![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
III. Учебные материалы. 1. Учебные материалы по первому учебному вопросу: «адсорбция на однородной плоской поверхности раздела фаз». ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2
1. Учебные материалы по первому учебному вопросу: «Адсорбция на однородной плоской поверхности раздела фаз».
Рекомендуемая преподавателем литература и лекции. 2. Учебные материалы по второму учебному вопросу: «Адсорбция на твердой поверхности».
Типовые задачи, рекомендуемые для закрепления темы занятия «Адсорбция. Решение задач». Задача № 1. Вычислить величину адсорбции пропилового спирта С3Н8О при 150 С из водного раствора с концентрацией 0, 12 моль/л. Поверхностное натяжение воды при 150С равно 73, 49 × 10-3 н/м, а 0, 12 М раствора спирта - 63, 3 × 10-3 н/м. Решение: Исходим из уравнения Гиббса: Для приближенных расчетов можно заменить где s – поверхностное натяжение раствора; s0 – поверхностное натяжение воды; С – концентрация спирта в растворе; С0 – его концентрация в воде, равная 0. Концентрация раствора С = 0, 12 моль/л = 0, 12 кмоль/м3, К = 8, 31 × 103Дж/(град × кмоль) Находим:
Задача № 2. Вычислить величину адсорбции пеларгоновой кислоты С8Н17СООН при 100С для концентрации раствора, равной 50 мг/л. Поверхностное натяжение воды при данной температуре 74, 22× 10-3н/м, а раствора указанной концентрации - 57, 0× 10-3 н/м. Решение: Используем уравнение Гиббса для приближенных расчетов: Г = Выражаем концентрацию (С) в кг-моль на кубический метр Мк-ты = 158 1 л содержит 0, 05 г кислоты В 1 м3 этого раствора будет 0, 05 кг кислоты, т.е. С = Г = так как Г > 0 и s1 < s0, то адсорбция положительная. Величина адсорбции зависит от природы адсорбента и адсорбтива, от температуры, от давления газа или концентрации растворенного вещества. Зависимость адсорбции от давления газообразного вещества выражается эмпирическим уравнением Фрейндлиха:
где х – количество поглощенного вещества в молях или см3; m – масса поглотителя в г; Р – давление в мм рт.ст; а и n – const, характерные для данного процесса адсорбции (n > 1) Так как уравнение справедливо только при постоянной температуре, то его называют изотермой адсорбции. Константы а и 1/n в уравнении Фрейндлиха могут быть определены графическим способом.
Задача № 3. Вычислить величину адсорбции аргона на угле при 78, 3 0С в см3/г (приведенных к нормальным условиям) если давление аргона равно 75, 8 мм рт.ст, а = 3, 698, 1/n = 0, 6024.
Решение: Для расчета применяем уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха. Подставляя опытные данные задачи в уравнение
Задача 4. Исходяиз следующих данных адсорбции азота на слюде при 90 К (приведенных к температуре 200С и давлению 760 мм рт.ст.) графическим методом определить константы а и
Решение: Для нахождения констант а и 1/n графическим методом необходимо построить график логарифмической изотермы адсорбции и При построении графика на оси абсцисс откладываем lg Р, а на оси ординат – lg
Из графика видно, что lg a = 0, 924; а = 8, 4 где tg j равен отношению противолежащего катета к прилежащему:
tg j = Величина адсорбции зависит от природы поверхности адсорбента, природы адсорбата и его концентрации (давления), температуры и др. Графическая зависимость адсорбции от концентрации адсорбируемого вещества в объемной фазе при данной температуре называется изотермой адсорбции. Адсорбция из предельно разбавленных растворов или смеси газов подчиняется закону Генри: А = К/Г С, А = Кг/р где Кг, Кг/ – const Генри; С – концентрация адсорбата в объемной фазе; р – давление пара адсорбата. Аналитическим выражением изотермы мономолекулярной адсорбции при более высоких концентрациях и на ровной поверхности является уравнение изотермы Ленгмюра: А = А где А¥ – предельная мономолекулярная адсорбция - емкость монослоя; К и К/ – константы адсорбционного равновесия, характеризующие энергию адсорбции. Для высоких давлений пара изотерма адсорбции описывается общим уравнением обобщенной теории Ленгмюра – уравнением полимолекулярной адсорбции БЭТ (Брунауэр, Эммет и Телллер)
где С – const, характеризующая энергию взаимодействия сконденсированного адсорбата с поверхностью адсорбента; рs – давление насыщенного пара адсорбата. Уравнение Ленгмюра и уравнение БЭТ широко используется для определения удельной поверхности адсорбентов, катализаторов и др., дисперсных систем. Удельная поверхность Sуд связана с емкостью монослоя А¥ соотношением Sуд = А¥ К/АS0, где S0 - площадь занимаемая одной молекулой адсорбата в насыщенном адсорбционном слое.
Задача № 5. Адсорбция растворенного в воде ПАВ на поверхности ртуть-вода подчиняется уравнению Ленгмюра. При концентрации ПАВ 0, 2 моль/л степень заполнения поверхности q = 0, 5. Рассчитайте поверхностное натяжение ртути на границе с раствором при 298 К и концентрации ПАВ в растворе 0, 1 моль/л. Предельное значение площади, занимаемой молекулой ПАВ на поверхности, S0 = 0, 2 нм2, поверхностное натяжение ртути на границе с водой равно 0, 373 Дж/м2. Решение: Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ выражается уравнением Шишковского: s = s0 – А¥ RTln (1 + КС) Константу равновесия К определяем из уравнения Ленгмюра: Откуда Емкость монослоя А¥ находим из соотношения: где S0 – площадь, приходящаяся на одну молекулу в насыщенном адсорбционном слое. А¥ – предельная адсорбция (емкость монослоя) NA – число Авогадро Зная К и А¥ , по уравнению Шишковского рассчитываем поверхностное натяжение ртути на границе с раствором: s = 0, 373 – 8, 3 × 10–6 × 8, 31 × 298 × ln (1 + 5 × 0, 1) = 0, 373 – 2, 05 × 10–2 × ln 1, 5 = 0, 365 Дж/м2.
Тексты задач из [2] стр. 18-20.
Задача 4. Исходя из следующих данных адсорбции азота на слюде при 90 К, приведенных к t – 200С и р – 760 мм. рт. ст., графическим методом определите константу К и 1/n в уравнении Фрейндлиха.
Задача 6. Рассчитайте удельную адсорбцию и построить изотерму адсорбции амилового спирта на поверхности его водных растворов по зависимости s = f (C) при Т = 298 К. Определить графически адсорбцию амилового спирта из раствора с концентрацией 0, 030 кмоль/м3.
Задача 7. Определите константы уравнения адсорбции Ленгмюра для растворов гексилового и гептилового спиртов. Выполняется ли правило Дюкло – Траубе в этом случае? Зависимость адсорбции этих соединений от концентрации приводится в следующей таблице:
Задача 8. При исследовании влияния температуры на поверхностное натяжение жидкостей были получены данные, представленные в таблице. Определите внутреннюю энергию и энтропию поверхностного слоя. Какие выводы следуют из линейного характера зависимости s = f (Т) и отрицательного знака температурного коэффициента поверхностного натяжения? Зависимость поверхностного натяжения от температуры
Профессор кафедры ФМТМ Т.Г. Дмитриенко «____»_______________2013 г.
|