Изучение адсорбции аскорбиновой кислоты на силикагеле КСМГ

Основные термодинамические характеристики сорбции аскорбиновой кислоты на оксиде кремния. Трактовки механизма ее адсорбции на силикагеле КСМГ. Результаты изучения адсорбции аскорбиновой кислоты на силикагеле КСМГ и сфера их практического применения.

Рубрика Химия
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 25.05.2017
Размер файла 64,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение адсорбции аскорбиновой кислоты на силикагеле КСМГ

Витамин С - L-аскорбиновая кислота является широко распространенным компонентом в пищевой и фармацевтической промышленностях. Синтетический витамин С широко используется в качестве пищевых добавок и не только. Использование L-аскорбиновой кислоты в качестве пищевых добавок компенсирует потери витамина в процессе приготовления пищи либо просто повышает природное содержание витамина. Также L-аскорбиновую кислоту используют в качестве антиоксиданта, что повышает кислотность продуктов и увеличивает срок их хранения. Общеизвестна значимость витамина С в качестве компонента фармацевтических препаратов.

Для определения лекарственных препаратов, в том числе и аскорбиновой кислоты, применяют различные физико-химические методы: биологический, титриметрический и колориметрический, электрохимический, хроматографический и спектрофотометрический. Метод сорбционного концентрирования позволяет уловить и определить минимальное количество вещества. Для сорбционного концентрирования применяют различные сорбенты: активные угли, силикагели, цеолиты, природные глинистые минералы, кремнеземы, активный оксид алюминия.

Экспериментальная часть

В ходе исследования изучили процесс сорбции витамина С на кремний содержащий матрице. Выявили наиболее благоприятные условия протекания реакции.

Влияние рН на адсорбцию аскорбиновой кислоты

Исследовали адсорбцию аскорбиновой кислоты на сорбент силикагеле КСМГ в зависимости от рН раствора.

Адсорбция аскорбиновой кислоты на сорбенте силикагеле КСМГ проходит при рН 6 (рис. 1).

Рис.1. Влияние рН на оптические плотности растворов аскорбиновой кислоты до (1) и после адсорбции (2) при 298 К сорбентом силикагелем КСМГ.

аскорбиновой кислота силикагель адсорбция

САК - 10-2 моль/дм3, Т - 298 К, кювета l = 2 см, л - 670 нм.

Дальнейшие исследования для сорбента проводились при рН 6.

Изотермы адсорбции аскорбиновой кислоты

Изотермы адсорбции АК для сорбента изучены в статическом режиме при рН 6. Адсорбцию проводили при 278 К; 298 К. По значениям оптических плотностей растворов до и после адсорбции строили график в координатах «оптическая плотность - концентрация». Результаты опытов представлены на рис. 2.

Зависимость оптической плотности от концентрации растворов до адсорбции - это градуировочный график. С его использованием были рассчитаны равновесные концентрации АК после сорбции.

Величину адсорбции Г (моль/г) рассчитывали по формуле:

где сисх- исходная концентрация ТЦ (моль/дм3), [c] - равновесная концентрация ТЦ (моль/дм3), V - объём раствора, из которого проводили сорбцию (дм3), m - масса сорбента (г).

Рис.2. Зависимость оптической плотности от исходной концентрации АК до и после сорбции силикагелем КСМГ. 1 - до сорбции, 2, 3, 4 - после сорбции. 2-313 К; 3-298 К; 4-278 К.

Рис. 3 Изотермы адсорбции АК силикагелем КСМГ. 1-313; 2-298; 3-278 К.

Общая характеристика сорбционных процессов оценена на основании изучения изотерм в координатах «величина адсорбции - равновесная концентрация» (рис. 3). Как видно из рис. 3 изотермы адсорбции АК на сорбенте силикагеле КСМГ - это изотермы по Ленгмюру.

В литературе подобные закономерности объясняются усилением притяжения между молекулами сорбата и их переориентацией, а также возникновением конкуренции молекул растворителя за активные центры сорбента.

Расчёты Г и констант сорбции К278298, К313 проводили с использованием уравнения Ленгмюра в прямолинейной форме:

Для этого строили график в координатах обратной величины адсорбции от обратной величины равновесной концентрации. Отрезок, отсекаемый от оси ординат, равен 1/Г, а тангенс угла наклона прямой:

.

Рис.4. Зависимость обратной величины адсорбции АК на силикагеле КСМГ от обратной величины равновесной концентрации. 1 - 313; 2 - 298; 3 - 278 К.

Различие в адсорбции при разных температурах позволило рассчитать термодинамические характеристики адсорбции: изменение энтальпии (Н), изобарно-изотермического потенциала (G) и энтропии (S), необходимые для трактовки механизма адсорбции.

Эффективность сорбционных процессов можно оценить по изменению энтальпии адсорбции. Энтальпию адсорбции (ДH) рассчитывали с использованием уравнения

,

где Ti и Tk - две температуры, Ki и Kk - соответствующие им константы адсорбции.

Величины изобарно-изотермического потенциала ДG были рассчитаны с использованием уравнения:

По рассчитанным величинам ДH и ДG по формуле

были рассчитаны величины изменения энтропии адсорбции ДS.

В табл. 1 приведены результаты расчётов Г, К, Н, G и S адсорбции тетрациклина на различных сорбентах.

Таблица 1.Основные характеристики адсорбции АК на сорбенте КСМГ

Сорбент

Константы

адсорбции · 10-2

-Н, кДж/моль

-G298,

кДж/моль

S298,

Дж/мольК

Г, мг/г

К313

К298

К278

Силикагель КСМГ

1,1

1,75

2,3

9,4

12,8

11,4

40

Результаты, приведённые в табл. 1 свидетельствуют о том, что силикагель КСМГ достаточно хорошо адсорбирует АК.

Отрицательные значения изменений изобарно-изотермического потенциала и энтальпии свидетельствуют о самопроизвольном экзотермическом процессе.

Кинетика адсорбции АК

Для определения времени наступления равновесия и хотя бы ориентировочной оценки механизма процесса формирования активированного адсорбционного комплекса необходимо изучение скорости сорбции. Как видно из рис. 5 для данного сорбционного процесса характерен достаточно крутой начальный участок кривых кинетики адсорбции, процесс адсорбции АК протекает достаточно быстро и практически заканчивается через несколько минут.

Рис. 5. Изотермы кинетики адсорбции АК из водных растворов на силикагеле КСМГ. pH 6 1 - 278 К, 2 - 298 К, 3 - 313 К.

Так как адсорбция представляет собой односторонний процесс, подчиняющийся кинетическому уравнению первого порядка, то константу адсорбции можно рассчитать исходя из следующего уравнения

где с0 - предельная концентрация (в данном случае - исходная) сорбата, о ней можно судить по величине оптической плотности Апр при = 0; с0 - х - концентрация вещества в растворе, оставшегося за время ;эта величина эквивалентна Аi. Следовательно, для расчёта константы скорости сорбции можно использовать следующее уравнение.

По данным кинетики адсорбции были рассчитаны константы скоростей сорбции К278, К298 и К313.

Используя уравнение Аррениуса в линейной форме

ln К = lnPZ0 -

и рассчитанные значения констант скоростей сорбции, были построены графики в координатах «ln К-1/Т» (рис.6).

Рис. 6. Зависимость ln К адсорбции АК на силикагеле КСМГ от обратной величины температуры.

Прямая отсекает от вертикальной оси отрезок, численно равный логарифму предэкспоненциального фактора (lnPZ0) в уравнении Аррениуса:

Тангенс угла наклона этой прямой:

,

отсюда

С использованием уравнения Эйринга были рассчитаны изменения энтропии образования активированного адсорбционного комплекса (S#):

lnpZ0 = 10,36 + lnТ +

Результаты расчетов Еакт, S# и lnpZ0 при образовании активированного адсорбционного комплекса в системе «сорбент сорбат» приведены в табл. 2.

Таблица 2. Термодинамические характеристики кинетики адсорбции АК на сорбенте КСМГ

Сорбент

- ln pZ0

Eакт

кДж/моль

- S# 298

Дж/моль К

Силикагель КСМГ

1,75

9,65

118,9

Анализ результатов, полученных при исследовании статики и кинетики адсорбции, позволяет считать, что адсорбция АК на силикагеле КСМГ протекает в две стадии. Начальная стадия взаимодействия в АК-сорбент - это процесс, связанный с формированием активированного адсорбционного комплекса, сопровождающийся отрицательным изменением S# и небольшим значением Еакт, (табл. 2). Это означает, что начальная стадия адсорбции - это односторонний процесс закрепления АК на сорбенте. Далее активированный комплекс переходит в более устойчивое состояние, когда происходит перераспределение связей и вытеснение воды из координационной сферы сорбента, при этом величина S увеличивается (табл. 1).

Полученные экспериментальные результаты основные термодинамические характеристики адсорбции АК на силикагеле КСМГ были использованы вместе с квантово-химическими методами исследования для моделирования механизмов адсорбции

В работе были смоделированы взаимодействия аскорбиновой кислоты с поверхностью силикагеля без учета воды и с явным учетом воды.

Выводы и обсуждения результатов

Установлены условия сорбции аскорбиновой кислоты на сорбенте силикагеле КСМГ. Показано, что сорбция достаточно хорошо протекает при pH=6.

Экспериментально получены изотермы статической сорбции, на основе которых рассчитаны основные параметры сорбции: изменение энтальпии, энтропии и изобарно-изотермического потенциала.

Изучена кинетика процесса. Показано, что сорбция протекает достаточно быстро.

Показано, что при формировании адсорбционных комплексов между аскорбиновой кислотой и силикагелем образуются водородные связи.

Литература

1. Block G. Vitamin C and reduced mortality. Epidemiology. 1992 May; 3(3):189-191.

2. Viale F., Cangemi, R., Loffredo L. Vitamin C : new research. New York: Nova Science Publishers, 2006. P. 93--119.

3. Адамсон, А. Физическая химия поверхностей [Текст] / А. Адамсон. ? М.: Мир, 1979. ? 568 с.

4. Адсорбенты: каталог-справочник [Текст] / под ред. Н.А. Белякова, С.В. Королькова. ? СПб., 1997. - 80 с.

5. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел: пер. с англ. [Текст] / под ред. Г. Парфита, К. Рочестера. ? М.: Мир, 1986. ? 488 с.

6. Борисова, О.А. Современные лекарственные средства, витамины и минералы [Текст] / О.А. Борисова, А.Е. Половинко, О.А. Жиглявская. - СПб.: АСТ, Сова. - 2009. - 896 с.

7. Власова, Н.Н. Адсорбция биогенных аминов на поверхности высокодисперсного кремнезема из водных растворов [Текст] / Н.Н. Власова, О.В. Маркитан, Н.Г. Стукалина // Кололоидный журнал. - 2006. - Т.68, № 3. - С. 421-423.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Методы синтеза аскорбиновой кислоты, выбор рационального способа производства. Строение и основные физико-химические свойства аскорбиновой кислоты. Разработка технологии электрохимического окисления диацетонсорбозы на Уфимском витаминном заводе.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 17.08.2014

  • Характеристика аскорбиновой кислоты как химического соединения. Разработка методики количественного определения аскорбиновой кислоты в лекарственных формах. Методы синтеза аскорбиновой кислоты. Способы ее качественного анализа в фармакопеях разных стран.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 23.11.2015

  • Анализ состояния методов стандартизации и контроля качества лекарственных свойств кислоты аскорбиновой; зарубежные фармакопеи. Выбор валидационной оценки методик установления подлинности и количественного определения кислоты аскорбиновой в растворе.

    дипломная работа [1,4 M], добавлен 23.07.2014

  • Значение витамина С для организма человека. Строение и физико-химические свойства аскорбиновой кислоты, химическая схема производства. Характеристика стадий технологической схемы производства аскорбиновой кислоты. Выбор рационального способа производства.

    курсовая работа [2,9 M], добавлен 12.12.2010

  • Изучение методики качественного, количественного определения аскорбиновой кислоты. Определение подлинности значений состава фарм-препарата, указанных на упаковке. Йодометрия, кулонометрия, фотометрия. Сравнение результатов двух методик по критерию Фишера.

    курсовая работа [154,2 K], добавлен 16.12.2015

  • Изучение основных видов адсорбции. Факторы, влияющие на скорость адсорбции газов и паров. Изотерма адсорбции. Уравнение Фрейндлиха и Ленгмюра. Особенности адсорбции из растворов. Правило Ребиндера, Панета-Фаянса-Пескова. Понятие и виды хроматографии.

    презентация [161,4 K], добавлен 28.11.2013

  • Основные понятия процесса адсорбции, особенности ее физического и химического видов. Характеристика промышленных адсорбентов и их свойства. Наиболее распространенные теоретические уравнения изотерм адсорбции. Оборудование, реализующее процесс адсорбции.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 05.10.2011

  • Содержание пищевых кислот в продуктах питания и методы их определения. Характеристика некоторых из пищевых кислот. Обоснование титрования, определения и расчета количества аскорбиновой кислоты, динамика изменения её содержания при термообработке.

    дипломная работа [1,3 M], добавлен 03.07.2015

  • Применение уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра для описания адсорбции поверхностно-активных веществ на твердом адсорбенте. Определение предельной адсорбции уксусной кислоты из водного раствора на активированном угле; расчет удельной поверхности адсорбента.

    лабораторная работа [230,8 K], добавлен 16.06.2013

  • Классификация процесса адсорбции: основные определения и понятия. Общая характеристика ряда промышленных адсорбентов и их свойства. Теории адсорбции. Оборудование, реализующее этот процесс. Особенности протекания различных видов химической адсорбции.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 15.11.2011

  • Структурная, химическая формула серной кислоты. Сырьё и основные стадии получения серной кислоты. Схемы производства серной кислоты. Реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе. Получение серной кислоты из железного купороса.

    презентация [759,6 K], добавлен 27.04.2015

  • Понятие и единицы измерения адсорбции. Зависимость величины адсорбции от концентрации, давления и температуры. Изотерма, изобара, изопикна, изостера адсорбции. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Уравнения адсорбционного равновесия.

    реферат [78,3 K], добавлен 22.01.2009

  • Технология производства уксусной кислоты из метанола и оксида углерода. Материальный баланс реактора и стадии синтеза уксусной кислоты. Получение уксусной кислоты окислением ацетальдегида, н-бутана, н-бутенов, парафинов С4-С8. Применение уксусной кислоты.

    курсовая работа [207,3 K], добавлен 22.12.2010

  • Одноосновные карбоновые кислоты. Общие способы получения. Двухосновные кислоты, химические свойства. Пиролиз щавелевой и малоновой кислот. Двухосновные непредельные кислоты. Окисление оксикислот. Пиролиз винной кислоты. Сложные эфиры. Получение жиров.

    учебное пособие [568,9 K], добавлен 05.02.2009

  • Ознакомление с историческими фактами открытия и получения фосфорной кислоты. Рассмотрение основных физических и химических свойств фосфорной кислоты. Получение экстракционной фосфорной кислоты в лабораторных условиях, ее значение и примеры применения.

    реферат [638,7 K], добавлен 27.08.2014

  • Витамин А - ненасыщенное соединение, легко реагирующее с кислородом воздуха и окисляющими агентами. Качественные реакции витамина В. Количественные определения витаминов В2, В6, D2, Е. Анализ фолиевой и аскорбиновой кислоты, спиртовой раствор рутина.

    реферат [65,3 K], добавлен 20.01.2011

  • Дегидроаскорбиновая кислота — это нейтральный лактон, который медленно гидролизуется, высвобождая карбоксильную группу. Развитие и совершенствование спектроскопических методов. Катализируемое кислотами образование ацеталей и кеталей аскорбиновой кислоты.

    курсовая работа [2,6 M], добавлен 16.01.2011

  • Характеристика способов регенерации угля. Сферы и задачи использования углеродных сорбентов при очистке воздуха и газов. Теоретические аспекты кинетики адсорбции. Современное состояние и перспективы использования СВЧ-энергии в технологических процессах.

    курсовая работа [381,8 K], добавлен 24.05.2015

  • Изучение физико-химических свойств высокомолекулярной полимолочной кислоты. Технология ее получения и области применения. Сырье для производства полилактида. Преимущества и недостатки биополимеров. Синтез и строение изомеров полимолочной кислоты.

    курсовая работа [588,2 K], добавлен 07.11.2014

  • Основные участники цикла. Общая схема цикла Кребса. Стадии цикла Кребса. Изомеризация лимонной кислоты в изолимонную. Декарбоксилирование изолимонной кислоты. Дегидрирование янтарной кислоты. Модификации и родственные пути. Получение фумаровой кислоты.

    презентация [1,5 M], добавлен 31.10.2016

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.