Поверхностные явления. Адсорбция. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Физико-химические основы нанотехнологий»

Задача 6. По экспериментальным данным адсорбции фенола на ионите при 473 К графически определите константы в уравнении Ленгмюра, пользуясь которыми, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра.

Задача 7. По экспериментальным данным адсорбции углекислого газа на цеолите при 293 К графически определите константы в уравнении Ленгмюра,

пользуясь которыми, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра.

Задача 8. По экспериментальным данным адсорбции углекислого газа на активированном угле найдите константы в уравнении Ленгмюра, рассчитайте и постройте изотерму адсорбции Ленгмюра.

Задача 9. По экспериментальным данным адсорбции аргона на слюде при

90 К вычислите константы уравнения Ленгмюра графическим способом, по-

стройте изотерму адсорбции Ленгмюра.

Задача 10. По экспериментальным данным адсорбции углекислого газа на активированном угле вычислите константы уравнения Ленгмюра графиче-

ским способом, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра.

21

Задача 11. По экспериментальным данным адсорбции стеариновой кис-

лоты в гексане на порошке стали вычислите константы уравнения Ленгмюра графическим способом, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра

Задача 12. По экспериментальным данным адсорбции аргона на активи-

рованном угле вычислите константы уравнения Ленгмюра графическим спосо-

бом, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра.

Задача 13. По экспериментальным данным адсорбции СО на древесном угле при 273 К вычислите константы уравнения Ленгмюра графическим спосо-

бом, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра.

Задача 14. По экспериментальным данным адсорбции паров воды макро-

пористым силикагелем вычислите константы уравнения Ленгмюра графиче-

ским способом, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра.

Задача 15. По экспериментальным данным адсорбции бензола на поверх-

ности непористой сажи вычислите константы уравнения Ленгмюра графиче-

ским способом, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра.

22

Задача 16. По изотерме адсорбции азота при 77 К рассчитайте удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой азота

поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой азота

поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой азота

S0 = 0,162 нм2.

Задача 19. По изотерме адсорбции азота при 77 К рассчитайте удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой азота

S0 = 0,162 нм2.

Задача 20. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бен-

зола S0 = 0,49 нм2.

23

Задача 21. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бен-

зола S0 = 0,49 нм2.

Задача 22. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бен-

зола S0 = 0,49 нм2.

Задача 23. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бен-

зола S0 = 0,49 нм2.

Задача 24. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бен-

зола S0 = 0,49 нм2.

Задача 25. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бен-

зола S0 = 0,49 нм2.

24

Задача 26. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бен-

зола S0 = 0,49 нм2.

Задача 27. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность активированного угля, если площадь, занимаемая одной мо-

лекулой бензола S0 = 0,49 нм2.

Задача 28. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность активированного угля, если площадь, занимаемая одной мо-

лекулой бензола S0 = 0,49 нм2.

Задача 29. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность активированного угля, если площадь, занимаемая одной мо-

лекулой бензола S0 = 0,49 нм2.

Задача 30. По изотерме адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удель-

ную поверхность активированного угля, если площадь, занимаемая одной мо-

лекулой бензола S0 = 0,49 нм2.

25

Задача 31. На основании опытных данных, полученных при исследова-

нии поверхностного натяжения указанного водного раствора ПАВ при 20°С,

рассчитайте площадь, занимаемую одной молекулой ПАВ и толщину адсорб-

ционного монослоя графическим и аналитическим способами. Для этого:

Аналитический способ

1. Рассчитайте среднее значение концентрации Сср, значения С, Δσ и Δσ/ΔС.

Графический способ

1.Постройте изотерму поверхностного натяжения σ = f(C).

2.Проведите графическое дифференцирование кривой, найдите величину отрезка Z.

3.Рассчитайте величину адсорбции Г по уравнению Г RTZ .

4.Рассчитайте значения С/Г и постройте изотерму адсорбции в координа-

тах линейной формы уравнении Ленгмюра С/Г = f(C).

5. Определите графически значения Г∞ и К, вычислите S0 и δ.

На основании расчетов сделайте выводы о точности обоих методов.

Вариант 1. ПАВ – пентанол

26

Вариант 2. ПАВ – гексанол

Вариант 8. ПАВ – масляная кислота при 293 К

27

Вариант 10. ПАВ – валериановая кислота при 293 К

Задача 32. Вычислите адсорбцию масляной кислоты на поверхности вод-

ного раствора с воздухом при 293 К и концентрации 0,5 моль/л, если зависи-

мость поверхностного натяжения от концентрации выражается уравнением

Шишковского: 0 16,7 10 3 ln 1 21,5 С .

Задача 33. Вычислите постоянную В уравнения Шишковского и величи-

ну предельной адсорбции на границе раздела фаз раствора масляной кислоты – воздух при 17°С, если площадь, занимаемая одной молекулой кислоты на по-

верхности раздела равна 20,5·10-20 м2.

28

Задача 34. Вычислите поверхностную активность валериановой кислоты на границе ее водного раствора с воздухом при 353 К и концентрации 0,01

моль/л по константам уравнения Шишковского: В = 17,7·10-3, А = 19,72.

Задача 35. Определите величину адсорбции пропилового спирта на гра-

нице раздела водный раствор – воздух при 293 К и концентрации 0,1 моль/л,

если зависимость поверхностного натяжения от концентрации выражается уравнением Шишковского: 0 14,4 10 3 ln 1 6,6 С .

Задача 36. По уравнению Гиббса вычислите величину адсорбции парато-

луидина на границе раздела водный раствор – воздух при 293 К по следующим данным: С = 0,08 моль/л, С 0,180 .

Задача 37. Вычислите постоянную В уравнения Шишковского при 293 К

и площадь, занимаемую одной молекулой анилина в насыщенном адсорбцион-

ном слое на поверхности его водного раствора, если величина предельной ад-

сорбции составляет Г∞ = 6,0·10-6 моль/м2.

Задача 38. Вычислите по уравнению Ленгмюра величину адсорбции изо-

амилового спирта при концентрации 0,2 моль/л на границе раздела водный рас-

твор – воздух при 292 К по значениям констант: А = 42, Г∞ = 8,7·10-6 моль/м2.

Задача 39. По уравнению Ленгмюра вычислите величину адсорбции про-

пионовой кислоты на границе раздела водный раствор – воздух при 20°С, если константы уравнения Шишковского составляют: А = 7,16, В = 12,8·10-3. Кон-

центрация кислоты равна 0,6 моль/л.

Задача 40. По уравнению Ленгмюра вычислите величину предельной ад-

сорбции и площадь, занимаемую одной молекулой пропилового спирта на гра-

нице раздела водный раствор – воздух при 293 К, если постоянная уравнения Шишковского В = 14,4·10-3 Дж/м2.

Задача 41. По уравнению Гиббса вычислите величину адсорбции парато-

луидина на границе раздела водный раствор – воздух при 293 К по следующим данным: С = 0,005 моль/л, С 0,325 .

29

Задача 42. Найдите адсорбцию пропионовой кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух при 290 К и концентрации 0,5 моль/л по сле-

дующим значениям констант уравнения Шишковского: В = 12,5·10-3, А = 7,73.

Задача 43. Вычислите длину молекулы церотиновой кислоты, адсорбиро-

ванной из бензольного раствора на поверхность. Площадь поперечного сечения молекулы составляет S0 = 2,5·10-19 м2, молярная масса кислоты равна 410,43

г/моль. Плотность кислоты составляет 0,863·103 кг/м3.

Задача 44. Вычислите длину молекулы масляной кислоты, адсорбиро-

ванной на поверхности раздела водный раствор – воздух, если площадь попе-

речного сечения молекулы составляет 2,2·10-19 м2, молярная масса кислоты равна 88,43 г/моль. Плотность кислоты равна 0,978·103 кг/м3.

Задача 45. Вычислите величину адсорбции при 17°С по уравнению Гибб-

са для 0,01 М раствора н-гиптиловой кислоты, если поверхностная активность,

определенная Ребиндером, составляет g = 7,6.

Задача 46. Для водного раствора изо-масляной кислоты при 291 К найде-

ны значения констант уравнения Шишковского: В = 13,1·10-3, А = 2,2. Вычис-

лите величину адсорбции при концентрации равной 0,15 моль/л.

Задача 47. Вычислите постоянную В уравнения Шишковского при 290 К

и площадь, занимаемую одной молекулой изо-масляной кислоты на поверхно-

сти раздела водный раствор – воздух, если величина предельной адсорбции

Г∞ = 5,42·10-6 моль/м2.

Задача 48. Вычислите величину адсорбции валериановой кислоты на по-

верхности водный раствор – воздух при 293 К и концентрации кислоты равной

0,3 моль/л, используя значения констант уравнения Шишковского: А = 10,4,

В = 14,72·10-3.

Задача 49. По уравнению Ленгмюра вычислите величину предельной ад-

сорбции и площадь, занимаемую одной молекулой изо-пропилового спирта на

30