ADSORP~1.DOC

(82 KB) Pobierz

1. Część teoretyczna.

Adsorpcja jest podstawowym zjawiskiem powierzchniowym poprzedzającym wielką liczbę procesów fizycznych i chemicznych przebiegających na powierzchni graniczących ze sobą faz.

Pomiędzy cząsteczkami każdej substancji znajdującej się w jednym ze stanów skupienia działają siły, zwane ogólnie siłami van de Waalsa lub siłami kohezji (spójności). Siły te ujawniają się wówczas, gdy cząsteczki znajdują się w odpowiedniej odległości rzędu nm (1 nm=10-9m). Największą odległość pomiędzy cząsteczkami, pomiędzy którymi siły kohezji jeszcze działają, nazywamy promieniem oddziaływania cząsteczkowego. W głębi fazy siły kohezji między cząsteczkami równoważą się. W przypadku ciała stałego, cieczy lub gazu atomy lub cząsteczki znajdujące się na powierzchni graniczących faz lub w jej pobliżu podlegają działaniu niezrównoważonych sił ze stron tych faz. Wypadkowe tych sił są skierowane prostopadle do płaszczyzny powierzchni granicznej. Niezrównoważone siły ze strony graniczących faz (tzw. Siły powierzchniowe) powodują że na powierzchni graniczącej następuje najczęściej zmiana liczby cząsteczek (atomów jonów) w porównaniu z odpowiednią objętością sąsiadujących faz (gazowej lub ciekłej). Takie zjawisko zmiany stężenia substancji na powierzchni nosi nazwę adsorpcji.

Pomiędzy składnikami próbki a fazą stacjonarną zachodzą międzymolekularne (międzycząsteczkowe) oddziaływania oparte na zjawisku adsorpcji. Oddziaływania te możemy podzielić na cztery grupy:

-oddziaływania orientacyjne

-oddziaływania indukcyjne

-oddziaływania dyspersyjne

-oddziaływania specyficzne

Ciało stałe ma zdolność sorbowania z fazy gazowej na swojej powierzchni par, gazów i cieczy znajdujących się w stanie wielkiego rozproszenia oraz substancji rozpuszczonych z roztworu.

Po zetknięciu się gazu z powierzchnią adsorbentu w układzie zamkniętym ustala po odpowiednim czasie równowaga, zwana równowagą adsorpcyjną. Proces adsorpcji w takiej równowadze można zapisać w postaci ogólnego równania:

F(a, p, T) =0 gdzie:

a-to pojemność sorpcyjna, czyli ilość substancji w warstwie powierzchniowej na gram sorbentu (mol/g)

p- ciśnienie równowagowe

T- temperatura.

Ponieważ w równaniu występują trzy parametry można rozpatrywać równowagę adsorpcyjną w trojaki sposób.

1) Jeżeli T = const, to równowagę można przedstawić równaniem izotermy adsorpcji.

a = f(p)T

2) Jeżeli p = const, to równowagę zapisujemy równaniem izobary adsorpcji:

a = f(T)

3) Jeżeli a = const, to będziemy mieli równowagę opisaną równaniem izostery adsorpcji:

p = f(T)a

Ilościowe ujęcie procesu adsorpcji jest zagadnieniem trudnym, to też nie ma ogólnej teorii tego zjawiska. Istnieją jednak modele wiążące zależności adsorpcji, przy założeniach upraszczających. Zależności te przedstawia się w postaci izoterm adsorpcji.

IZOTERMA FREUNDLICHA

Empiryczny wzór na izotermę adsorpcji gazów został podany przez Freundlicha w postaci

a = = kp1/n

gdzie:

X- ilość zaadsorbowanej substancji [mole, g, mg],

m- masa sorbentu [g],

p- ciśnienie gazu,

k,n- wielkości stałe dla danego sorbentu.

Podany wzór izotermy stosuje się również nie tylko dla gazów, lecz również do sorpcji składników z roztworu przez sorbenty (np. różnych związków organicznych z wody przez węgiel). Wówczas zamiast ciśnienia p występuje stężenie C sorbatu ( substancji adsorbowanej) w stanie równowagi. Izotermę Freundlicha dla składów ciało - stałe-ciecz zapisuje się następująco:

a = =kC1/n

2. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie izotermy adsorpcji Freundlicha kwasu octowego na węglu aktywnym.

Zadanie sprowadza się do wyznaczenia doświadczalnego współczynnika k i 1/n w równaniu Freundlicha dla konkretnego węgla aktywnego. Należy ustalić zależność ilości zaadsorbowanego kwasu na jednostkę masy w zależności od stężenia tego kwasu

3. Wykonanie ćwiczenia.

Odczynniki i aparatura

1) Roztwór kwasu octowego (CH3COOH) o stężeniu C=0,5 mol/dm3.

2) Roztwór wodorotlenku sodowego (NaOH) o stężęniu C=0,1 mol/dm3.

3) Fenoloftaleina-wskaźnik.

4) Węgiel aktywny.

5) Zestaw do miareczkowania.

6) Wstrząsarka laboratoryjna.

7) Szkło laboratoryjne:

6 kolbek miarowych o pojemności 100 cm3

6 kolbek stożkowych ze szlifowanym korkiem,

6 kolbek stożkowych do sączenia,

lejki, pipety, bagietki,

8)Sączki z bibuły o średniej szybkości filtracji.

W kolbach miarowych o pojemności 100 cm3 sporządzam sześć roztworów kwasu octowego o następujących stężeniach: 0,3; 0,25; 0,20; 0,15; 0,10; 0,05 mol/dm3 każdego(korzystając z roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,5 mol/dm3. Otrzymane roztwory dokładnie mianuje roztworem wodorotlenku sodowego o stężeniu 0,1 mol/dm3 wobec fenoloftaleiny jako wskaźnika. W tym celu

odmierzam 10 cm3 (pipetą miarową ) roztworu kwasu octowego o danym stężeniu do suchej kolby stożkowej i miareczkuje dwukrotnie. Analogicznie wykonuje miareczkowanie pozostałych roztworów kwasu octowego.

Korzystając z wagi technicznej a następnie analitycznej dokładnie odważam na folii aluminiowej sześć odważek węgla (po około 2 g każda. Następnie odważki węgla wsypuje kolejno do sześciu kolbek ze szlifem. Później do tych kolbek dodaję po 50 cm3 (odmierzam pipetą) każdego z przygotowanych roztworów kwasu octowego. Kolbki zamykam szczelnie korkiem i zawartość jest wstrząsana przez 10 min na wstrząsarce. Otrzymane zawiesiny przesączam, z każdego przesączu pobieram do miareczkowania próbki o objętości 10 cm3, celem oznaczenia stężenia równowagowego kwasu octowego (niezaadsorbowanego).

4. Przedstawienie wyników.

5.Opracowanie wyników.

Co [mol/dm3]	Crów [mmol/dm3]	M [g]	X [mg]	LOG [mg/g]	LOG Crów [mmol/dm3]
0,394	0,286	1,8902	324,0	2,234	2,456
0,325	0,228	1,9405	292,5	2,178	2,357
0,261	0,180	1,9311	243,0	2,100	2,255
0,190	0,123	1,9296	201,0	2,017	2,090
0,129	0,072	1,9666	171,0	1,939	1,857
0,065	0,030	1,8794	105,0	1,747	1,467