Адсорбция на твердом теле

Задачи работы: изучение адсорбции на твердой поверхности

Оборудование и реактивы: активированный уголь, фарфоровая ступка, пипет-ки, пробирки, колбы на 100 и 50 мл, воронки, спиртовка, 0,125%-ный раствор красителя бисмарк-браун, 0,1 н раствор соляной кислоты, 1%-ный раствор крах-мала, раствор Люголя, 0,1 М раствор уксусной кислоты, 0,05 М раствор гидрок-сида натрия, фенолфталеин, дистиллированная вода, фильтровальная бумага.

Опыт 1. Адсорбция красителей активированным углем. Проведение элюции

Выполнение работы: измельчить таблетку активированного угля в ступке и внести его в пробирку, налить 5 мл 0,125%-ного раствора красителя бисмарк-браун. Смесь тщательно взболтать и профильтровать через бумажный фильтр в другую пробирку. Осадок угля на фильтре промыть 2−3 мл 0,1 н раствора соля-

ной кислоты и профильтровать последний в новую пробирку. Сравнить окраски первого и второго фильтратов.

Опыт 2. Адсорбция уксусной кислоты на угле

Выполнение работы: в колбу на 100 мл внести 1 г измельченного активирован-ного угля, налить 50 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты, содержимое колбы взбалтывать через каждые 3-5 мин в течение 15-20 мин и профильтровать. С по-мощью пипетки отобрать 10 мл фильтрата, внести его в колбу на 50 мл, добавить 3 капли фенолфталеина и оттитровать 0,05 М раствором гидроксида натрия (по каплям добавить щелочь до появления неисчезающей розовой окраски раствора). Фиксировать объем щелочи, ушедшего на титрование. Равновесную концен-трацию кислоты в фильтрате вычислить по закону эквивалентов () и рассчитать адсорбцию кислоты на активном угле.

75

Опыт 3. Влияние температуры на адсорбционное равновесие йода на крахмале

Выполнение работы: в пробирку налить 5 мл 1%-ного раствора крахмала, доба-вить 2 капли раствора Люголя (иода в растворе иодида калия) и нагреть на спир-товке. Затем пробирку с раствором охладить под струей воды. Наблюдать изме-нение окраски раствора, происходящее во время опыта.

Порядок оформления работы: записать ход работы, объяснить результаты опыта, указать влияние различных факторов (рН среды, температуры) на адсорбционное равновесие, сделать вывод о виде адсорбции.

5.2. АДСОРБЦИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ

Теоретическое пояснение: на поверхности жидкости обычно адсорбируются растворенные в ней вещества. Вещество, молекулы которого сильнее взаимодей-ствуют друг с другом, чем с молекулами жидкости, вытесняется из среды жид-кости и накапливается на поверхности (подвергается положительной адсорбции). Попав на поверхность жидкости, молекулы вещества частично компенсируют втяжение поверхностных молекул жидкости нижележащими молекулами. Поэ-тому молекулярное давление и поверхностное натяжение жидкости понизятся (рис.5). Вещества, понижающие поверхностное натяжение раствора, называются поверхностно-активными (ПАВ). Молекулы ПАВ обладают дифильной природой,

Рис.5. Изотерма поверхностного натяжения

т.е соединения состоящие из полярных и неполярных групп. Полярными свойствами обладают такие атом-ные группировки, как −COOH, −OH, −NH2, −NO, −CHO, −SO3H. Эти группы способны гидратации и являются гидрофильными. Они обеспечивают растворимость ПАВ. Неполярными группами являются различные алифатические и ароматические углеводородные радикалы. Их называют гидрофобными, или липофильными группами.

Неполярные группы плохо взаимодействуют с водой, что обуславливает невысокую растворимость ПАВ в воде.

В зависимости от длины липофильной группы различают коротко- и длинно-цепочечные ПАВ. Короткоцепочечным ПАВ относят соединения с небольшой молекулярной массой, например, низшие жирные кислоты, низшие спирты (масляная кислота, амиловый спирт). Короткоцепочечные ПАВ в растворах находятся в виде молекул и ионов, т.е. образуют истинные растворы. Длинноце-почечными ПАВ являются соединения с сравнительно большой молекулярной массой (высшие спирты, жирные кислоты, алкилсульфонаты, полиоксиэтилиро-ванные фенолы, мыла, большинство синтетических ПАВ, применяемых в про-мышленности и в быту). Они являются полуколлоидами и в растворе находятся в виде молекул, ионов и скоплений молекул (мицелл). В связи с этим их называют коллоидными (мицеллярными) ПАВ.

76

Если молекулы вещества, сильнее взаимодействуют с молекулами жидкости, чем друг с другом, то они сольватируются и они не могут попасть на поверх-ность жидкости (подвергаются отрицательной адсорбции). Молекулы таких веществ усиливают втяжение поверхностных молекул жидкости внутрь её, следовательно, молекулярное давление и поверхностное натяжение раствора может незначительно увеличиваться. Вещества, повышающие поверхностное натяжение растворов, называются поверхностно-инактивными (ПИАВ). Поверх-ностно-инактивными веществами в водных растворах являются хорошо раство-римые полярные вещества, чаще всего электролиты: соли, низшие спирты, углеводы, аминокислоты. Вещества, которые не изменяют поверхностное натяжение жидкости называются поверхностно-неактивными. Примерами таких веществ являются сахароза, бензол и др.