этого вещества.