k – константа, характеризующая поверхностную активность адсорбтива;
С – равновесная концентрация вещества;
Р – равновесное давление (для газов).
При малых концентрациях (С → 0) уравнение (1.12а) принимает вид
А = Аµ×k×C, то есть адсорбция линейно связана с концентрацией;
При больших концентрациях (С → µ) наступает предельное насыщение поверхности.
Константы уравнения Лэнгмюра определяют графически после линеаризации уравнения (1.12) по уравнению (1.13) (рис. 6):
| (13) |
.
Рис. 6. Графическое нахождение констант уравнения Лэнгмюра
Для энергетически неоднородной поверхности и средних концентраций и степеней заполнения поверхности адсорбция описывается уравнением Фрейндлиха:
| (1.14а) | |
или для газов |
| (1.14б) |
,где k и 1/n – константы уравнения Фрейндлиха.
Константы уравнению Фрейндлиха находят графически по уравнению (1.15):
| (1.15) |
Рис. 7. Графическое определение констант уравнения Фрейндлиха
Реальные изотермы адсорбции при повышении концентрации отличаются от изотерм Лэнгмюра и Фрейндлиха. Для объяснения С. Брунауэр, П. Эммет, Дж. Теллер выдвинули теорию полимолекулярной адсорбции (теория БЭТ) – молекулы могут адсорбироваться на слое адсорбированных молекул.
,
где А – количество адсорбированного вещества;
А¥ – емкость монослоя;
k – константа уравнения БЭТ;
p и ps – равновесное давление пара и давление насыщенного пара.
Очевидно, что при p << pS 
совпадает с уравнением Лэнгмюра.
Молекулы ПАВ при адсорбции на твердом адсорбенте ориентируются на его поверхности таким образом, чтобы полярная часть молекулы была обращена к полярной фазе, а неполярная – к неполярной. Так, при адсорбции алифатических карбоновых кислот из водных растворов на неполярном адсорбенте – активированном угле – молекулы ориентируются углеводородными радикалами к адсорбенту; при адсорбции из бензола (неполярный растворитель) на полярном адсорбенте – силикагеле – ориентация молекул кислоты будет обратной (рис. 8).
уголь силикагель
вода бензол
Рис. 8. Ориентация молекул ПАВ на поверхности адсорбента
Согласно правилу уравнивая полярностей Ребиндера – вещество адсорбируется на поверхности раздела фаз таким образом, что в результате его адсорбции будут уравниваться полярности этих фаз.
Иониты, или ионообменники, – это вещества, способные к ионному обмену и адсорбции ионов. Они имеют полиионный каркас, заряд, которого скомпенсирован противоположным зарядом подвижных противоионов, которые могут заменяться на другие ионы с зарядом того же знака.
По происхождению иониты подразделяют на природные и синтетические, по составу – на неорганические и органические, по знаку заряда обменивающихся ионов – на катиониты, аниониты и амфолиты (последние, в зависимости от условий, могут обмениваться как катионами, так и анионами).
К природным неорганическим ионитам относят кристаллические силикаты типа цеолитов, способных к обмену катионами; к анионному обмену способен, например, апатит. Природными ионитами органического происхождения являются, например, содержащиеся в почве гуминовые кислоты — высокомолекулярные соединения с различными функциональными группами, способными к ионному обмену как катионами, так и анионами. Синтетические иониты на основе органических смол – ионообменные смолы.
1-1 Адсорбция наблюдается на поверхностях раздела:
1) твердое тело – газ; | 3) газ – газ; |
2) жидкость – газ; | 4) твердое тело – жидкость. |
1-2 Адсорбат –
1) вещество, на поверхности которого происходит адсорбция;
2) вещество, которое концентрируется на границе раздела фаз;
3) вещество, увеличивающее поверхностное натяжение на границе раздела фаз;
4) вещество, не изменяющее агрегатное состояние в процессе адсорбции.
1-3 Причины адсорбции:
1) уменьшение поверхностной энергии системы;
2) упорядоченное расположение молекул на поверхности раздела;
3) взаимодействие адсорбента и адсорбата;
4) тепловое движение молекул.
1-4 Виды адсорбции:
1) стереорегулярная; | 3) кинетическая; |
2) физическая; | 4) химическая. |
1-5 Адсорбционное равновесие при физической адсорбции устанавливается в результате:
1) теплового движения молекул;
2) статистического изменения концентрации;
3) стремления системы к максимальной энтропии;
4) притяжения молекул к поверхности адсорбента.
1-6 Уравнение изотермы адсорбции Гиббса –
1) | 3) |
2) | 4) |
1-7 Уравнение адсорбции Фрейндлиха
1) | 3) |
2) | 4) |
1-8 Уравнение Лэнгмюра и уравнение, позволяющее определить постоянные, входящие в это уравнение, –
1) | 4) |
2) | 5) |
3) |
1-9 Адсорбция – это:
(А) самопроизвольное распределение компонентов системы между поверхностным слоем и объемной фазой;
(Б) взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных тел разной природы;
(В) самопроизвольное концентрирование газообразного или растворенного компонента гетерогенной системы в поверхностном слое;
(Г) повышение концентрации компонента в поверхностном слое по сравнению с объемной фазой, отнесенное к единице площади поверхности.
Какая комбинация этих определений содержит только правильные
утверждения?
1) АБГ; | 3) БВГ; |
2) АВГ; | 4) АБВ. |
1-10 Пусть А – адсорбция, с – равновесная концентрация, Т – температура.
Изотерма адсорбции представляет собой зависимость
1) С = fA(T); | 4) C = fT(A); |
2) A = fc(T); | 5) A = fT(C). |
3) T = fc(A); |
1-11 Физическая адсорбция обусловлена
1) реакцией ионного обмена;
2) реакцией замещения;
3) образованием ковалентных связей;
4) действием сил Ван-дер-Ваальса.
1-12 На каком рисунке правильно отображены изотермы физической адсорбции пара на твердом адсорбенте?
|
|
|
|
1) 1; | 2) 2; | 3) 3; | 4) 4. |
1-13 Уравнение Ленгмюра описывает изотерму адсорбции в случае:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 |
Основные порталы (построено редакторами)