01.Лечебное дело / Общая химия / Литература / МУРОМЦЕВА ПРАКТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Обе константы и 1/n определяются графически. Для этого логарифмируют уравнение Фрейндлиха, преобразуя его в уравнение прямой:

ставляет собой величину lgβ, а тангенс угла наклона прямой – величину 1/n.

При расчетах по уравнению Фрейндлиха значение и размерность удельной адсорбции зависит от способа выражения рав-

новесной концентрации. Концентрацию в растворе чаще всего выражают как молярную концентрацию эквивалента, или моляльность.

4.2. Примеры решения задач

Адсорбция на границе раздела раствор–газ

Задача 1

Чему равна поверхностная активность и адсорбция пропионовой кислоты при концентрации ее 0,5 кмоль/м3, если при 293 К поверхностное натяжение раствора с концентрацией 0,1 кмоль/м3 равно 65,60·10–3 Дж/м2, а раствора с концентрацией 2,0 кмоль/м3 – 38,75·10–3 Дж/м2.

41

Ответ:

g45,20 10 3 Дж м / кмоль;

Г5,26 10 6 кмоль/ м2 .

Задача 2

Площадь поперечного сечения молекулы пальмитиновой кислоты равна 2,1·10–19 м2. Определите величину предельной адсорбции пальмитиновой кислоты на границе бензольный раствор – воздух. Вычислите объем раствора, содержащего 4,24 г кислоты в 1 л бензола, требуемый для покрытия монослоем (после испарения бензола) 1,5 м2 водной поверхности.

42

Ответ: Гmax 7,9 10 6 моль/ м2 ; V 0,715 мл.

Адсорбция на границе раздела твердое тело – раствор

Задача 3

5,0 10 3 моль/ г ; 0,06 моль/ л. Сколько граммов вещества адсорбировалось из раствора с равновесной концентрацией 0,1 моль/ л двумя граммами данного адсорбента?

43

Задача 4

Раствор уксусной кислоты объемом 60 мл с концентрацией 0,1 моль/л взболтали с 2 г адсорбента. После достижения равновесия пробу раствора объемом 10 мл оттитровали раствором гидроксида натрия с концентрацией 0,05 моль/л. На титрование было затрачено 15,0 мл титранта. Вычислите величину адсорбции уксусной кислоты.

Ответ: a CH3COOH 6,25 10 4 моль/ г.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется границей раздела фаз? По какому признаку классифицируются границы раздела фаз? Приведите примеры различных границ раздела.

2.Что такое поверхностное натяжение? В каких единицах измеряется коэффициент поверхностного натяжения? Какие факторы влияют на величину поверхностного натяжения жидкостей?

3.Каковы особенности строения молекул ПАВ? Приведите примеры ПАВ по отношению к воде.

4.Приведите пример, показывающий, что деление веществ на по- верхностно-активные и поверхностно-неактивные является относительным и зависит от природы поверхности раздела фаз.

5.Какую зависимость выражает изотерма поверхностного натяжения? Приведите примеры поверхностного натяжения для ПАВ и поверх- ностно-неактивных веществ.

44

6.За счет каких процессов может произойти уменьшение поверхностной энергии Гиббса: а) в однокомпонентных системах; б) многокомпонентных системах?

7.Почему адсорбция является процессом самопроизвольным?

8.Какую зависимость выражает изотерма адсорбции? Приведите примеры изотерм адсорбции.

9.Сформулируйте правило Дюкло-Траубе. Приведите примеры, иллюстрирующие это правило.

4.3. Индивидуальные задания

Решите задачи, согласно своему варианту (вариант задаѐт преподаватель).

Вариант 1

1. Площадь поперечного сечения молекулы этилацетата равна 2,2 10–2 м2. Определите длину молекулы данного вещества (плотность

этилацетата = 0,9 г/мл).

2. Почему природа растворителя оказывает влияние на величину адсорбции? Как экспериментально определить влияние природы растворителя на величину адсорбции?

Вариант 2

1.Величина предельной адсорбции высших предельных спиртов составляет 7,69 10–6 моль/м2. Определите длину молекулы пропанола и бутанола. Какова площадь поперечного сечения молекулы спиртов этого ряда? (Плотность пропанола и бутанола равна соответственно 0,804 и 0,809 г/мл.)

2.Как зависит величина адсорбции от удельной поверхности адсорбента? Как можно экспериментально подтвердить эту зависимость?

Вариант 3

1.Площадь поперечного сечения молекулы олеата натрия составляет 2,8 10–19 м2. Вычислите объем раствора 5 г вещества в 1 л бензола, требуемый для покрытия монослоем (после испарения бензола) 2 м2 водной поверхности.

2.Что такое адсорбент? Приведите примеры полярных и неполярных адсорбентов. Для каких целей применяют сорбенты? Приведите конкретные примеры.

45

Вариант 4

1. Площадь поперечного сечения молекулы этилацетата равна 2,2·10–2 м2. Определите длину молекулы данного вещества (плотность

этилацетата = 0,9 г/мл).

2. Представьте на одном графике изотермы физической адсорбции вещества при различных температурах.

Вариант 5

1.Величина предельной адсорбции n-толуидина на границе раствор– воздух составляет 6,54 10–2 моль/м2, а на границе раздела вода–бензол – 6,44 10–2 моль/м2. Определите площадь поперечного сечения молекулы ПАВ. Влияет ли природа границы раздела фаз на расположение молекул ПАВ в поверхностном слое?

2.Одинакова ли толщина насыщенного адсорбционного слоя и площадь, приходящаяся не одну молекулу в нем, для пропанола и пентанола? Ответ пояснить.

Вариант 6

1. Экспериментально установлено, что величина максимальной адсорбции пропионовой кислоты на угле составляет 3,0 10–3 моль/г;

= 6,0 10–2 моль/л. Какая масса вещества адсорбировалась из раствора, в котором установилась равновесная концентрация 0,1 моль/л? Масса адсорбента равна 1 г.

2. Почему природа растворителя оказывает влияние на величину адсорбции? Как экспериментально определить влияние природы растворителя на величину адсорбции?

Вариант 7

1. Раствор уксусной кислоты объемом 50 мл с концентрацией 0,1 моль/л взбалтывался с адсорбентом массой 2 г. После достижения адсорбционного равновесия на титрование фильтрата объемом 10 мл был затрачен титрант объемом 15 мл с(КОН) = 0,05 моль/л. Определите величину адсорбции уксусной кислоты.

2. Сформулируйте правило выравнивания полярностей Ребиндера. Приведите примеры, иллюстрирующие применимость этого правила. Предложите адсорбент для удаления фенола из воды. Объясните свой выбор.

46

Вариант 8

1.Площадь поперечного сечения молекулы олеата натрия составляет 2,8·10–19 м2. Вычислите объем раствора 5 г вещества в 1 л бензола, требуемый для покрытия монослоем (после испарения бензола) 2 м2 водной поверхности.

2.Имеется раствор, содержащий хлорид бария, иодид кальция и бромид стронция. Какие вещества нужно добавить в небольшом количестве к этому раствору, чтобы поверхность образовавшейся твердой фазы зарядилась: а) положительно; б) отрицательно? Укажите потенциалопределяющие ионы.

Вариант 9

1. Площадь поперечного сечения молекулы этилацетата равна 2,2·м2. Определите длину молекулы данного вещества (плотность этил-

ацетата = 0,9 г/мл).

2. Как отличается поверхностная активность уксусной кислоты от поверхностной активности масляной кислоты при условии равенства концентраций их водных растворов.

Вариант 10

1.Величина предельной адсорбции высших предельных спиртов составляет 7,69 10–6 моль/м2. Определите длину молекулы пропанола и бутанола. Какова площадь поперечного сечения молекулы спиртов этого ряда? (Плотность пропанола и бутанола равна соответственно 0,804 и

0,809 г/мл.)

2.Как экспериментально определяется величина адсорбции из раствора на твердом адсорбенте? Приведите уравнение для расчета величины адсорбции из раствора.

Вариант 11

1. Экспериментально установлено, что величина максимальной адсорбции пропионовой кислоты на угле составляет 3,0 10–3 моль/г;

= 6,0·10–2 моль/л. Какая масса вещества адсорбировалась из раствора, в котором установилась равновесная концентрация 0,1 моль/л? Масса адсорбента равна 1 г.

2. Какую зависимость выражает изотерма адсорбции? Приведите примеры изотерм адсорбции.

47

Вариант 12

1.Площадь поперечного сечения молекулы олеата натрия составляет 2,8·10–19 м2. Вычислите объем раствора 5 г вещества в 1 л бензола, требуемый для покрытия монослоем (после испарения бензола) 2 м2 водной поверхности.

2.За счет каких процессов может произойти уменьшение поверхностной энергии Гиббса: а) в однокомпонентных системах; б) многокомпонентных системах?

Вариант 13

1. Площадь поперечного сечения молекулы этилацетата равна 2,2·10–2 м2. Определите длину молекулы данного вещества (плотность

этилацетата = 0,9 г/мл).

2. Почему адсорбция является процессом самопроизвольным?

4.4. Экспериментальная часть

Реактивы: готовый раствор метиленового голубого концентрацией 0,1 г/дм3; навески активированного угля массой 1 г; дистиллированная вода.

Оборудование и приборы: фотометр фотоэлектрический КФК-3; мерные колбы на 100 см3; конические плоскодонные колбы на 100 см3; градуированные пипетки на 5 и 10 см3; мерные цилиндры на 50 см3; стаканы на 50 см3; воронки; фильтровальная бумага.

Опыт. Количественное определение адсорбции

Порядок выполнения работы:

1.Из исходного раствора красителя (метиленового голубого с концентрацией 0,1 г/дм3) приготовить раствор в соответствии с табл. 4.2 и номером своего варианта. Для этого с помощью градуированной пипетки

набрать необходимое количество исходного раствора, перенести его в мерную колбу на 100 см3 и долить дистиллированной воды до риски. Раствор хорошо перемешать.

2.Для приготовленного раствора измерить оптическую плотность от-

носительно воды при λ = 340,4 нм, полученное значение внести в табл. 4.2 в графу «Оптическая плотность растворов до адсорбции».

3. Цилиндром отмерить 50 см3 раствора и перенести в коническую плоскодонную колбу, добавить навеску активированного угля и оставить на 30 мин, взбалтывая содержимое колбы каждые 3–5 мин.

48

По истечении 30 мин раствор отфильтровать через воронку со складчатым фильтром в стакан.

Для фильтрата определить оптическую плотность относительно воды. Данные внести в табл. 4.2 в графу «Оптическая плотность растворов после адсорбции».

4. По градуировочному графику найти при данном значении оптической плотности массовую концентрацию раствора метиленового голубого после адсорбции с.

Таблица 4.2

Исходные данные и результаты эксперимента

Используя значения концентраций красителя в растворе до и после адсорбции, рассчитать значение адсорбции, г/г, по формуле

a n c0 c V , m m

где а – количество вещества, адсорбированного одним граммом адсорбента; n – количество адсорбированного вещества, моль; m – масса адсорбента, г; V – объем раствора, из которого идет адсорбция, дм3; c0 – концентрация раствора до контакта с адсорбентом, г/дм3; c – концентрация раствора после наступления адсорбционного равновесия.

5. Рассчитать значение lgа и lgc. По полученным данным построить два графика изотермы адсорбции, отложив по оси абсцисс концентра-

49

цию с, а по оси ординат – значения a для первого. Второй график построить для логарифмов значений а и с, расположив на оси абсцисс значения lgc, а на оси ординат – lga.

Примечание: для получения необходимого количества точек для построения графиков обменяться данными опытов со всеми студентами в группе.

Пользуясь изотермой, построенной в координатах «lga–lgc», определить графически константы уравнения Фрейндлиха

lg a lg n1lg c ,

где – экспериментально определяемая константа.

Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс равен угловому коэффи-

циенту линейной функции, в нашем случае n1 . Отрезок, отсекаемый пря-

мой на оси ординат, есть свободный член линейной функции и равен lgβ. 6. Сделать вывод о количественных изменениях адсорбции при уве-

личении концентрации адсорбента.

Лабораторная работа № 5 КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ

Цель занятия: ознакомиться с методами получения коллоидных растворов, изучить их свойства.

5.1. Теоретическая часть

Дисперсные системы – гетерогенные системы, в которых одно вещество (дисперсная фаза) равномерно распределено в другом (дисперсионная среда). Свойства вещества в раздробленном (дисперсном) состоянии значительно отличаются от свойств того же вещества, находящегося в виде твердого тела или некоторого объема жидкости.

Существует несколько различных классификаций дисперсных сис-

тем: по размеру частиц, агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, характеру взаимодействия частиц дисперсной фазы с молекулами дисперсионной среды, термодинамической и кинетической устойчивости.

Золи – типичные коллоидные системы, которые наиболее ярко проявляют свойства, присущие веществу в коллоидном состоянии. По раз-

50