Adsorpcja i chemisorpcja
1.Omówić pojęcia: adsorpcji, absorpcji, sorpcji, adsorbentu, adsorptywu i adsorbatu.
Adsorpcja – proces zagęszczania się cząstek z jednej ze stykających się ze sobą faz zachodzących na granicy rozdziału tych faz.
Adsorbtyw – gaz lub cząsteczka która nie ulega adsorpcji
Adsorbat – cząsteczki które ulegają adsorpcji na powierzchni ciała stałego
Adsorbent – ciało stałe, którego na powierzchni zachodzi proces adsorpcji
Absorpcja – wnikanie cząstek z jednej fazy w głąb drugiej
SORBCJA= ADSORPCJA + ABSORPCJA
2.Wykazać dlaczego i jakie zachodzą zmiany wartości funkcji termodynamicznych ΔG, ΔS i ΔH w procesie adsorpcji.
Dla procesu adsorpcji ΔG<0 => proces samorzutny
Z fazy gazowej do fazy stałej -> stan bardziej uporządkowany.
Na powierzchni ciała stałego, gdy zachodzi adsorpcja rośnie uporządkowanie-> entropia maleje ΔS<0
Kiedy entropia układu i entalpia swobodna są mniejsze od zera to adsorpcja jest procesem egzotermicznym.
3. Omówić cechy charakterystyczne adsorpcji fizycznej.
· Niskoenergetyczna(wydziela się do 40KJ/mol ciepła)
· Zwykle nie wymaga aktywacji, zachodzi błyskawicznie( może być limitowana dyfuzją)
· Temperatura bliska skraplania adsorbtywu
· Siły wiązania długiego zasięgu; wielowarstwowa adsorpcja, gdy p=const; ilość adsorbatu maleje wraz ze wzrostem temperatury
· Proces odwracalny, zachodzi błyskawicznie, szybko ustala się równowaga pomiędzy adsorpcją a desorpcją; adsorbat można usunąć z powierzchni ciała stałego przez obniżenie ciśnienia -> adsorbat nie zmieniony chemicznie
· Adsorpcja zachodzi na całej powierzchni ciała stałego
4.Omówić cechy charakterystyczne adsorpcji chemicznej.
· Wyzwala znaczne ilości energii( ok. 80 – 650 KJ/mol)
· Proces aktywowany, zachodzący z mierzoną szybkością
· Zakres temperatur : niskie i wysokie( wzrost temperatury powoduje wolny przyrost szybkość chemisorpcji , kiedy układ osiąga stan równowagi temperatura maleje)
· Monowarstwa; siły wiązania krótkiego zasięgu
· Odwracalna równowaga układu zachodząca z wysokich temperaturach; adsorbat ciężko desorbuje; gdy tylko obniżymy ciśnienie uzyskamy adsorbat zmieniony chemicznie.
· Specyficzność zależy od natury reagentów ( rodzaju adsorbowanej substancji, rodzaju atomów i grup atomów)
·
5.Przedstawić na wykresie izobary i omówić przejście cząsteczek zaadsorbowanych od adsorpcji fizycznej do chemicznej.
AB i CD= równowaga rzeczywista
B-C-B’= równowaga pozorna
1 – fizysorpcja
2-chemisorpcja równowagowa
3 – obszar przejściowy (szybkość demisorpcjii jest stała) – nie jest krzywą równowagową i nie odtwarza się podczas oziębienia: przy spadku temperatury ilość zaadsorbowanej substancji może zmieniać się wzdłuż krzywej 4, jeżeli została poprzednio osiągnięta rzeczywista równowaga chemisorpcji.
6.Podać i omówić różne postacie równania izotermy Langmuira.
Stosowana do opisu adsorpcji chemicznej i fizycznej
Założenia:
· Powierzchnia ciała stałego jest energetycznie jednorodna
· Ciepło adsorpcji nie zależy od stopnia pokrycia
· Cząsteczki zaadsorbowane są zlokalizowane w określonych miejscach i nie ma między nimi żadnego oddziaływania
· Cząsteczki zaadsorbowane tworzą monowarstwę
Adsorpcja jest procesem odwracalnym
Am – pojemnością monowarstwy: ilość połączonych cząsteczek która jest potrzebna do zapełnienia całej powierzchni ciała stałego warstwą o grubości 1 cząsteczki
p-> ∞ a-> am
nieliniowa postać równania =>
/:p => Postać liniowa
7. Podać i omówić równania izoterm Freundlich, Temkina i Henryego.
Izoterma Freundlicha : opisuje adsorpcję chemiczną i fizyczną
- ciepło adsorpcji maleje logarytmicznie wraz ze spadkiem Ɵ
Ɵ : <0,2:0,8>
Log a = log k* (1/n) * log p
Izoterma Temkina dotyczy tylko adsorpcji chemicznej
A= b+c * log p - ciepło adsorpcji maleją liniowo wraz z Ɵ
Izoterma Henrego dotyczy adsorpcji chemicznej i fizycznej
- dla małych Ɵ : 0<Ɵ<0,1
- przy niskim ciśnieniu i małym Ɵ izotermy maja przebieg liniowy a=k*p
8.Omówić ciepła adsorpcji: całkowe, różniczkowe i izosteryczne.
Całkowe ciepło adsorpcji:
· Wyznacza się dla odgazowanej, wolnej przestrzenia katalizatora na której adsorbuje określona ilośc adsorbtywu odniesiona do 1 mola adsorbatu
· Wyznacza się przy a=var, T=const
· Wyraża średnie ciepło adsorpcji danej, wprowadzonej porcji adsorbtywu
Różniczkowe ciepło adsorpcji :
· ilość ciepła wydzielona podczas adsorpcji niewielkiej porcji adsorbtywu, która pokrywa tylko niewielki ułamek powierzchni ciała stałego, odniesiona do 1 mola adsorbatu
· tzw. Ciepło w punkcie, a= const, T=const
Izoteryczne ciepło adsorpcji
· obliczane na podstawie izoster i izobar adsorpcji
· założenia: w pewnym zakresie temperatur Est= const
· a=const, T=var
9.Omówić zależność między różniczkowym i całkowym oraz izosterycznym i różniczkowym ciepłem adsorpcji:
Ed=f(Ɵ) T=const
Est=Ed+RT
Adsorpcja a kataliza
1.Omówić aktywność katalizatora jako funkcję trzech właściwości związanych z węzłem adsorpcji.
Przyjmuje się, że aktywność katalizatora jest funkcją co najmniej 3 właściwości miejsca aktywnego:
Akat= f(1,2,3)
1. energia wiązania adsorbentu do ciepła adsorpcji absorbatu
2. geometria miejsca aktywnego
3. właściwości chemiczne miejsca aktywnego
2.Przedstawić na wykresie i omówić zależność energii aktywacji reakcji katalitycznej od ciepła chemisorpcji.
3. Omówić etapy heterogenicznego procesu katalitycznego.
4.Przedstawić na wykresie i omówić zmiany entalpii reagentów w procesie katalizowanym heterogenicznie i w procesie niekatalizowanym.
peroni69