Вопросы для самоконтроля

1. Что называется внутренним давлением жидкости, поверхностным натяжением жидкости?

2. Как зависит внутреннее давление и поверхностное натяжение от полярности жидкости?

3. Какие вещества называются ПАВ, ПИАВ?

4. Что называется адсорбцией? Назовите правило Гиббса.

5. Уравнение изотермы адсорбции Гиббса. В какой области изотермы применимо уравнение Гиббса?

6. Как определить поверхностное натяжение растворов методом счета капель?

7. Как изменится поверхностное натяжение воды после добавления к ней равного объема этилового спирта?

8. Как изменится число капель в единице объема жидкости по мере увеличения в ней концентрации ПАВ?

9. Почему с ростом концентрации спирта увеличивается количество капель, вытекающих из сталагмометра?

10. Приведите положительные и отрицательные примеры адсорбции?

Лабораторная работа №8 Изучение процесса адсорбции на твердом сорбенте

Цель работы  изучить зависимость адсорбции уксусной кислоты на активированном угле от концентрации раствора и определить постоянные в уравнении Фрейндлиха для случая адсорбции уксусной кислоты на активированном угле.

Теоретическая часть

Адсорбцией называется концентрирование какого-либо вещества в поверхностном слое в результате самопроизвольного его перехода из объёма фазы.

Адсорбция, или поглощение растворённого вещества твёрдой поверхностью адсорбента, происходит благодаря межмолекулярному взаимодействию активных центров адсорбента и молекул растворённого вещества. Все адсорбенты характеризуются высокой удельной поверхностью (по этому параметру они близки к коллоидальным системам), так как имеют большую шероховатость и множество капилляров. Активные центры адсорбента находятся на пиках, выступах твёрдой поверхности (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 - Схематическое изображение адсорбента

скелетного никеля

Атомы или молекулы адсорбента, находящегося на выступах, пиках, характеризуются большой ненасыщенностью силовых полей, иначе говоря, большой способностью к взаимодействию с молекулами или атомами раствора или газа.

Экспериментально адсорбцию растворённых веществ на твёрдой поверхности обычно изучают, измеряя концентрацию до того, как раствор был в контакте с адсорбентом (начальная – )) и после наступления адсорбционного равновесия (равновесная концентрация ). Поверхность твёрдого адсорбента пористая и величину поверхности измерить, как правило, очень сложно. Поэтому адсорбцию на твёрдой поверхности относят не к единице поверхности, а к единице массы адсорбента.

Количество адсорбированного из раствора вещества находят по разности концентраций его до и после адсорбции (и):

(1)

где удельная адсорбция– количество адсорбированного веществана навеску адсорбента (m);V- объём раствора в мл.

Измеряя равновесную концентрацию, надо учитывать, что адсорбционное равновесие наступает быстро лишь на гладких поверхностях. Большинство же твёрдых адсорбентов пористы и скорость адсорбции зависит от скорости диффузии вещества в порах. При адсорбционном равновесии скорость процесса адсорбции равна скорости процесса десорбции.

Зависимость адсорбции растворённых веществ от концентрации их в растворе выражается уравнением изотермы адсорбции Фрейндлиха (2).

(2)

где – концентрация растворённого вещества,kиn постоянные уравнения Фрейндлиха.

Уравнение Фрейндлиха справедливо для участка АВ изотермы адсорбции (рисунок 8.2), т. к. уравнение (2)  уравнение кривой. Для нахождения постоянных k и n прологарифмируем уравнение (2) и получим выражение . Построим график зависимости(рисунок 8.3).

Рисунок 8.3  Зависимость

Рисунок 8.2  Изотерма адсорбции

Прямая отсекает на оси ординат отрезок ОС, который равен lgK, а тангенс угла наклона прямой () есть постояннаяn, т.е. , где 0 < n < 1.

Практическая часть

Измерение адсорбции уксусной кислоты на поверхности угля

Для выполнения работы необходим исходный раствор уксусной кислоты с концентрацией 2н., последовательным его разбавлением приготовьте ряд растворов (объём раствора и концентрации указаны в таблице 8.1).

Таблица 8.1  Объёмы и концентрации исходных растворов CH₃COOH

Номер колбы	№1	№2	№3	№4	№5	№6
Объём (мл)	50	50	50	50	50	50
С0 (СН3СООН), н	0,4	0,2	0,1	0,05	0,025	0,0125

В каждую колбу (с 50 мл раствора) внесите по 1,5 г активированного угля, и тщательно перемешайте растворы во всех колбах в течение 15 минут. Затем содержимое каждой колбы отфильтруйте через бумажный фильтр в соответственно пронумерованные колбы. В полученном фильтрате определите концентрацию уксусной кислоты, оставшуюся в растворе после установления равновесия в процессе адсорбции ( равновесная концентрация).

Концентрацию CH₃COOH () определите титрованием 0,1н. растворомNaOH ( индикатор – фенолфталеин), причём для титрования из колбы № 1 пипеткой отберите 5 мл фильтрата, из колбы № 2 – 10 мл, из колбы № 3 – 15 мл, из колбы № 4 – 20 мл, из колбы № 5 – 25 мл, из колбы № 6 – 50 мл фильтрата.

Обработка результатов

Концентрацию CH₃COOH () после титрования рассчитайте по формуле:

, (3)

где концентрацияNaOH(),объём раствораNaOH, пошедший на титрование,- объём фильтрата, взятый для титрования.

Затем по формуле (1) рассчитайте значения удельной адсорбции () и заполните таблицу 8.2.

Далее постройте график изотермы адсорбции (рисунок 8.2) и график зависимости (рисунок 8.3); по последнему определите постоянные уравнения Фрейндлиха.

№ колбы		Vк-ты	VNaOH
1 2 …	0,4 0,2 …	5 10 …

Таблица 8.2 – Результаты эксперимента

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение адсорбции и назовите ее виды.

2. Что такое адсорбционное равновесие? Чем обусловлена обратимость адсорбционного процесса?

3. Как определяют удельную адсорбцию при адсорбции на твёрдых адсорбентах из раствора?

4. В какой области изотермы применимо уравнение Фрейндлиха?

5. Как сместилась бы изотерма адсорбции для изучаемой системы при температуре более высокой или более низкой?

6. Приведите примеры процессов адсорбции, абсорбции, хемосорбции.

7. В результате адсорбции активированным углем уксусной кислоты, концентрация ее снизилась с 1,5 М раствора до 1,0 М раствора. Определить количество поглощенной уксусной кислоты, если первоначальный объем составлял 5 л.

8. Равные объемы 1н. и 0,1н. растворов уксусной кислоты взбалтывались с равными навесками активированного угля. Одинаковые ли количества уксусной кислоты адсорбировались из обоих растворов? Ответ поясните.

9. Какие вещества являются хорошими адсорбентами? Приведите примеры.