Адсорбция на границе жидкость – газ

Адсорбция приводит к изменению поверхностного натяжения жидкости s. Вещества, снижающие в результате адсорбции поверхностное натяжение жидкости, называются поверхностно – активными (ПАВ). Вещества, поверхностное натяжение растворов которых по отношению к растворителю увеличивается, называются поверхностно – инактивными(ПИВ).

Способность вещества при адсорбции на границе раздела фаз снижать поверхностное межфазовое натяжение в зависимости от его концентрации в объеме называют поверхностной активностью.Поверхностная активность равна:

.

В случае адсорбции ПАВ g > 0 и (ds / dC) < 0.

Снижение поверхностного натяжения Ds в результате адсорбции ПАВ на границе раздела жидкость – газ можно определить при помощи уравнения Шишковского:

, (26)

где A, B – эмпирические коэффициенты.

Пример 20. При Т =298 К поверхностное натяжение (σ) воды равно 72,75 мДж / м²

Для 0,05 М раствора уксусной кислоты поверхностное натяжение равно 71, 2 мДж / м². Рассчитать адсорбцию уксусной кислоты на поверхности раствора.

Решение. Воспользуемся уравнением Гиббса:

.

Заменим производную dσ / dC отношением Δσ / ΔC , так как по условию дано только два значения поверхностного натяжения. Тогда:

g = - (Δ σ / Δ С ) = - (71,2 – 72,75) ^. 10 ^{– 3} / 0,05 ^. 10 ³ = 31^. 10 ^{– 6} (Дж ^. м) / моль

После подстановки в уравнение Гиббса получим:

a = 0,05 ^. 10 ³ · 31· 10 ^{- 6} / 8,314· 298 = 0,626· 10 ^{- 6} моль / м ²

Пример 21. По приведенным результатам исследования адсорбции пропана на активном угле, проведенного при 20 ⁰С, составьте уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра и определите удельную поверхность угля. Площадь сечения молекул пропана принять равной

1,86 ^. 10 ^{– 19} м ².

Решение. Воспользуемся линейной формой уравнения Ленгмюра в виде:

.

Составляем вспомогательную таблицу

Данные таблицы представим в виде графика p / a = f (p). Угловой коэффициент равен , а по отрезку, отсекаемому на оси ординат, определяется величина . Получаем следующие результаты: ; b = 0,033.

Более точные значения параметров и K получаются при статистической обработке данных, например, методом наименьших квадратов. Вычисляем удельную поверхность:

S _уд = a _¥ S ₀ N _A = 2,74 моль/кг ^. 1,86 ^. 10 ^{– 19} м ^{2 .} 6,022 ^. 10 ²³ моль ^{– 1} = 30,7 ^. 10 ⁴ м ² /кг.

Задачи

202. При изучении адсорбции уксусной кислоты на угле при 25 ⁰С были получены следующие данные:

Определить графически константы в уравнении изотермы адсорбции Фрейндлиха.

203. При изучении адсорбции уксусной кислоты на угле при 25 ⁰С были получены следующие данные:

Определить графически константы в уравнении изотермы адсорбции Фрейндлиха.

204. По уравнению Фрейндлиха вычислить равновесную концентрацию уксусной кислоты, если 1 г угля адсорбирует 3,76 ммоль СН₃СООН. Константа k = 2,82; n =2,44.

205. При изучении адсорбции ацетона древесным активированным углем при 20 ⁰С были получены следующие данные:

Определить графически постоянные уравнения изотермы Фрейндлиха и рассчитать количество ацетона, адсорбируемое 1 г угля при равновесной концентрации ацетона 125 ммоль/л.

206. Определить постоянные уравнения Фрейндлиха, используя следующие данные для адсорбции при 231 К углекислого газа на угле:

207. По приведенным данным об адсорбции СО₂ на угле марки С при (- 42 ⁰ С) определить константы в уравнении Фрейндлиха.

208. По приведенным результатам адсорбции амилового спирта на активном угле марки СКТ при 20 ⁰С составить уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра и определить удельную поверхность угля. Площадь поперечного сечения молекул амилового спирта принять равной

1,6 ^. 10 ^{– 19} м ².

209. По приведенным данным для адсорбции уксусной кислоты на древесном угле при 25 ⁰С составить уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха.

210. По приведенным результатам адсорбции СО₂ на угле марки С при (- 42 ⁰ С) составить уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха.

Задачи № 211 - 214. По приведенным данным: а) построить изотерму адсорбции; б) проверить применимость уравнения Ленгмюра; в) если изотерма не соответствует уравнению Ленгмюра, составить уравнение адсорбции Фрейндлиха.

211. Адсорбция H₂S на цеолите CaX при 25 ⁰С:

212. Адсорбция H₂S на цеолите NaA при 25 ⁰С:

213. Адсорбция H₂S на цеолите CaА при 25 ⁰С:

214. Адсорбция H₂S на цеолите NaХ при 25 ⁰С:

Задачи №№ 215 - 221. Вычислить адсорбцию (a) моль/м² данного вещества по приведенным данным поверхностного натяжения водного раствора и воды (s):

Задачи № 222 - 226. При адсорбции указанных газов на активированном угле получены следующие результаты (см. табл.). Вычислить постоянные в уравнении Лэнгмюра для газовой адсорбции.

Задачи № 227 - 229. Построить изотерму поверхностного натяжения, используя значения поверхностных натяжений водных растворов данных веществ при указанной температуре (см.табл.), если поверхностное натяжение воды при 293 К равно 72,75 м Дж / м², а при 298 К – 71,96 м Дж/м ². Определить графически адсорбцию вещества при указанной концентрации.

№ 230. По приведенным результатам массовой адсорбции пентанола на активированном угле при температуре 20°С построить изотерму адсорбции и составить уравнение адсорбции.

№ 231 - 236. Определить поверхностную активность вещества по указанным данным.

237 - 240. Определить площадь занимаемую молекулой вещества (указанного в табл.) в насыщенном адсорбционном слое активированного угля.

ЛИТЕРАТУРА

1. Краткий справочник физико-химических величин / Под. ред. А. А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л.: Химия, 1983.

2. Д. Сталл, Э. Вестрам, Г. Зинке. Химическая термодинамика органических соединений. М.: Мир, 1971.

3. Физическая химия т.1, т. 2 / К.С. Краснов, Н.К. Воробьев, И. Н. Годнев и др. М.: Высшая школа, 1995.

4. И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников «Сборник примеров и задач по физической химии»,1991, Москва, «Высшая школа».

5. Задачи по физической химии / В. В. Еремин, С. И. Каргов, И. А. Успенская и др. – М.: Изд-во «Экзамен», 2003. – 320 с.

6. Бадаев Ф. З., Батюк В. А. Цепные реакции. Москва, Изд-во МТГУ, 1995.

7. Химическая термодинамика. Методические указания. / Е. Е. Гончаренко, В. А. Батюк, Н. М. Елисеева и др. М.: Изд-во МГТУ, 1994.

Содержание

1. Зависимость термодинамических функций от температуры