Контрольні запитання

1. Поясніть фізико-хімічну сутність процесу адсорбції.

2. Представте ізотерми адсорбції та поверхневої енергії розчинів ПАР і ПІАР.

3. Які властивості розчинника і розчиненої речовини визначають поверхневу активність цих речовин?

4. Які висновки можна зробити про виконання припущень, що лежать в основі теорії Ленгмюра, в умовах ваших досліджень?

Лабораторна робота 19 Визначення площі питомої поверхні адсорбента

Мета роботи – визначення площі питомої поверхні активо­ваного вугілля на основі поверхневого натягу водних розчинів ПАР (насичених одноатомних спиртів) до і після адсорбції.

Основні теоретичні відомості

Величину поверхні твердого адсорбенту (питома поверхня) можна розрахувати при дослідженні адсорбції ПАР. Метод зво­диться до побудови ізотерми адсорбції та визначення величини гра­ничної адсорбції ПАР на адсорбенті, a_∞, (кг/кмоль). Число молекул, які адсорбувались на 1 кг адсорбенту при граничному насиченні його поверхні, дорівнює: n = a_∞N, де N — число Авогадро.

Питому поверхню адсорбенту можна визначити як добуток площі, яку займає одна молекула, на число адсорбованих на ній молекул, м²/кг:

S_пит. = n·S₀ = a_∞N·S₀ (19.1)

Обладнання та реактиви

Сталагмометр, технічні ваги, розчини насичених одноатомних спиртів, бюретки, активоване вугілля, колби конічні об’ємом 200-300 см³, циліндр об’ємом 25 см³, скляні лійки, фільтри (біла або жовта смужка).

Порядок виконання роботи

Для експерименту використовують ту саму ПАР (насичений одноатомний спирт), що й у лабораторній роботі 18, оскільки для цієї речовини визначені величини констант у рівнянні Шишков­ського та площа, яку займає одна молекула S₀ в щільному мономо­лекулярному шарі на границі поділу фаз розчин ПАР–повітря.

У шести добре вимитих та пронумерованих колбах готують по 25 см³ розчину спирту з такими ж концентраціями, як у лабора­торній роботі 18 шляхом послідовних розведень вихідного розчи­ну. Об’єм вихідного розчину V_вих (см³) з відомою концентрацією C_вих (кмоль/м³), що необхідний для приготування розчину заданої концентрації C₀ (кмоль/м³), зручно розрахувати за формулою:

(19.2)

і записати в табл. 19.1.

Таблиця 19.1

Розрахункові дані для приготування розчинів спирту.

Номер пробірки	1	2	3	4	5	6
С0, кмоль/м3
Vвих, см3
Vводи, см3

Необхідні об’єми розчинів спирту та дистильованої води відмірюють за допомогою бюреток.

Твердим адсорбентом у роботі є активоване вугілля. Шість на­важок вугілля (маса залежить від марки вугілля та визначається викладачем) зважують на технічних вагах з точністю ±0,01 г і пе­реносять у відповідні колби з розчинами. Для встановлення адсорб­ційної рівноваги розчини спирту з вугіллям періодично зтрушують протягом 30–60 хв залежно від марки вугілля. Після того, як спирт адсорбувався на поверхні вугілля, дають цим системам 10 хв по­стояти, щоб порошок вугілля осів на дно. Фільтрують розчини че­рез паперові фільтри з білою або жовтою смужкою у пронумеро­вані колби, причому перші порції фільтрату (приблизно 5–7см³) ви­ливають, тому що в них концентрація спирту значно менша внаслі­док адсорбції його фільтрувальним папером.

Сталагмометричним методом визначають поверхневий натяг фільтратів. Спочатку визначають число крапель для дистильованої води, а потім для відфільтрованих розчинів спирту в порядку збіль­шення їх концентрації. Результати вимірювань та обчислень запи­сують в табл. 19.2.

Таблиця 19.2

Результати вимірювань та обчислень поверхневого натягу рівноважних розчинів спирту

Номер розчину		вода	1	2	3	4	5	6
Чис-ло кра-пель, п	1
	2
	3
	серед-нє
σ·103, Дж/м2