Изучение адсорбции из растворов на границе твердое тело-жидкость

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИИ ИЗ РАСТВОРОВ НА ГРАНИЦЕ ТВЕРДОЕ ТЕЛО-ЖИДКОСТЬ

Контрольные вопросы.

1. Определение адсорбции, адсорбат, адсорбтив. Хемосорбция. Адсорбция физическая.

2. Уравнение Гиббса и Лэнгмюра для адсорбции.

3. Зависимость адсорбции от температуры, природы адсорбата, адсорбтива.

4. Изотерма адсорбции.

5. Экспериментальное определение изотермы адсорбции.

Цель работы.

1. Изучить адсорбцию из раствора на границе раздела фаз «твердое тело – жидкость» на примере адсорбции

уксусной кислоты активированным углем.

2. Определить параметры уравнения Фрейндлиха.

Теоретическая часть. Адсорбцией называют самопроизвольное концентрирование одного вещества на

поверхности другого. Обычно вещество поглощаемое или концентрируемое на поверхности называют

адсорбтивом, а поглощающее вещество – адсорбент. Стремление системы при определенных условиях к

понижению свободной энергии приводит к тому, что конденсированная фаза стремится либо уменьшить

площадь межфазной границы, либо за счет процессов взаимодействия с окружающей средой

(адсорбции)уменьшить поверхностную энергию. С молекулярной точки зрения процесс адсорбции

заключается в следующем: частицы на поверхности твердого тела обладают нескомпенсированными

связями, и частицы среды, в которой находится твердое тело, способны взаимодействовать с поверхностью.

При этом происходит изменение электронного состояния как адсорбированной молекулы, так и твердого

тела. Можно рассмотреть два случая. В первом - молекулы адсорбата сохраняют свою индивидуальность,

такая адсорбция называют физической. Во втором случае происходит сильное изменение электронного

состояния как адсорбированной молекулы, так и твердого тела, то есть адсорбированная молекула образует

химическое соединение с твердым телом. Такую адсорбцию называют химической или хемосорбцией.

Однако деление адсорбции на физическую и химическую в известной степени условное. Адсорбция

некоторых веществ представляет случаи, промежуточные между чисто физической и чисто химической

адсорбцией.

Для количественного описания процессов адсорбции вводят величину адсорбции «Г» - количество

адсорбированного вещества в граммах или молях на всю поверхность адсорбента (или на единицу

поверхности). Часто экспериментально получают зависимость величины «Г» как функцию концентрации

адсорбента в газовой (жидкой) фазе Г= f (c) при постоянной температуре, где с - концентрация адсорбата.

Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра имеет вид:

Г = Г∞

𝐶

𝑘+𝐶

(1)

где Г и Г∞ - количество (моль) поверхностного вещества на 1 кв. м поверхности адсорбента (Г – в момент

адсорбционного равновесия, Г∞ - максимально возможное); с- молярная концентрация раствора

адсорбированного вещества в момент адсорбционного равновесия (равновесная концентрация).

В сравнительно широких пределах концентрация зависимость адсорбции от концентрации (или давления)

выражается довольно простым эмпирическим уравнением Фрейндлиха:

𝑥

𝑚

= 𝑎 ∙ 𝑐

𝑛

(2)

где х – количество растворенного вещества, адсорбированного массой m поглотителя и находящегося в

равновесии с раствором концентрации с; а и n –константы, характерные для данного процесса адсорбции в

определенных пределах, причем