Физическая и коллоидная химия Методические указания и варианты заданий контрольных работ для студентов заочной формы обучения биологических специальностей (стр. 16 )

Задача 28. Рассчитать э. д.с. гальванической цепи, состоящей из нормального водородного электрода и водородного электрода, опущенного в чистую воду. Составить гальваническую цепь и записать реакцию протекающую на электродах.

Таблица 8.1

Стандартные электродные потенциалы в водных растворах при 25 °.

№	Электрод	е, В.
1	Н+/Н2	0,00
2	Zn2+/Zn	-0,763
3	Cu2+/Cu	+0,337
4	Хингидронный	+0,704
5	Mn 3+/ Mno4-	1,206
6	Mn2+/MnO2	+1,23
7	MnO4 -/MnCl2	+1,51
8	NO3 -/NO	+0,96
9	S2O8 2-/ 2SO42-	+2,010
10	Fe3+/ Fe2+	+0,771
11	O2/ H 2O2	+0,682
12	NO 3-/ NO 2-	+0,940
13	Потенциал насыщенного каломельного электрода	+0,2503
14	Потенциал 1,0н каломельного электрода	+0,2810
15	Потенциал 0,1н каломельного электрода	+0,3335
16	Ag/Ag+	+0,799
17	Mn2+/MnO-4	-1,52
18	Потенциал 1,0н хлорсеребряного электрода	+0,2381
19	Потенциал 0,1н хлорсеребряного электрода	+0,2900

Таблица 8.2

Коэффициенты активности ионов в зависимости от заряда

и концентрации при 25 0 С

С г-моль /дм3	однозарядный	двухзарядный
0,001	0,965	0,903
0,01	0,900	0,744
0,1	0,780	0,465

Тема 9. Поверхностные явления. Адсорбция.

       Адсорбция это процесс изменения концентрации на границе раздела 2х фаз, одна из которых обычно пребывает в жидком или твердом состоянии и называется адсорбентом. Другая фаза пребывает в состоянии газа или жидкости и называется адсорбтивом.

В простейшем случае процессы адсорбции классифицируются по агрегатному состоянию адсорбента или адсорбтива.

Для всех жидких адсорбентов мерой адсорбции служит поверхностное натяжение () или поверхностная активность (). Величину адсорбции () рассчитывают по уравнению Гиббса:

,                        

где         - равновесная концентрация адсорбтива, кмоль/м3;

               - универсальная газовая постоянная (см. Приложение табл.  );

       - температура, К.

       Если < 0, или  то вещество накапливается в поверхностном слое и называется поверхностно-активным веществом (ПАВ).

  Если >0, или > 0, то концентрация в поверхностном  слое будет меньше, чем в объеме, а величина адсорбции – отрицательна.

  Известно, что с удлинением углеводородной цепи органических соединений их растворимость в воде уменьшается. Эту зависимость можно охарактеризовать правилом Траубе – Дюкло :

с увеличением длины углеводородной цепи органических соединений одного гомологического ряда на группу –СН2  адсорбционная активность возрастает в 3,2 раза.

       На твердых поверхностях (адсорбентах) характеристики процесса зависят также и от агрегатного состояния адсорбтива.

       Мерой адсорбции из растворов служит изменение концентрации (), величину адсорбции рассчитывают по уравнению Ловица:

,                                

       где         - разность концентрации до и после адсорбции, кмоль/м3;

                       - объем адсорбтива, м3;

                       - масса адсорбента, кг.

       Гмах и константы ( и ), характеризующие процесс адсорбции находятся с помощью построения изотерм по Ленгмюру и Фрейндлиху.

Уравнения и изотермы адсорбции

       ( Ленгмюра)                

        или          (Фрейндлиха) 

       Ленгмюра                                        Фрейндлиха

  Г                                         lg Г        

       

       Гmax

  б                tg б =1/n

       с                         lg K                         lg Сp

где  Г – величина адсорбции, кмоль/кг,

  Г – предельное количество адсорбированного вещества или максимальная адсорбция, кмоль/кг,

  Х/т –величина адсорбции на единицу массы адсорбента, кмоль/кг.

       На поверхности твердого адсорбента может происходить из растворов электролитов – ионная и полярная адсорбция. При этом на поверхности адсорбента образуется двойной электрический слой. Адсорбционная активность ионов зависит от их концентрации и от природы (степени окисления и гидратации). Ряды ионов, составленные в порядке уменьшения их адсорбционной активности называются лиотропными, например, для одновалентных катионов лиотропный ряд выглядит так:

       Катионы различной валентности, их можно расположить в следующий ряд: 

       Если на поверхности уже адсорбирован электролит, то при появлении в адсорбтиве (растворе) других ионов почти всегда в той или иной степени наблюдается обменная адсорбция. При этом адсорбент, поглощая определенное количество каких-либо ионов, одновременно выделяет в раствор эквивалентное количество других ионов того же знака.

        количественно описал процесс ионного обмена  на твердой поверхности

  ,                        

где         - количество обменивающихся ионов в адсорбтиве, г-экв/г;

                - активности обменивающихся ионов.

       При небольших концентрациях (природные растворы) вместо активности можно пользоваться значением концентрации.

       Обменная адсорбция имеет большое значение в земледелии, биологии и технике. Почва (хороший природный адсорбент) способна поглощать и удерживать определенные ионы, например К+ и NH4+, необходимые для питания растений. Взамен этих катионов почва выделяет эквивалентное количество других катионов: H+, Ca2+, Mg2+ и др От природы поглощенных ионов в значительной мере зависят физические и агротехнические свойства почвы.