8. Фізико-хімія поверхневих явищ

Поверхневі явища на межі поділу тверде тіло - газ. Мономолекулярна адсорбція газів на однорідній поверхні, рівняння Ленгмюра. Константа адсорбції, ентальпія та ентропія адсорбції. Полімолекулярна адсорбція на однорідній поверхні, теорія БЕТ (Брунауера - Еммета - Теллера).

Термодинаміка адсорбції на неоднорідній поверхні, причини неоднорідності поверхні.

Кінетика адсорбції та десорбції газів на однорідних поверхнях. Енергія активації адсорбції - десорбції.

Співвідношення лінійності в адсорбції. Кінетика адсорбції на неоднорідних поверхнях.

Література: [1-7, 19].

Робота № 8/1. Визначення питомої поверхні твердого тіла за адсорбцією з розчину

Мета роботи. Вивчити адсорбцію СН₃СООН з водних розчинів на активованому вугіллі та обчислити питому поверхню адсорбенту.

Методика роботи. Адсорбцію на межі поділу тверде тіло - розчин визначають за зміною концентрації оцтової кислоти при титруванні лугом у присутності фенолфталеїну.Залежність молекулярної рівноважної адсорбції із розчину на твердому тілі від концентраціі адсорбату характеризується звичайною ізотермою адсорбції і для достатньо розведених розчинів описується за допомогою рівняння Ленгмюра

, (1)

яке може бути приведено до лінійної форми

. (2)

Порядок роботи. Готують по 100 мл розчинів оцтової кислоти у воді різної концентрації - 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3 моль/л. Далі в колби з притертими корками відбирають по 50 мл кожного розчину, додають туди активоване вугілля, попередньо зважене на технічних терезах (по 1 г). Колби щільно закривають та струшують протягом 45 хв для встановлення рівноваги між адсорбційним шаром та об'ємом розчину. 50 мл розчинів, що залишилися, використовують для встановлення їх точної концентрації триразовим титруванням 10 мл розчину 0,05 моль/л NaOH у присутності фенолфталеїну. Після встановлення адсорбційної рівноваги в колбах вугілля відокремлюють від розчину, а концентрацію останнього визначають вказаним вище способом.

Кількість речовини а, молекулярно адсорбованої адсорбентом з розчину, обчислюють за рівнянням

, моль/г, (3)

де С₀ та С_р - початкова та рівноважна концентрації адсорбату, моль/л; V_р - об'єм розчину, з якого відбувається адсорбція; g -наважка вугілля, г.

Якщо для титрування 0,05 моль/л NaOH відібрано по 10 мл розчинів оцтової кислоти, тоді

, моль/г, (4)

де V₀ та V_р - середній об'єм лугу, витраченого на титрування розчинів до та після адсорбції, мл. Дані дослідження заносять в таблицю.

№	V0, мл	Vр, мл	C0, моль/л	Cр, моль/л	а, моль/л	Cр/а, г/моль

Будують графіки в координатах та . З останнього графіка визначають а_, моль/г - кількість адсорбату, що вкриває 1 г адсорбенту моношаром. Питома поверхня твердого тіла розраховується за рівнянням

, (5)

де а_ - ємкість моношару, що визначається графічно, моль/г; N_A - число Авогадро 6,0210²³ моль^-1;  - посадочна площина однієї молекули СН₃СООН, см².

Посадочна площина молекули адсорбату розраховується із значення мольного об'єму

, (6)

де М - молярна маса оцтової кислоти (60 г/моль);  - густина оцтової кислоти (1,0491 г/см³).

Остаточно маємо

(7)

або після підстановки числових значень S_пит = 1,2510⁵а_, м²/г.

Використовуючи визначене експериментально значення а_, моль/г, обраховують питому поверхню вугілля за величиною адсорбції на ньому оцтової кислоти із розчину.