Лабораторная № 1 «Адсорбция» по Химии (Зеленская М. В.)

Кирилл Николоев чт, 24.03.2016 22:35

Поверхностные явления, в частности адсорбция, играют большую роль в самых различных областях техники: поглощение отдельных компонентов из потока газа и жидкости; извлечение редких металлов и их соединений из растворов или газов и из отходов различны производств; удаление остатков газа из вакуумных приборов и т.д. С адсорбцией приходится сталкиваться в процессах химического и электрохимического травления и полирования полупроводников и металлов при очистке поверхности твердых тел от загрязнений.

I. Цель работы 1. Освоить методику определения величины адсорбции поверхностью твердого тела. 2. Определить константы уравнения Фрейдлиха для случая адсорбции уксусной кислоты активированным углём из водных растворов.

II. Основные теоретические положения 2.1. Основные понятия Адсорбцией называется изменение концентрации вещества на поверхности раздела двух фаз. Адсорбция является частным случаем сорбции, процесса поглощения одного вещества поверхностью или объемом другого.

Твердое тело или жидкость, на поверхности, которых происходит адсорбция, называется адсорбентом, а вещество (газ, жидкость или растворенный компонент), частицы которого скапливаются на поверхности адсорбента – адсорбатом.

Адсорбция возникает за счет свободной энергии поверхности, обусловленной неуравновешенностью частиц, образующих поверхностный слой. Притягивая к себе частицы из другой фазы, частицы поверхностного слоя уменьшают свою неуравновешенность, восстанавливая связь с адсорбционными частицами и выделяют при этом энергии. По величине энергии, выделяющийся при адсорбции, можно отличить различные виды этого процесса:

I) Физическая адсорбция, проявляющаяся при низких температурах. Энергии выделяется мало и адсорбированные частицы почти не меняют своё строение; II) Активированная адсорбция связана с более значительным выделением энергии. Адсорбированные частицы взаимодействуя с поверхностью адсорбента, возбуждаются и изменяют своё строение. Этот вид адсорбции проявляется при гетерогенном катализе;

III) Хемосорбция сопровождается большим выделением энергии и адсорбированные частицы вступают в реакцию с поверхность адсорбента (топохимические соединения). Примером хемосорбции может служить адсорбция кислорода металлами.

Адсорбция зависит от природы адсорбента и адсорбата, от температуры, давления газа или концентрации растворенного вещества. 2.2. Адсорбционная равновесие. Изотерма адсорбции. С кинетической точки зрения адсорбция является обратимым процессом, т.е. одновременно с адсорбцией происходи десорбция, когда адсорбированные молекулы вследствие кинетического движения уходят с поверхности адсорбента в газовую фазу или раствор. В начале процесса скорость адсорбции больше скорости десорбции десорбции. По мере насыщения поверхности адсорбента устанавливается состояние адсорбционного равновесия, которое характеризуется равенством скоростей адсорбции и десорбции. Концентрация вещества в газовой фазе или растворе, отвечающая состоянию равновесию называется равновесным. Адсорбционное равновесие подвижно и может быть смещено в ту или другую сторону согласно принципу Ле Шателье.

Количественно адсорбцию можно выражать в молях адсорбата на единицу площади поверхности адсорбента, моль/м2, или на единицу массы адсорбента, моль/гр. Кривую зависимости величины адсорбции Г от равновесных концентрации С или давления P адсорбата при постоянной Т называют изотермой адсорбции: Г = f (c) или Г = f(p) при Т = const.

На рис.1 приведены изотермы адсорбции аммиака активированным углём при разных температурах. РИСУНОК На кривой, характеризующей адсорбцию при t = -23,50C, можно выделить три участка: I – адсорбция прямо пропорциональна давления газа; II – адсорбция растет с повышение давления; III – адсорбция стремится к насыщению.

Количественно процесс адсорбции описывается уравнением Лангмора: РИСУНОК! Где P(c) – равновесное пропорциональное давление газа (концентрация) Кр (Кс) – константа адсорбционного равновесия. В области малых равновесных концентрации (давления) газа, когда слагаемые Кс * С или Кр * Р можно пренебречь, уравнение Лангмора принимает вид:

Г = Гmax * Кс * С или Г = Гmax * Кр * Р (2) В области больших концентраций ( давлений) газа Кс * С>> 1, Кр * Р>>1, уравнение Лангмора принимает вид: Г = Гmax (3) Изотерму адсорбции на неоднородной поверхности обычно получают опытным путём. Одной из подобных изотерм является изотерма Фрейндлиха:

Г = Кс * С1/П (4) Где Кс и П – постоянные для данной системы величины. Как видно из рис. 1, при повышении температуры наблюдается понижение адсорбции, что свидетельствует об экзотермичности процесса.

Скачать файлы

Похожие документы