- •Предисловие
- •Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ Подготовка к выполнению лабораторной работы
- •Выполнение лабораторной работы на занятии
- •Оформление работы
- •Защита лабораторной работы
- •Техника безопасности в химической лаборатории
- •Общие правила поведения в лаборатории
- •Правила работы с химическими реактивами
- •Работа со стеклянной посудой и приборами
- •Работа с ртутными термометрами
- •Техника безопасности при работе с электроприборами
- •Основные правила противопожарной безопасности
- •Химическая посуда
- •Лабораторные работы Работа 1 приготовление растворов. Титриметрический анализ
- •1. Общие понятия
- •2. Способы выражения концентрации растворов
- •3. Титриметрический анализ
- •3.1. Сущность титриметрического метода анализа
- •3.2. Классификация титриметрических методов
- •3.3. Вычисления в титриметрии
- •3.4. Растворы, применяемые в титриметрии. Приготовление стандартных растворов
- •3.5. Аппаратура и техника выполнения титриметрического анализа
- •Выполнение работы. Опыт №1. Приготовление раствора заданной процентной концентрации.
- •Требуется приготовить 100 г раствора заданной процентной концентрации определенного вещества и воды (концентрацию и вещество указывает преподаватель).
- •Рассчитывают, какая масса вещества требуется для приготовления 250 мл раствора указанной концентрации. При расчетах учитывают, что щелочи, как правило, содержат 96–98% основного вещества.
- •3.2. Определение концентрации раствора щелочи
- •Определение теплоты реакции нейтрализации
- •Проведение калориметрических измерений
- •Выполнение работы.
- •Обработка результатов.
- •Термометр Бекмана и работа с ним
- •Химия биогенных s- и p- элементов. Их биологическая роль и применение в медицине
- •Химия биогенных d- элементов. Их биологическая роль и применение в медицине
- •Работа 5 осмос
- •Измерение рН растворов потенциометрическим методом. Потенциометрическое титрование
- •Измерение рН
- •Подготовка прибора эв-74 к работе (Иономер эв-74)
- •Результаты потенциометрического титрования
- •Работа 7 определение константы скорости химической реакции
- •Кинетические уравнения реакций первого, второго и нулевого порядка
- •Работа 8 адсорбция уксусной кислоты на поверхности активированного угля
- •Работа 9 получение золя гидроксида железа (III). Коагуляция
- •Работа 10 электрические свойства коллоидных систем
- •Определение знака заряда коллоидных частиц методом капиллярного анализа
- •Выполнение опыта.
- •Электрофорез золя гидроксида железа. Определение знака заряда и величины дзета-потенциала
- •Выполнение работы.
- •Обработка результатов.
- •Задачи для подготовки к семинарским занятиям и контрольным работам
- •Тестовые задания для самоконтроля
Работа 8 адсорбция уксусной кислоты на поверхности активированного угля
Явление поглощения одним веществом других веществ называется сорбцией. Сорбция в толще поглотителя называется абсорбцией. Повышение концентрации газообразного или растворенного вещества на поверхности раздела фаз, например, на поверхности раздела твердое тело – газ, твердое тело – раствор, жидкость – газ (воздух) называется адсорбцией. Газ или растворенное вещество, концентрирующееся на поверхности, называется адсорбтивом, а вещество, на поверхности которого происходит адсорбция – адсорбентом.
Различают физическую адсорбцию, когда частицы адсорбированного вещества не образуют химических связей с адсорбентом, и хемосорбцию, когда адсорбционные силы имеют химическую природу.
Адсорбция определяется природой поглощаемого вещества и поглотителя, ее величина зависит от температуры, давления поглощаемого газа, концентрации раствора, из которого осуществляется адсорбция.
Количество адсорбированного вещества пропорционально площади поверхности тела. Поэтому вещества в мелкораздробленном состоянии, имея большую поверхность, обладают значительной адсорбционной способностью. К эффективным адсорбентам можно отнести уголь, силикагель, глину, каолин, а также целлюлозу, фильтровальную бумагу, хлопчатобумажную ткань, натуральный шелк, шерсть и другие материалы.
Зависимость адсорбции от давления газа (его концентрации) или содержания адсорбируемого вещества в растворе при данной температуре может выражаться уравнением адсорбции Лэнгмюра (изотермой Лэнгмюра)
(8.1),
где Г и Г - количества адсорбированного вещества на единице поверхности адсорбента, выражаются в моль/м2, Г - адсорбция в состоянии адсорбционного равновесия, Г - максимально возможная адсорбция; С - концентрация (моль/л) адсорбируемого вещества в растворе в состоянии адсорбционного равновесия (равновесная концентрация); К – константа Лэнгмюра. Изотерма адсорбции Лэнгмюра представлена на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Изотерма адсорбции Лэнгмюра.
В некотором интервале концентраций, для не слишком разбавленных, но и не очень концентрированных растворов, адсорбция может быть описана эмпирическим уравнением Фрейндлиха:
(8.2),
где х - количество растворенного вещества, адсорбированного массой m поглотителя и находящегося в равновесии с раствором концентрации С, а и n - эмпирические константы, характерные для данного процесса адсорбции в определенных пределах, n характеризует кривизну изотермы адсорбции (рис. 8.2), обычно имеет значения от 0,1 до 0,6.
Строго говоря, количество адсорбированного вещества следует относить не к единице массы, а к единице площади поверхности, но для мелкораздробленных веществ и однородных суспензий (например, взмученный порошок активированного угля) поверхность растет пропорционально обшей массе.
Для нахождения значений эмпирических констант а и n по экспериментальным данным нужно прологарифмировать уравнение (8.2), тогда оно примет вид:
(8.3).
Полученное уравнение есть уравнение прямой линии (рис.8.3). По оси ординат откладывают величины lg(x/m) , а по оси абцисс – Ig C. Прямая отсекает на оси ординат отрезок, равный lg a, a n – это тангенс угла наклона полученной прямой.
Если адсорбция какого-либо вещества данным адсорбентом значительно превосходит адсорбцию других , то говорят об избирательной адсорбции. На явлении избирательной адсорбции основан хроматографический метод анализа Н.С.Цвета. Если через колонку, заполненную адсорбентом, пропускать раствор, содержащий вещества, различающиеся по адсорбируемости, а затем чистый растворитель, то в верхней части колонки будут задерживаться молекулы сильно адсорбируемого вещества, а слабо адсорбируемое будет вымываться растворителем в нижние слои. Таким образом, происходит разделение компонентов исходной смеси. Хроматографические методы анализа находят широкое применение в медико-биологических исследованиях и клинической практике. Примером может служить анализ крови на присутствие в ней алкоголя, наркотиков, летучих веществ, вызывающих токсикоманию и др.
В организме часто наблюдаются явления избирательной сорбции токсинов и других веществ различными тканями и клетками. Так, например, токсины возбудителей столбняка, ботулизма и другие поражают прежде всего клетки центральной нервной системы, при сыпном тифе поражаются преимущественно сосуды кожи, мозга и отчасти сердца.
В медицинской практике известна и так называемая адсорбционная терапия. Она заключается во введении больному адсорбентов для поглощения вредных веществ. Так часто применяют активированный уголь (карболен) для связывания ядов, токсинов, попавших в желудочно-кишечный тракт.
Цель работы.
1. Наблюдать адсорбцию на границе жидкой и твердой фаз.
2. Построить изотерму адсорбции.
3. Найти значения а и n в уравнении Фрейндлиха.
Реактивы.
-
Активированный уголь (12 таблеток по 0,25 г).
-
Уксусная кислота СН3СООН, растворы с концентрациями 0,12 М, 0,05 М, 0,2 М.
-
Гидроксид натрия NаОН, раствор 0,1 н.
-
Фенолфталеина (индикатор), раствор.
Оборудование и посуда:
-
Шесть конических колб на 50 мл.
-
Бюретка на 50 или 25 мл.
-
Измерительный цилиндр.
-
Пипетки на 50 мл и 10 мл.
-
Три воронки для фильтрования.
-
Фильтровальная бумага.
Выполнение работы.
-
В пронумерованные колбы (№1, №2, №3) цилиндром наливают по 100 мл растворов уксусной кислоты концентраций 0,012 М, 0,05 М и 0,2 М соответственно.
-
В каждую колбу добавляют по 1 г предварительно растертого в ступке активированного угля (по четыре таблетки). Тщательно взбалтывают все колбы в течение 10 минут.
-
Отфильтровывают содержимое каждой колбы через бумажные фильтры в чистые пронумерованные колбы (№1’, №2’, №3’). Использованные колбы №1, №2, №3 моют, споласкивают дистиллированной водой.
-
В них отбирают пипеткой пробы из фильтратов: из колб №1’и №2’ по 50 мл, из колбы №3’ – 10 мл.
-
Пробы титруют 0,1 н раствором NаОН в присутствии фенолфталеина до бледно-розовой окраски для определения концентрации уксусной кислоты после адсорбции.
Обработка результатов.
-
Концентрацию уксусной кислоты после адсорбции С (моль/л) вычисляют по формуле
,
где 0,1 – концентрация раствора NаОН, н; Vщ – объем раствора щелочи, пошедший на титрование пробы фильтрата; V – объем фильтрата, взятый для титрования.
-
Для всех трех проб рассчитывают значения х = (Со – С)∙0,1 (моль).
-
Далее расчитывают величину адсорбции (моль/г), где m - масса угля, взятого для адсорбции.
-
Результаты заносят в таблицу.
№ колбы
Со
С
х =(Со – С)∙0,1
lg C
lg (x/m)
1.
2.
3.
-
Строят изотерму адсорбции. Для этого результаты наносят на график, откладывая по оси абсцисс значения С (моль/л) , а по оси ординат – значения х/т (моль/г).
-
Для графического определения значений а и п в уравнении Фрейндлиха строят график зависимости lg (x/m) от lg C . Полученные точки должны лежать на прямой. Рассчитывают величину тангенса угла наклона прямой к оси абцисс. что дает величину п. Расстояние точки пересечения прямой с осью ординат от начала координат соответствует значению величины lg а.
Контрольные вопросы.
1. Какие явления называют сорбцией ?
2. В чем заключается разница между адсорбцией и абсорбцией, физической адсорбцией и хемосорцией ?
3. От каких факторов зависит адсорбция ?
4. Какие уравнения описывают адсорбцию ?
5. Какое значение имеют явления адсорбции для медицины?
Рис. 8.2. Изотерма адсорбции Фрейндлиха
Рис. 8.3. Логарифмическая изотерма адсорбции Фрейндлиха