Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Сұйытылған ерітінділердегі адсорбция






Қ атты денелер сұ йық тармен немесе газ тә різдес заттармен жаң асқ анда, оларды белгілі мө лшерде ө з бойына сің іреді. Сің іру процесі дененің барлық кө лемінде немесе тек жоғ арғ ы жанасу бетінде ғ ана жү руі ық тимал.

Заттың екінші бір затты ө з бойына сің іруін с о р б ц и я деп атайды. Егер сің іру дененің тек беткі қ абатында іске асатын болса, онда оны а д с о р б ц ия, ал егер дененің барлық кө лемінде жү ретін болса - адсорбция деп атайды. Ә детте сің іруші затты а д с о р б е н т, ал сің ірілетін затты а д с о р б т и в деп атайды. Адсорбент ролін кө птеген анорганикалық жә не органикалық заттар: кө мір, силикагель, саз, каолин, целлюлоза, фильтр қ ағ азы, жү н жә не т.б. атқ арады.

Сорбция процесі қ уысты заттардың капиллярларында (ө те жің ішке тү тікшелер) газдардың немесе сұ йық тардың конденсациялануымен де байланысты. Егер сің іру процесі қ уысты, кеуекті заттардың ө те ұ сақ тү тікшелерінде іске асатын болса, онда бұ л типтегі процестерді к а п и л л я р л ы қ к о н д е н с а ц и я деп атайды.

Адсорбция қ ұ былысы адсорбент бетінің беттік энергиясына тікелей байланысты. Беттік энергиясы мол заттарда сорбция процесі оң ай іске асады.

Адсорбция қ айтымды процесс. Дене беті адсорбтивпен қ анығ у барысында адсорбция жылдамдығ ы кеміп, оғ ан қ арама-қ арсы процесс десорбция жылдамдығ ы артады. Белгілі уақ ыттан соң екі процестің - адсорбциямен десорбция процестерінің жылдамдық тары ө зара тең есіп, динамикалық тепе-тең дік орнайды.

V адсорбция V десорбция

Заттың адсорбциялану шамасы адсорбент пен адсорбтив табиғ атына, адсорбтивтің концентрациясына жә не ортаның температурасына тә уелді.

Адсорбция процесі негізінен экзотермиялық процесс. Демес, температура артқ анда, адсорбцияланғ ан заттың мө лшері кемиді: Адсорбция процесі ф и з и к а л ы қ жә не х и м и я л ы қ а д с о р б ц и я деп екіге бө лінеді: физикалық адсорбция кезінде заттың сің ірілуі тез жү реді де, динамикалық тең дік орнайды. Физикалық адсорбция молекула аралық немесе Ван-Дер-Ваальс кү штерінің ә серімен іске асады. Ол қ айтымды процесс. Температура артқ анда, физикалық адсорбция кемиді.

 
Физикалық адсорбциямен қ атар бояу іске асатын химиялық адсорбция болады.

 
 

 

 

 


16-сурет. Адсорбция изотермасы

Бұ л кезде тү зілетін химиялық байланыс едә уір берік болады. Химиялық адсорбция қ айтымсыз келеді. Егер физикалық адсорбцияның жылу эффектісі 10-20 кДж∙ моль-1 болса, ал химиялық адсорбцияда оның шамасы 40∙ 200 кДж∙ моль-1 болады. Температура артқ анда, химиялық адсорбция кө пшілік жағ дайда арта тү седі.

Адсорбцияланғ ан заттың мө лшері мен оның концентрациясы арасындағ ы байланысты графикпен кескіндеуге болады (16-сурет). Адсорбцияланғ ан зат мө лшерінің концентрация немесе қ ысыммен байланысты кө рсететін графикті а д с о р б ц и я и з о т е р м а с ы деп атайды. Адсорбция изотермасын сызу ү шін абсцасса осы бойынша динамикалық тең діктегі конецентрация (С) немесе қ ысым (Р), ал ордината осі бойынша адсорбцияланғ ан зат мө лшері (Г) алынады.

Адсорбция изотермасын ү ш бө лікке бө ліп қ арастыруғ а болады (16-сурет): 1-бө лік адсорбцияланғ ан заттың мө лшері концентрацияғ а (қ ысымғ а) тура пропорционал, адсорбцияланғ ан заттың концентрациясы аз облыс; 2-бө лік - концентрация орта дә режедегі облыс. Бұ нда концентрация артуына байланысты адсорбцияланғ ан заттың мө лшері аз болады. 3-бө лік - адсорбцияланғ ан заттың шамасы (Гмах) шегіне жетеді. Концентрация артқ анмен адсорбцияланғ ан заттың мө лшері ө згермейді.

Адсорбция процесі қ атты дене - газ, қ атты дене - сұ йық тық (ертінді) жә не сұ йық тық - газ жанасу шектерінде жү реді. Осығ ан байланысты адсорбция шамасын Лэнгмюр, Фрейндлих жә не Гиббс тең деулерімен есептеуге болады.

ЕРІТІНДІ - ГАЗ ФАЗААРАЛЫҚ БӨ ЛУ БЕТІНДЕГІ АДСОРБЦИЯ

Гиббстің мономолекулалық адсорбция тең деуі

Термодинамиканың 1- жә не 2-заң дарының жалпы тең деуін ішкі энергияның ө згерісі арқ ылы жазайық:

(1)

мұ ндағ ы - энтропия; V - кө лем; - і-компонентінің химиялық потенциалы; – i -компонентінің моль саны; - беттік (фазааралық) керілу; S - бө лу бетінің ауданы.

Бұ л тең деуді бө лу бетіне арнап қ айтадан жазайық (беттің кө лемі нө лге тең):

(2)

Т, , =const болғ ан жағ дайда соң ғ ы тендеуді интегралдасақ, келесі ө рнекті аламыз:

(3)

Енді осы функцияның толық дифференциалын табайық:

(4)

(4) тендеуден (2) тең деуді алып тастасақ:

(5)

Температура тұ рақ ты болғ анда:

(6)

= Гі адсорбция екендігін ескерсек, онда

(7)

(7) тең деуі - Гиббс тең деуі деп аталады. Гиббс тең деуін екі компонентті ерітінді ү шін жазайық:

(8)

Эквимолекулалық бет ү шін ():

(9)

Бұ л тең деу еріген зат адсорбциясының ерітіндінің беттік керілуімен байланысын сипаттайды. Олай болса, жалпылама тү рде еріген заттың адсорбциясы ү шін былай жазуғ а болады:

(10)

Сұ йытылғ ан ерітінділер ү шін , (мұ ндағ ы , - і-компонентінің активтігі; - і компонентінің стандартты химиялық потенциалы) екендігін ескерсек, жоғ арыдағ ы тендеуді сұ йытылғ ан ерітінділер ү шін қ айта былай жазуғ а болады:

(11)

Сұ йытылғ ан ерітінділерде еріген компоненттің активтігі оның концентрациясына жуық келеді, яғ ни а с. Олай болса сұ йытылғ ан ерітінділер ү шін (11) тендеудегі активтікті концентрациямен алмастыруғ а болады:

(12)

Демек, (12) тендеу адсорбция, беттік керілу жә не концентрация арасындағ ы байланысты ө рнектейді.

Ерітіндінің беттік керілуінің концентрацияғ а байланысты ө згерісі (беттік керілу изотермасы) белгілі болса, онда фазааралық бө лу бетіндегі адсорбцияны соң ғ ы тең деу кө мегімен есептеуге болады. Ол ү шін изотерма қ исығ ына (1-сурет) ә ртү рлі концентрацияларғ а сә йкес жанамалар жү ргізіп, оның абсцисса ө сімен жасайтын бұ рышының тангенсін анық тайды: (. Сонан соң мә нін (12) тең деуге қ ойып, адсорбция шамасын есептейді.

Адсорбцияның шамасын изотермасынан басқ а ә діспен де есептеуге болады. Ол ү шін беттік керілу изотермасы қ исығ ындағ ы таң дап алынғ ан нү ктелерге жү ргізілген жанамаларды ордината ө сімен қ иылысқ анша созады. Изотерма қ исығ ындағ ы нү ктелер арқ ылы абсцисса ө сіне параллель тү зулер жү ргізіп, оларды ордината ө сімен қ иылысқ анша созады. Сонан соң осы тү зулердің ордината ө сімен қ иылысқ ан нү ктелерінің арақ ашық тығ ын () ө лшейді. Ары қ арай Z мә нін Гиббс тең деуіне (12 тең деу) қ ойып, адсорбция шамасын есептейді:

(13)

1-сурет. Беттік-инактивті зат (а) жэне беттік-активті зат ерітінділерінің (б) беттік керілу изотермалары

Ребиндердің ұ сынысы бойынша, - беттік-активтілік деп аталады. Оның СИ жү йесіндегі ө лшем бірлігі Н-м2 /моль.

Егерде болса, онда > 0; Г > 0. Бұ л кезде оң адсорбция байқ алады. Бұ л жағ дайда ерітіндінің концентрациясы артқ ан сайын -ң шамасы кемиді (1а-сурет).

Ал болса, онда 0; Г 0. Бұ л кезде теріс адсорбция байқ алады. Басқ аша айтқ анда фазааралық бө лу бетінде еріткіштің концентрациясы еріген заттың концентрациясынан кө п болады. Ерітіндінің концентрациясы артқ ан сайын шамасы ө сіп отырады (1 б-сурет).

Еріткіштің (судың) беттік керілуін кемітетін заттарды беттік-активтік заттар (БАЗ) деп атайды. Керісінше, еріткіштің (судың) беттік керілуін арттыратын заттар беттік-инактивті заттар (БИАЗ) деп аталады. Беттік-активті заттарғ а қ ұ рамында полярлы функционалдық тобы жә не дамығ ан кө мірсутек радикалы бар, яғ ни қ ұ рылысы жағ ынан дифильді болып келетін заттар жатады. Мұ ндай заттарғ а кө мірсутек радикалы ұ зын карбон қ ышқ ылдары мен олардың тұ здары, спирттер, аминдер, алкилсульфондар жә не т.б. заттар жатады. Беттік-инактивті заттарғ а минералды қ ышқ ылдар, негіздер, тұ здар жә не т.б. заттар жатады.


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.009 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал