Контрольная работа №1

Вариант 4.

1. Какие изотермы адсорбции предсказывает теория БЭТ?

Теория БЭТ предсказывает изотермы адсорбции 2-го и 3-го типов.

1. Изотерма 2-го типа наблюдается, когда k > 1 (т.е. U_a > U_L). Это означает, что энергия взаимодействия молекулы с активным центром адсорбента (U_a) больше энергии взаимодействия между самими адсорбированными молекулами (U_L). В этом случае первый монослой формируется легко, а последующие слои образуются менее охотно. Изотерма имеет S-образную форму с точкой перегиба, соответствующей завершению формирования монослоя.

2. Изотерма 3-го типа наблюдается, когда k < 1 (т.е. U_a < U_L). Это означает, что взаимодействие между адсорбированными молекулами сильнее, чем их взаимодействие с поверхностью адсорбента. Первый слой формируется с трудом, но как только он начинает образовываться, межмолекулярные взаимодействия способствуют быстрому нарастанию последующих слоев. Изотерма имеет выпуклую форму относительно оси давления на всем протяжении, без явной точки завершения монослоя.

Теория БЭТ объясняет полимолекулярную адсорбцию, то есть образование нескольких слоев адсорбированных молекул. Молекулы могут адсорбироваться не только на свободных активных центрах поверхности, но и поверх уже адсорбированных молекул.

Уравнение БЭТ

описывает именно этот процесс и выводит два возможных типа кривых в зависимости от константы k.

Теория БЭТ не предсказывает I тип (ленгмюровскую изотерму) как основной случай. Изотерма I типа характерна для мономолекулярной адсорбции, которую наиболее успешно описывает теория Ленгмюра.

Теория БЭТ была разработана специально для описания полимолекулярной адсорбции. Она явно предсказывает и объясняет формирование II и III типов изотерм в зависимости от соотношения энергий взаимодействия молекула-поверхность (U_a) и молекула-молекула (U_L), что определяет константу k. Хотя при экстремально высоких k уравнение БЭТ может аппроксимировать изотерму I типа, сам I тип является характерным следствием мономолекулярной модели Ленгмюра и не является основным предсказанием теории БЭТ для полимолекулярного процесса.

2. На основании каких опытных данных можно определить знак удельной адсорбции на границе ж-г? Как рассчитывается величина удельной адсорбции на этой границе?

Знак удельной адсорбции на границе раздела жидкость — газ можно определить на основании опытных данных о поверхностном натяжении. 

Если при растворении вещества наблюдается понижение поверхностного натяжения, то удельная адсорбция положительная. Это означает, что поверхностный слой обогащён растворённым веществом. Такая ситуация характерна для поверхностно-активных веществ. 

Повышение поверхностного натяжения — признак отрицательной адсорбции. В этом случае концентрация растворённого вещества в поверхностном слое меньше, чем в объёме раствора. Такая ситуация соответствует поверхностно-инактивным веществам. 

Величина удельной адсорбции представляет собой отношение количества газа, находящегося в поверхностном слое твёрдого тела, к его поверхности или массе. 

Удельная адсорбция зависит от давления (концентрации) газа. Также она сильно влияет на температуру: чем больше давление, тем больше величина адсорбции, а с возрастанием температуры она резко

3. Охарактеризуйте равновесные свойства жидкой и парообразной фаз, разделённых искривленной границей раздела.

Равновесные свойства жидкой и парообразной фаз, разделённых искривлённой границей раздела, характеризуются следующими особенностями:

• Различие давлений внутри фаз. В фазе с положительной кривизной (выпуклой) давление больше, чем внутри фазы с отрицательной кривизной (вогнутой).

• Возникновение капиллярного давления. Разность давлений в фазах, разделённых искривлённой границей раздела, называется капиллярным давлением. Оно обусловлено действием силы поверхностного натяжения.

• Дополнительное давление, направленное к центру кривизны. Центр кривизны может находиться внутри жидкости (положительная кривизна) и вне жидкости (отрицательная кривизна). В первом случае дополнительное давление увеличивает внутреннее давление жидкости (сжатие), а во втором — уменьшает его (растягивание).

• Необходимость одинаковой кривизны поверхности раздела. В равновесных условиях поверхность раздела между фазами должна иметь одинаковую кривизну на всех участках. В противном случае между участками с разной кривизной поверхности возникает перепад давлений и соответствующие потоки.

• Зависимость давления насыщенного пара от кривизны поверхности. При отрицательной кривизне (например, в капиллярах при смачивании) давление насыщенного пара над искривлённой поверхностью уменьшается с увеличением кривизны (с уменьшением радиуса кривизны).

4. Как изменится краевой угол смачивания парафина водой, если в ней растворить пав?

При растворении ПАВ в воде краевой угол смачивания парафина уменьшится. Это происходит потому, что молекулы ПАВ адсорбируются на границе раздела парафин-раствор, ориентируясь гидрофобными частями к парафину, а гидрофильными — к водному раствору. Такая адсорбция снижает межфазное натяжение на этой границе и делает поверхность парафина более смачиваемой (лиофильной) для водного раствора ПАВ, что приводит к уменьшению (обострению) краевого угла. При этом краевой угол (для несмачиваемой поверхности , то есть тупой) становится более острым, уменьшается, а поверхность лиофилизируется.

Главная причина уменьшения угла — адсорбция ПАВ на границе твердое тело-жидкость.

5. Как устроен ДЭС на поверхности частиц AgCI, полученных при сливании равных объёмов растворов NaCI (C= 0,02 моль/л) и AgNO3 (C= 0,03 моль/л)? Напишите формулу мицеллы.

Решение:

NaCl + AgNO_3(изб) = AgCl + 2NaNO₃

В избытке AgNO₃, значит потенциалопределяющие ионы Ag⁺, противоионы NO₃^-,

ко-ионы K⁺.

Формула мицелл золя:

С хема строения мицеллы:

Задача. Рассчитать удельную поверхность пористой керамической диафрагмы по данным об адсорбции ионов из водного раствора KCL при концентрации С = 5•10-3 моль/л: Г+= 1,9•10-4моль/г и Г-= 3,8-10-7 моль/г.

Решение:

Ввиду того, что (Г - удельная адсорбция в моль/м²) справедливо следующее равенство:

По опытным данным рассчитывают потенциал плоскости максимального приближения ионов:

Затем по формуле вычисляют параметр Дебая:

По формуле рассчитывают удельную адсорбцию противоионов в моль/м²:

Удельную поверхность вычисляют по формуле:

Ответ:

Контрольная работа №2

вариант 5