Хід роботи

Із 0,4 моль/л розчину оцтової кислоти методом розбавлення водою готують наступні розчини в сухихконічних колбах ємністю 100 см³:

Компоненти	№ розчинів
	1	2	3	4	5
CH3COOH, см3	20	10	5,0	2,5	1,25
H2O, см3	0	10	15	17,5	18,75

З кожної колби піпеткою відбирають по 5 мл розчину в колби для титрування, добавляють декілька крапель фенолфталеїну як індикатора і титруютьрозчином NaOH дослаборожевогозабарвлення, причому розчини №№ 1, 2, 3 – 0,2 моль/л розчином NaOH, а 4 і 5 – 0,02 моль/л розчином NaOH. На основі одержаних результатів визначають концентрацію кислоти до адсорбції за формулою:

С_к·V_к = С_л·V_л

де С_л– концентрація лугу, моль/дм³,

С_к– концентрація кислоти до адсорбції, моль/дм³,

V_к– об’єм кислоти, взятої на титрування, см³,

V_л– об’єм лугу, затраченого на титрування, см³.

Звідси шукана концентрація кислоти .

В кожну з колб, в яких залишилося по 15 см³ розчину, вносять по 0,25 г активованого вугілля і витримують їх протягом 25 хвилин, періодично перемішуючи. Після цього вміст всіх колбочок фільтрують в 5сухихколб. Із кожного фільтрату відбирають піпеткою по 5 см³розчину і титрують в присутності фенолфталеїну розчини №№ 1, 2, 3 – 0,2 моль/л розчином NaOH, а 4 і 5 – 0,02 моль/л розчином NaOH до одержанняcлаборожевогозабарвлення фільтрату.

За даними титрування визначають концентрацію кислоти в кожній колбі після адсорбції ( С_к^' ) в моль/л за формулою:

.

Так як об’єм розчину, з якого проводилась адсорбція, становить 15 мл, то величина адсорбції у ммоль/г становить:

[ммоль/г]

де 1000 – коефіцієнт переводу моль в ммоль.

Результати заносять в таблицю 6.1.

Таблиця 6.1− Обробка одержаних експериментальних даних

№	До адсорбції				Після адсорбції					lg	lg(Ск')
	Сл	Vл	Ск	Vк	Сл	V′л	С′к	V′к
1	0,2				0,2
2	0,2				0,2
3	0,2				0,2
4	0,02				0,02
5	0,02				0,02

Оскільки виражається в ммоль/г, тоС_к^'необхідно виражати в ммоль/л (тобтоС_к^'необхідно домножити на 1000 – С_к^' ∙1000).

Використовуючи одержані дані, будують графік в координатах lg (С_к^' 1000)lg.

За графіком визначають lg Кіn.

Виписують рівняння адсорбції, встановивши значення nіК.

Питання для самостійної підготовки

1. Адсорбція. Адсорбція на межі тверде тіло – газ.

2. Теорії адсорбції.

3. Адсорбція на межі тверде тіло – розчин:

а) молекулярна адсорбція з розчинів;

б) адсорбція електролітів;

в) обмінна адсорбція.

Зразок картки контролю знань

1. Дати визначення: адсорбція, абсорбція, адсорбат. (Ізотерми адсорбції).

2. Визначити величину адсорбції етанової кислоти за рівнянням Фрейндліха, якщо при адсорбції на активованому вугіллі масою 50 г при 238 К вихідна концентрація кислоти становила 0,48 моль/дм³, рівноважна – 0,02 моль/дм³. Об’єм розчину, з якого проводили адсорбцію – 100 см³.

Література

[3] Гл. 14, [4] Гл.11, [6] Розд. 5

Лабораторна робота № 7

Адсорбція на межі розділу фаз «рідина-газ»

Мета роботи: побудувати ізотерму Гіббса для системи «вода – бутиловий спирт».

Прилади і матеріали:

1. Прилад Ребіндера;

2. Піпетка на 5 см³ з ціною поділки 0.1 см³;

3. Мірні колби на 100 см³;

4. Колбочки на 50 см³ – 10 шт.;

5. Бутанол–1.

Теоретична частина

В даній роботі адсорбцію на межі рідина – газ визначають за ізотермою поверхневого натягу. Вимірювання поверхневого натягу проводять методом максимального тиску бульбашки газу. Суть методу полягає в тому, що вимірюють тиск, потрібний для виходу бульбашки з капіляра радіусом r, опущеного в досліджуваний розчин.

Поверхневий натяг визначають за допомогою приладу Ребіндера, схема якого наведена на рис. 7.1.

Рисунок 7.1 − Схема приладу Ребіндера

Прилад складається з пробірки з боковим відростком (1), сполученої з аспіратором (2) і похилим манометром (3). Пробірку щільно закривають гумовим корком, через який проходить трубка (4), що закінчуються капіляром. Капіляр перед дослідом промивають спочатку хромовою сумішшю, а потім водою. Кран (5) служить для приведення тиску в системі до атмосферного перед дослідом. Аспіратор заповнюють водою і щільно закривають корком. Повільно відкривають кран аспіратора. При цьому по мірі витікання води поступово збільшується різниця тисків на кінцях капіляра, в результаті того на меншому кінці капіляра, що торкається розчину, з’явиться бульбашка повітря.

По мірі збільшення різниці тисків ця бульбашка росте, змінюючи свою форму і радіус кривизни, стаючи більш випуклою. Нарешті, радіус кривизни досягає максимального розміру. В цей момент він дорівнює радіусу капіляра. Тиск повітря всередині бульбашки при цьому досягає максимального значення р_max=2σ/r.При дальшому збільшенні різниці тисків бульбашка переходить в нестійкий стан і відривається від капіляра. На манометрі цей процес реєструється так: рідина поступово піднімається, досягає максимального рівня, потім різко падає і знову піднімається. Плавно регулюючи ступінь відкриття крана аспіратора, добиваються, щоб бульбашки повітря із капіляру проскакували в розчин одна за одною з інтервалом не менше ніж 10 – 15 сек. Вимірювання повторюють 3 – 5 разів, беруть середні значення (відхилення окремих спостережень не повинні перевищувати 1–2 мм). Вимірювання поверхневого натягу проводять відносним методом, порівнюючи досліджувану рідину чи розчин зі стандартною, за яку беруть воду. Поверхневий натяг води (σ_о)визначається з таблиці7.1 для певної температури досліду.

Для води і досліджуваного розчину маємо:

;

Поділивши перше рівняння на друге, одержимо:

Так як тиск пропорційний довжині підняття рідини в похилому манометрі, то

звідки,

де σ_о– поверхневий натяг води при даній температурі, Дж/м²;

h_о– довжина стовпчика манометра для води, мм;

σ– поверхневий натяг розчину, Дж/м²;

h– довжина стовпчика манометра для розчину, мм.

Таблиця 7.1 − Поверхневий натяг води

ºC	18	19	20	21
σo·103мДж/м2	73,05	72,90	72,75	72,59
ºC	22	23	24	25
σo·103мДж/м2	72,44	72,28	72,13	71,97

Між поверхневим натягом розчину і адсорбцією розчиненої речовини в поверхневому шарі існує залежність, що описується рівнянням Гіббса:

де Г– величина адсорбції, кмоль/м²;

С_рівн.– об’ємна рівноважна концентрація розчиненої речовини, кмоль/м³;

R– універсальна газова стала (8,314·10³Дж/(кмоль·К));

Т– абсолютна температура, К;

– зміна поверхневого натягу розчину залежно від зміни концентрації („поверхнева активність”).

З рівняння Гіббса випливає, якщо <0, тоГ>0 і навпаки. Речовини, що знижують поверхневий натяг, адсорбуються в поверхневому шарі, називаються поверхнево активними речовинами – ПАР.