Лабораторная работа №1. Адсорбция ПАВ на твердом абсорбенте

Целью работы является изучение адсорбции органической кислоты на угле. Поверхность угля пористая и величина поверхности неизвестна. Поэтому адсорбцию отнесем не к единице поверхности, а к единице массы адсорбента:

где Г – удельная адсорбция, моль/г; С0к – исходная концентрация кислоты, моль/л;

Скр – равновесная концентрация после адсорбции, моль/л;

V – объем раствора, из которого происходит адсорбция, л (0,025 л).

Порядок выполнения работы

Для работы берут 12 чистых и сухих конических колбочек. В шесть пронумерованных колбочек вносят по 1 г угля, предварительно измельченного в фарфоровой ступке. Отбирают по 25 мл каждого из растворов с концентрацией 0,04; 0,08; 0,16; 0,24; 0,32; 0,40 моль/л и наливают в колбочки с углем, закрывают пробками и ставят на 20 минут на механическую мешалку. Остальные шесть пронумерованных колбочек используют для фильтрования растворов после адсорбции.

Пока происходит перемешивание, уточняют концентрации исходных растворов кислот, для чего проводят титрование NaOH (С = 0,1 моль/л) в присутствии фенолфталеина. При титровании растворов 0,04 и 0,08 берут для титрования по 7 мл; 0,16 и 0,24 – по 4 мл; 0,32 и 0,40 – по 3 мл титрование повторяют 2-3 раза. Концентрацию определяют по известному соотношению:

где СК и Cщ – концентрации кислоты и щелочи; VK, Vщ – объемы кислоты и щелочи.

Растворы после адсорбции фильтруют через бумажные фильтры, причем первые 5-7 капель фильтрата выливают (споласкивают этим раствором колбочку, в которую затем собирают фильтрат). Это делают потому, что в первой порции концентрация кислоты понижена вследствие адсорбции кислоты фильтровальной бумагой. Из полученного фильтрата берут пробы объемом как и при определении исходной концентрации кислоты и титруют 2-3 раза каждый раствор. Рассчитывают равновесную концентрацию; адсорбцию по формуле (л.р.1.1) и данные заносят в таблицы.

Таблица 1

25

Далее строят график lnГ = f(lnCрк) и определяют тангенс угла наклона прямой по формуле:

где y2, x2 и y1, x1 – координаты точек, лежащих на прямой.

lnK и К находят из уравнения Фрейндлиха для точки, лежащей на прямой.

Строят график в координатах С/Г = f (С), из которого, согласно уравнению Ленгмюра, определяют Г∞ как tgα,. Далее вычисляют удельную поверхность твердого адсорбента:

Sуд = Г∞ NA S0, (л.р.1.4)

где NA = 6,02∙1023 моль-1; S0 – площадь поперечного сечения ПАВ (для предельных

0

кислот S0 = 0,25 А 2 (25∙10-20 м2).

Вопросы

1.Что такое дисперсные системы? Основные признаки коллоидных систем. Приведите примеры дисперсных систем.

2.Поверхностное натяжение. Причина возникновения избыточной поверхностной энергии.

3.Адсорбция как самопроизвольный процесс.

4.Уравнение Гиббса. Для адсорбции каких веществ оно применимо?

5.Поверхностно-активные вещества.

6.Уравнение Шишковского. Влияние концентрации растворов ПАВ на поверхностное натяжение. Правило Траубе, область применения.

7.Адсорбция на твердых адсорбентах. Уравнение Лэнгмюра.

8.Уравнение Фрейндлиха. В каких случаях оно используется? Определение констант уравнения Фрейндлиха.

9.Сформулируйте основные положения теории Ленгмюра и запишите уравнение изотермы адсорбции.

10.Проанализируйте уравнение Ленгмюра при а) c → ∞; б) c → 0; в) Г=Г∞/2. Чему равна константа k?

11.Пояснить термины «мономолекулярная адсорбция» и «полимолекулярная адсорбция»?

12.Входят ли в теорию Поляни представления о локализованной адсорбции?

13.Что такое адсорбционный объем, адсорбционный потенциал, характеристическая кривая?

14.Охарактеризуйте практические возможности теории Поляни, исходя из того, что Вы имеете изотерму адсорбции вещества на адсорбенте. Какие зависимости можно получить, пользуясь этой теорией и экспериментальной изотермой адсорбции?

15.Каковы основные положения теории БЭТ и ее практическое значение? Какую важнейшую характеристику адсорбента получают, пользуясь этой теорией?

16.В чем заключаются особенности адсорбции из растворов?

17.Будет ли отличаться ориентация молекул ПАВ при адсорбции из водных растворов на угле и силикагеле?

18.Смачивание. Краевый угол смачивания. Закон Юнга.

19.Растекание жидкости по поверхности другой жидкости. Эффект Марангони.

20.Адсорбционное понижение прочности. Применение в практических целях.

26