Вкладка 1

Вариант 1 (их два, спроси какой)

номер 1

1. Приведите классификацию пористых адсорбентов по размерам

пор. Какие адсорбционные теории описывают адсорбцию на различных пористых телах по этой классификации?

Размер пор играет значительную роль при адсорбции, так как от этого параметра зависит сам механизм адсорбции. В зависимости от размера пор Дубинин предложил разделить все адсорбенты на три группы.

макропористые:

rпор 100-200 нм Sуд=0,5÷2 м2/г

Особенностью этих адсорбентов является то, что размеры макропор существенно больше размеров молекул большинства адсорбатов. В этом случае можно пренебречь кривизной стенок пор и рассматривать адсорбцию как на однородной поверхности

Какими теориями описать адсорбцию:

БЭТ

Как описать график: Ось y – А, ось x – p/ps Сначала график из точки 0,0 медленного возрастает, формируя выпуклость, затем начиная с середины график начинает медленно возрастать, формируя вогнутость

Генри

Как описать график:

ось y – A, ось x – C/p. Проводим возрастающую прямую из 0.0

Ленгмюра

Как описать график:

ось y – A, ось x – C/p. Проводим возрастающую кривую из 0.0, которая после формирования выпуклости идет параллельно оси x, на оси y отметить Абеск в момент формирования на графике параллельной прямой

мезопористые:

rпор от 1,5 до 100-200 нм Sуд 100÷500 м2/г

Полимолекулярная адсорбция паров на стенках переходных пор ведет к формированию в порах вогнутых менисков с отрицательной кривизной. При дальнейшем повышении давления паров адсорбата, в соответствии с уравнением , в порах начинается капиллярная конденсация

Описывается теорией капиллярной конденсации

микропористые:

rпор 0,5-1,5 нм Sуд 500÷1000 м^2/г

основной особенностью адсорбции в микропорах является близость размеров пор и размеров молекул адсорбата. Из-за этого при адсорбции наблюдается ситовой эффект, то есть адсорбат, молекулы которого способны проникать в микропоры, адсорбируется значительно лучше, чем адсорбат с более крупными молекулами. В силу малого размера микропор, поля молекулярных сил противоположных стенок пор перекрываются, вследствие чего энергия взаимодействия молекулы адсорбата с окружающими ее стенками поры оказывается повышенной (как и теплота адсорбции). Все это способствует повышенной адсорбционной способности и селективности адсорбции.

Какими теориями описать адсорбцию:

Поляни

, где

Как описать график:

ось y – E круглая, ось x – V. Сверху оси y начинаем вести убывающую кривую, которая формирует небольшую вогнутость, а затем начинает формировать небольшую выпуклость и почти доходит до оси x

Объемного заполнения микропор

обобщенное уравнение изотермы адсорбции теории объемного заполнения микропор

Для многих микропористых активных углей п = 2. С учетом этого, уравнение принимает вид:

уравнение Дубинина-Радушкевича

Как описать график:

ось y – lnA, ось x – (ln(ps/p))^2. Сверху оси y начинаем вести убывающую прямую Прямая доходит до оси y пунктиром, оси x не касается Расстояние от точки 0,0 то точки пересечния пунктира прямой с осью отмечаем буквой a

номер 2

2. Какова природа броуновского движения? Каким параметром характеризуют интенсивность броуновского движения, и что на него влияет?

Броуновское движение - хаотичное движение частиц (капель) дисперсной фазы в ультрамикрогетерогенных системах, имеющее тепловую природу. Частица, находящаяся в жидкости или газовой фазе, испытывает соударения со всех сторон с молекулами среды. Число этих соударений тем больше, чем крупнее частица. При большом числе соударений они компенсируют друг друга, и частица остается неподвижной. По мере уменьшения размеров частицы статистика начинает нарушаться, и частица начинает совершать сначала колебательные движения, а затем хаотично перемещаться в поле зрения наблюдателя. Если исходить из предположения о тепловой природе броуновского движения, то для любой частицы, участвующей в этом движении, можно записать следующее соотношение: Броуновское движение характеризуется величиной среднеквадратичного сдвига частицы за некоторое время τ. Для расчета этого параметра наблюдают за движением частицы в микроскоп и фиксируют ее положение через равные промежутки времени τ. Точки, соответствующие каждым двум последовательным положениям, соединяют между собой отрезками прямой и измеряют их l1, l2, l3 и т.д. среднеквадратичный сдвиг (смещение) по выбранному направлению, либо ось x, либо ось y Значение этого сдвига является основным параметром, которым характеризуют интенсивность броуновского движения. С его помощью был получен закон, описывающий тепловое движение частиц:

закон Эйнштейна-Смолуховского дает взаимосвязь между среднеквадратичным сдвигом и коэффициентом диффузии частиц:

Среднеквадратичный сдвиг зависит от T системы, вязкости дисперсионной среды и размера частиц, пропорционален квадратному корню из времени Броуновское движение должно быть тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше размер частиц

номер 3

3. Адсорбция растворенного в воде ПАВ на поверхности раствор-воздух подчиняется уравнению Ленгмюра. При концентрации ПАВ 0,1 моль/л степень заполнения поверхности θ = 0,4. Рассчитайте поверхностное натяжение при 300К и концентрации ПАВ в растворе 0.2 моль/л. Молекула ПАВ занимает на поверхности площадь 0,2 нм^2, поверхностное натяжение воды 71,66 мДж/м^2.

номер 4

4. Используя уравнение Гуи-Чепмена, рассчитайте значение потенциала на расстоянии 10 и 30 нм от межфазной поверхности. Дисперсионной средой является водный раствор СаCl2 с концентрацией 3*10^(-4) моль/л (индифферентный электролит), Т = 293К, ε = 80,1, φ0 = 0,03 В.

Вариант 1 (их два, спроси какой) номер 1

1. Каковы причины капиллярно-конденсационного гистерезиса при адсорбции на мезопористых адсорбентах? Ответ обоснуйте с использованием соответствующего уравнения.

Гистерезис капиллярно-конденсационный - несовпадение изотерм адсорбции и десорбции при адсорбции паров в мезопорах (переходных порах). Мезопористый адсорбент - твёрдое пористое тело, размеры пор которого лежат в пределах 2÷200 нм. При малых давлениях происходит полимолекулярная адсорбция на стенках пор. Она приводит к формированию в порах вогнутых менисков с отрицательной кривизной. При дальнейшем повышении паров адсорбата в соответствии с уравнением в порах начинается капиллярная конденсация. 1 — изотерма адсорбции; 2 — изотерма десорбции Как объяснить график: Ось y это A, ось x это p/ps. Из точки 0,0 начинаешь вести возрастающую кривую, которая проседает создавая вогнутость, а затем снова выравнивается. Отмечает это цифрой 1. Соединяем конец и начало первой кривой пунктиром, отмечаем это цифрой 2. После завершения конденсации в открытых цилиндрических порах (после их заполнения) образуются сферические вогнутые мениски. Это означает, что десорбция из этих пор будет происходить в соответствии с уравнением , то есть при меньшем давлении, чем при адсорбции, так как правые части уравнений и отличаются практически в два раза при cosθ = 1. Такое изменение формы и кривизны мениска при переходе от адсорбции к десорбции приводит к несовпадению изотерм адсорбции и десорбции, то есть к образованию петли капиллярно-конденсационного гистерезиса.

номер 2

2. Каким параметром характеризуют интенсивность броуновского движения? От каких свойств системы зависит этот параметр?

Броуновское движение - хаотичное движение частиц (капель) дисперсной фазы в ультрамикрогетерогенных системах, имеющее тепловую природу. Характеризуется величиной среднеквадратичного сдвига частицы за некоторое время τ. Для расчета этого параметра наблюдают за движением частицы в микроскоп и фиксируют ее положение через равные промежутки времени τ. Точки, соответствующие каждым двум последовательным положениям, соединяют между собой отрезками прямой и измеряют их l1, l2, l3 и т.д. среднеквадратичный сдвиг (смещение) по выбранному направлению, либо ось x, либо ось y Значение этого сдвига является основным параметром, которым характеризуют интенсивность броуновского движения. С его помощью был получен закон, описывающий тепловое движение частиц:

закон Эйнштейна-Смолуховского дает взаимосвязь между среднеквадратичным сдвигом и коэффициентом диффузии частиц:

Среднеквадратичный сдвиг зависит от T системы, вязкости дисперсионной среды и размера частиц, пропорционален квадратному корню из времени Броуновское движение должно быть тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше размер частиц

Выше интенсивность, чем больше T и меньше вязкость

номер 3

3. Адсорбция растворенного в воде ПАВ во поверхности раствор-воздух подчиняется уравнению Ленгмюра. При конвертации ПАВ с =0,1 моль/л степень заполнения поверхности θ = 0,4. Рассчитайте поверхностное натяжение при 300К и концентрации ПАВ в растворе, равной 0,2 моль/л. Молекула ПАВ занимает на поверхности площадь ω = 0,2 м^2, поверхностное натяжение воды σ =71.66 мДж/м^2.

номер 4

4. Используя уравнение Гун-Чапмена, рассчитайте значение потенциала на расстоянии 10 и 50 нм от межфазной поверхности. Дисперсионной средой является водный раствор NaCl с концентрацией с = 5*10^(-4) моль/ (индифферентный электролит), Т>293К, ε = 80,1, φ = 0,03 В.