Т е м а: Физико-химия поверхностных явлений Примеры решения задач

Задача 1. Сколько таблеток активированного угля массой 0,25 г необходимо принять больному для удаления токсинов из желудка объемом 0,75 л, если концентрация токсинов равна 0,03 моль/л, а процесс адсорбции описывается уравнением (концентрация выражена в г/л)?

Решение

Вычислим, сколько граммов токсинов находится в желудке больного:

х = СV = 0,030,75 = 0,0225 г.

Найдем массу адсорбента, необходимую для поглощения 0,0225 г токсинов, используя уравнение Фрейндлиха:

;

Разделив массу адсорбента на массу одной таблетки, получим искомое число таблеток: .

Следовательно, больному необходимо принять не менее 6 таблеток активированного угля.

Задача 2. Во сколько раз поверхностная активность пропионовой кислоты больше или меньше поверхностной активности валериановой кислоты при условии равенства концентраций их разбавленных водных растворов?

Решение

Согласно правилу Дюкло  Траубе, поверхностная активность, а следовательно, и величина удельной адсорбции веществ одного и того же гомологического ряда возрастает в 3,2 раза при увеличении длины углеводородного радикала на одну метиленовую –СН₂ – группу.

, (1)

где Г  удельная адсорбция;

g  поверхностная активность;

n  число атомов углерода.

Пропионовая и валериановая кислоты  гомологи, отличающиеся по длине углеводородного радикала на две метиленовые –СН₂ – группы.

Пропионовая кислота СН₃СН₂СООН

Масляная кислота СН₃СН₂СН₂СООН

Валериановая кислота СН₃СН₂ СН₂СН₂СООН.

Поверхностная активность валериановой кислоты больше поверхностной активности масляной кислоты в 3,2 раза.

. (2)

В свою очередь, поверхностная активность масляной кислоты больше поверхностной активности пропионовой кислоты в 3,2 раза:

. (3)

Выразим из уравнения (3) и подставим в уравнение (2):

;

Таким образом, поверхностная активность пропионовой кислоты меньше поверхностной активности валериановой в 10,24 раза.

Задача 3. Рассчитайте адсорбцию ацетона на границе раздела раствор  воздух при 15 С, если поверхностное натяжение раствора с концентрацией 510² моль/м³ равно 59,4 мДж/м², а поверхностное натяжение воды при этой температуре составляет 73,49 мДж/м².

Решение

Величину адсорбции можно определить по изменению поверхностного натяжения в связи с накоплением вещества в поверхностном слое, используя уравнение Гиббса: Г = – . Для приближенных расчетов можно заменить на = .