Поверхностные явления и адсорбция. Уравнение Ленгмюра. Адсорбция органических кислот из водных растворов на активном угле
Процессы, происходящие в гетерогенной системе на границе раздела фаз: смачивание, адгезия, адсорбция. Конкурирующая адсорбция компонентов из растворов. Эмпирическое уравнение Фрейндлиха. Определение емкости монослоя и величины активной поверхности.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2013 |
| Размер файла | 31,5 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/
Поверхностные явления и адсорбция. Уравнение Ленгмюра. (Адсорбция органических кислот из водных растворов на активном угле)
К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие в гетерогенной системе на границе раздела фаз. Это такие явления как смачивание, адгезия, адсорбция и т.д. Поверхностные явления проявляются сильнее в системах с высокоразвитой поверхность, то есть на поверхности, обладающей избыточной поверхностной энергией.
Адсорбция из растворов на твердых адсорбентах является основой многих производственных процессов. Так как поверхность твердых пористых адсорбентов физически неоднородна и пронизана сетью капилляров различного диаметра, то в адсорбции участвуют не только внешняя, но и внутренняя поверхность адсорбента. Процесс усложняется и тем, что возможна конкурирующая адсорбция компонентов из растворов.
Молекулы типичных ПАВ состоят из двух частей: активной полярной группы, хорошо взаимодействующей с молекулами воды (-ОН, -СООН, -NH, -NO, -СООNa и др.), и неполярной гидрофобной группы углеводородного радикала. Такие дифильные молекулы, способные одновременно взаимодействовать с полярными и неполярными средами, самопроизвольно накапливаются на границе раздела фаз, понижая энергию Гиббса поверхности и образуя адсорбционный слой определенной структуры.
При введении адсорбентов в водные растворы ПАВ молекулы ПАВ адсорбируются на границе вода твердая поверхность. Согласно правилу Ребиндера при адсорбции ПАВ разность полярностей между адсорбентом и растворителем уменьшается. Все полярные гидрофильные поверхности (силикагель, глина, стекло) адсорбируют ПАВ из неполярных и слабополярных жидкостей. Неполярные адсорбенты (уголь, металлы, парафин, некоторые полимерные материалы), напротив, хорошо адсорбируют ПАВ из полярных жидкостей.
Адсорбция растворенных веществ из водных растворов, очевидно, будет происходить на гидрофобных адсорбентах, а из неводных - на гидрофильных.
Дифильные молекулы адсорбирующихся веществ ориентируются своими полярными группами в полярную среду, а неполярными группами - в неполярную (см. рис.). Образовавшийся адсорбционный слой может изменить характер поверхности. Например, адсорбция дифильных молекул из водного раствора приводит к гидрофилизации поверхности угля, вследствие чего уголь приобретает способность смачиваться водой.
На адсорбцию ПАВ из растворов существенное влияние оказывает пористость адсорбента. Влияние пористости определяется соотношением размеров пор и молекул ПАВ. Если молекулы ПАВ имеют размеры, меньшие радиуса пор адсорбента, что позволяет проникнуть в них, то увеличение пористости образца приводит к возрастанию адсорбции. С увеличением размера молекул ПАВ адсорбция на адсорбентах с микропористой структурой снижается.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. Адсорбция дифильных молекул на твердой поверхности
По истечении определенного времени в системе адсорбент водный раствор ПАВ устанавливается равновесие между количеством молекул ПАВ, перешедших на поверхность адсорбента (адсорбата), и их объемной равновесной концентрацией (равновесной концентрацией адсорбтива).
Зависимость адсорбции из раствора на твердом теле от равновесной концентрации адсорбтива описывается различными уравнениями. В инженерных расчетах часто используют эмпирическое уравнение Фрейндлиха
(1)
или уравнение Ленгмюра:
, (2)
где А удельная адсорбция, т.е. количество адсорбированного вещества, приходящееся на единицу массы адсорбента;
К константа адсорбционнодесорбционного равновесия, зависящая от природы адсорбента и адсорбтива;
С равновесная концентрация растворенного вещества (адсорбтива) в растворе;
в и n эмпирические коэффициенты;
Аmax максимальная удельная адсорбция, которую называют также емкостью монослоя.
Определив экспериментально емкость монослоя Аmax, можно рассчитать величину активной поверхности, приходящейся на единицу массы адсорбента, по формуле:
(3)
где Nа = 6,02 10 моль число Авогадро;
S0 площадь, занимаемая одной молекулой в насыщенном адсорбционном слое в допущении однородного распределения энергии по поверхности.
Поверхность активного угля пористая и величина ее, как правило, неизвестна. Поэтому адсорбцию (концентрацию адсорбированного вещества на твердом адсорбенте) обычно относят к единице массы адсорбента:
, (4)
где А - удельная адсорбция, m масса адсорбента.
адсорбция монослой смачивание раствор
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие и свойства поверхностного натяжения. Зависимость энергетических параметров поверхности от температуры. Адсорбция. Поверхностная активность. Поверхностно-активные и инактивные вещества. Мономолекулярная адсорбция. Изотерма адсорбции Ленгмюра.
презентация [313,0 K], добавлен 30.11.2015Причины возникновения поверхностных явлений в дисперсных системах. Классификация дисперсных систем. Уравнение, описывающее диффузионно-седиментационное равновесие. Адсорбция газов на твердой поверхности. Капиллярное давление. Поверхностное натяжение.
шпаргалка [1,3 M], добавлен 01.07.2013Величина избыточной поверхностной энергии. Понятие адсорбции и адсорбционная терминология. Общая характеристика межмолекулярного взаимодействия при физадсорбции. Изотермы, изобары и изостеры адсорбции. Термодинамика поверхностных избытков Гиббса.
презентация [46,4 K], добавлен 04.05.2014Исследование растворов глюкозы, малахитового зеленого, метилового красного и фуксина с добавлением нанопорошка железа. Изучение процесса снижения концентрации указанных веществ за счет адсорбции на поверхности наночастиц и их осаждением в магнитном поле.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 05.09.2012Анализ противоречий в механизмах протекания электрического тока в проводниках. Обзор изменения состава и структуры поверхности многокомпонентных систем, механизма диффузии и адсорбции. Исследование поверхности электродов кислотных аккумуляторных батарей.
контрольная работа [25,0 K], добавлен 14.11.2011Изменение свойств поверхности монослоя и формирование качественных пленочных покрытий методом Ленгмюра-Блоджетт. История открытия ленгмюровской плёнки. Молекулы русалки. Способы переноса монослоев на твердые подложки. Блок-схема Ленгмюровской установки.
реферат [314,1 K], добавлен 12.12.2013Характеристика основных стадий гетерогенного взаимодействия - адсорбции, химической реакции и десорбции. Содержание теории активных центров Лангмюра-Хиншельвуда. Закономерности взаимодействия химически активных частиц с поверхностью в условиях плазмы.
презентация [691,9 K], добавлен 02.10.2013Конструкция и принцип действия аппаратов, используемых для абсорбции тарельчатых и насадочных абсорберов, типы тарелок для колонн. Обоснование и расчет аппарата для абсорбции диоксида углерода–насадочного абсорбера с насадкой: керамические кольца Рашига.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.08.2014Расчет пределов существования твердых растворов со структурой перовскита в системе. Установление закономерностей температурно-частотных зависимостей характеристик диэлектрического отклика. Характер частотной зависимости составляющих электропроводности.
реферат [1,1 M], добавлен 26.06.2010Термодинамические процессы в сухом и влажном воздухе. Термодинамические процессы фазовых переходов. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Уравнение переноса водяного пара в атмосфере. Физические процессы образования облаков. Динамические процессы а атмосфере.
реферат [487,9 K], добавлен 28.12.2007Термодинамические свойства растворов. Химический потенциал чистого компонента. Построение диаграмм плавкости квазирегулярных растворов. Параметры взаимодействия жидких и твердых растворов. Нахождение температурной зависимость энергии Гиббса реакции.
контрольная работа [212,6 K], добавлен 03.01.2016Кристаллическая структура и полупроводниковые свойства карбида кремния и нитрида алюминия. Люминесцентные свойства SiC и твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x. Технологическая установка для выращивания растворов. Электронный микроскоп-микроанализатор ЭММА-2.
дипломная работа [175,9 K], добавлен 09.09.2012Некоторые аспекты развития методов расчётов температурных и концентрационных полей в пластах. Физические процессы при фильтрации жидкости в глубоко залегающих пластах. Уравнение конвективной диффузии с учетом радиоактивного распада и обмена жидкости.
диссертация [3,6 M], добавлен 06.07.2008Отражение и преломление плоской однородной волны на плоской поверхности раздела двух сред. Формулы Френеля. Отражение и преломление на границе двух идеальных диэлектриков, на границе раздела с проводником. Фаза преломлённой волны и отраженной волны.
курсовая работа [983,0 K], добавлен 17.06.2012Решение экспериментальных задач по определению плотности твердых веществ и растворов, с различной массовой долей растворенного вещества. Измерение плотности веществ, оценка границ погрешностей. Установление зависимости плотности растворов от концентрации.
курсовая работа [922,0 K], добавлен 17.01.2014Уравнение теплопроводности: его физический смысл, порядок формирования и решения. Распространение тепла в пространстве и органических телах. Случай однородного цилиндра и шара. Схема метода разделения переменных, ее исследование на конкретных примерах.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 25.11.2011Исследование волоконного световода без потерь двухслойной конструкции. Уравнение передачи по световоду, порядок и принципы его составления. Нахождение постоянной интегрирования и подставление их в уравнение. Типы волн в световодах, их особенности.
реферат [91,9 K], добавлен 10.06.2011Определение внутреннего диаметра корпуса теплообменника. Температура насыщенного сухого водяного пара. График изменения температур теплоносителя вдоль поверхности нагрева. Вычисление площади поверхности теплообмена Fрасч из уравнения теплопередачи.
контрольная работа [165,6 K], добавлен 29.03.2011Физический смысл волн де Бройля. Соотношение неопределенности Гейзенберга. Корпускулярно-волновая двойственность свойств частиц. Условие нормировки волновой функции. Уравнение Шредингера как основное уравнение нерелятивистской квантовой механики.
презентация [738,3 K], добавлен 14.03.2016Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса, его сущность и краткая характеристика. Влияние сил молекулярного притяжения на стенки сосуда. Уравнение Ван-дер-Ваальса для произвольного числа молей газа. Изотермы реального газа и правило фаз Максвелла.
реферат [47,0 K], добавлен 13.12.2011
