МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
|
|
Скачати 0.87 Mb.
|
|
Тема: Ізотерма адсорбції, теорія мономолекулярної адсорбції, рівняння Гібсса. Стислі теоретичні відомості Графічну залежність величини адсорбції від врівноваженого тиску (концентрації) при постійній температурі називають ізотермою адсорбції. Рівняння адсорбції Гіббса: Г = -  Відношення d/dс називається поверхневою активністю. Для поверхнево-активних речовин d/dс 0, тому Г 0. Для поверхнево - неактивних речовин d/dс 0 і Г 0, так як адсорбція негативна. Якщо поверхневий натяг не змінюється при зміні концентрації розчиненої речовини, то d/dс =0 і Г=0. Теорія мономолекулярної адсорбції Адсорбція газів на твердому адсорбенті – найпростіший варіант адсорбції і для неї Ленгмюром була запропонована теорія, яка отримала назву теорія молекулярної адсорбції. В основу цієї теорії лежать наступні основні положення:
Виходячи із цих положень, Ленгмюр отримав рівняння адсорбції, яке має наступний вид: Г = Гmax  де, Г – адсорбція; Гmax – найбільша адсорбція; p – врівноважений тиск; b - постійна. Рівняння Ленгмюра дуже добре описує ізотерму адсорбції в широкому інтервалі тиску. При дуже малих (порівняно з одиницею) значеннях тиск в знаменнику рівняння можна знехтувати величиною bp. Тоді рівняння прийме вигляд Г = Гmax bp, так як величина адсорбції прямо пропорційна тиску. При великих значеннях тиску можна знехтувати одиницею, тоді Г = Гmax. Це означає, що кількість адсорбованої речовини досягло межі і уже не залежить від тиску. Завдання для виконання самостійної роботи. 1. Основні положення теорії мономолекулярної адсорбції. 2. Рівняння адсорбції Ленгмюра. 3. Що таке ізотерма адсорбції? 4. Рівняння адсорбції Гіббса. 5. Які фактори впливають на адсорбцію газів твердими адсорбентами? Самостійна робота № 16 Тема: Молекулярна адсорбція із розчинів. Стислі теоретичні відомості Молекулярна адсорбція із розчинів. Перші дослідження по адсорбції із розчинів належать Ловицу. Адсорбція із розчинів на твердому адсорбенті – дуже складний процес, ніж адсорбція газів. Розчини являються двохкомпонентними системами, які складаються із розчиненої речовини та розчинника. Тому адсорбція із розчинів визначається не тільки силами взаємодії між молекулами розчиненої речовини і адсорбентом, але й взаємодією розчинника і адсорбенту, та розчинника і розчиненою речовиною. Якщо розчинена речовина – електроліт, то процес адсорбції ускладнюється ще в тому, що в цьому випадку адсорбуються іони, які несуть електричний заряд. Адсорбція молекулярної розчиненої речовини в залежності від її врівноваженої концентрації характеризується звичайною ізотермою адсорбції. Ізотерма адсорбції із розбавлених розчинів описується рівнянням Ленгмюра: Г = Гmax  де, с – врівноважена концентрація речовини в розчині. У відмінності від адсорбції газів при адсорбції із розчинів рівновага наступає не так швидко, особливо на мілких пористих адсорбентах. Перемішування розчину мало вплив на швидкість досягнення рівноваги, так як вона визначається, головним чином, швидкістю дифузію молекул розчиненої речовини в пори адсорбенту. Підвищення температури визиває зниження адсорбції із розчинів, але в значно меншому ступені, чим адсорбцію газів. Великий вплив на адсорбцію із розчинів вказує природа адсорбенту, розчинника і розчиненої речовини. В якості адсорбентів широко використовують активоване вугілля, силікагель, глину та пористе скло. Всі адсорбенти можна розподілити на 2 основних типи: гідрофільні, які добре змочуються водою та гідрофобні, які не змочуються, але змочуються неполярними органічними рідинами. Велике значення для адсорбції має пористість адсорбенту. Чим пористість вища (менші пори), тим більша адсорбційна активність. Рідини, добре змочують поверхню твердих тіл, звичайно мають невеликий поверхневий натяг. Із всіх розчинників вода має найбільш високий поверхневий натяг, поверхневий натяг органічних розчинників значно нижче. Тому адсорбція краще відбувається із водних розчинів і гірше із розчинів з органічними розчинниками. На адсорбцію також впливає властивість розчинника розчиняти адсорбтив. Чим краще розчинник розчиняє адсорбтив, тим адсорбція із розчину йде гірше. Також адсорбція залежить від будови молекул адсорбтива. Дифільні молекули розчиненої речовини при адсорбції на твердому адсорбенті орієнтуються на його поверхні так, щоб полярна частина молекули була повернена до полярної фази, а неполярна – до неполярної. В загальному випадку можна вважати, що гідрофобні адсорбенти (вугілля, тальк) повинні краще адсорбувати органічні (дифільні) речовини із водних розчинів. Гідрофільні адсорбенти (силікагель, глина) повинна краще адсорбувати їх із неполярних або слабополярних рідин. На практиці вугілля звичайно використовують як адсорбент для водних розчинів. Наприклад, в виробництві спирту із водно-спиртової суміші адсорбція на вугіллі знищують сивушні масла. Гідрофільні адсорбенти, наприклад, глину використовують як адсорбент при рафінації жирів – очищення жирів від вільних жирних кислот, смолистих речовин. Завдання для виконання самостійної роботи. 1. Який вчений першим досліджував адсорбцію із розчинів? 2. Від яких факторів залежить молекулярна адсорбція із розчинів? 3. Як впливає на молекулярну адсорбцію із розчинів природа розчинника, адсорбента, розчиннненої речовини. 4. Які адсорбенти використовують найбільш часто? 5. Як впливає температура на адсорбцію із розчинів? 6. На які типи поділяють адсорбенти? 7. Як впливає на адсорюцію із розчинів пористість адсорбента? 8. Чому при деяких харчових отруєннях рекомендується приймати таблетки активованого вугілля? Самостійна робота № 17 Тема: Процеси змочування, хроматографія. Стислі теоретичні відомості Хроматографія. На практиці часто проводять адсорбцію на твердому адсорбенті із розчинів, які містять декілька розчинених речовин. В цьому випадку всі речовини в тому чи іншому ступені будуть адсорбуватися. Співвідношення в якому адсорбуються компоненти суміші визначаються їх концентраціями і властивістю кожного компоненту адсорбуватися на певному адсорбенті. Чим вище концентрація компонента в розчині, тим вона в більшої кількості буде адсорбуватися. Якщо ж речовина і в чистому виді володіє слабою адсорбційною активністю відносно вибраного адсорбенту, то вона буде погано адсорбуватися і із суміші. Ці закономірності адсорбції речовин із багатокомпонентних розчинів лягли в основу хроматографії – методу розподілу і аналізу багатокомпонентних сумішей. Вперше цей метод був використав М.С. Цвєтом для розподілу на складові компоненти складного рослинного компоненту – хлорофілу. Пропускаючи розчин хлорофілу через шар оксиду алюмінію, який поміщають в скляну трубку Цвєт помітив, що окремі компоненти цієї складної речовини адсорбуються на різних рівнях по висоті колонки. В верхній частині накопичується компонент, який володіє найбільшою адсорбційною активністю, наступні зони відповідають компонентам з меншими адсорбційними властивостями. Так як окремі компоненти хлорофілу закрашені, то ці зони легко розрізнити по кольору. Такий кольоровий стовп адсорбенту Цвєт назвав хроматограмою, а сам метод аналізу – хроматографічним. За допомогою хроматографічного методу можна розділяти складні органічні речовини, дуже близькі по будові, а також неорганічні сполуки. Суміш, яку розділяють пропускають через хроматографічну колонку. В залежності від адсорбційної властивості речовини розміщуються в хроматографічній колонці по висоті шару адсорбенту, утворюючи ряд хроматографічних зон. При наступному промиванні адсорбенту чистим розчинником зони адсорбованих компонентів переміщуються вниз. З найбільшою швидкістю рухається зона компонента, яка володіє найменшою адсорбційною активністю, повільніше всіх зміщується верхня зона компоненту з найкращою адсорбованостю. Розчинник пропускають через адсорбент до тих пір, поки всі зони, які утворюють компоненти, не вийдуть із неї. Постійно відбираючи проби рідини, які виходять із колонки і визначають в них вміст компонента, отримують адсорбційну хроматограму. По неї можливо зробити висновок про чистоту компонента в суміші і про їх відносний вміст. Хроматографія дуже широко використовується для розподілу вітамінів, амінокислот, ферментів, лікарських і інших речовин. Змочування. До поверхневих явищ відносять і змочування поверхні твердого тіла рідиною. При нанесенні краплі рідини на тверду поверхню виникають сили тяжіння між молекулами рідини і твердого тіла. Якщо ці сили тяжіння більші, чим сили тяжіння між молекулами рідини, то крапля рідини розтечеться по поверхні, то рідина змочує тверде тіло. Якщо сили тяжіння між молекулами рідини більші, чим між молекулами рідини і твердого тіла, то рідина погано змочує або не змочує поверхню. Від ступеня змочування залежить форма краплі. Кут, який крапля рідини утворює з поверхнею, називається кутом змочування або крайовим кутом. При змочуванні цей кут гострий, а при незмочуванні – тупий. Якщо поверхня змочується водою, то її називають гідрофільною. До речовин з гідрофільною поверхнею відносяться, наприклад: алмаз, кварц, скло, целюлоза. Поверхні, які змочуються неполярними рідинами, являються гідрофобними, або олеофільми. До них відносяться поверхні парафіну і інших твердих вуглеводнів, тальк, графіт, сірка. Змочуввання грає важливу роль в різних технологічних процесах, наприклад, при збагачені вугіллля, руди. До суспензії бідної руди в воді додають спеціальні поверхнево-активні речовини, які гідрофобізують поверхню частинок цінної породи і знижують їх змочування водою. Пуста порода – кварц, силікати, вапняк – гідрофільні, вони змочуються водою і тонут. При пропусканні через таку супензію повітря гідрофобізіровані частинки прилипають до пузирів повітря і впливають. Таким чином, на поверхні суспензії концентруються тверді частинки цінної породи. Цей процес розподілу частинок суспензії називаєтьтся флотацією. Велике значення має змочування при механічній обробці металів – різанні, шліфовці. При механічній обробці твердого металу в рідині, рідина яка його змочує, проникає в мікротріщини і перешкоджає їх закриттю. Тому руйнування твердих тіл протікає краще в рідинах, а не в повітрі. Гідрофільні тіла (кварц, скло) швидне руйнуються в воді, а такі речовини, як графіт, вугілля, метали, краще оброблювати в неполярних рідинах. Якщо в рідині розчинено поверхнево-активну речовину, то молекули її, проникають в глубину мікротріщин і адсорбуються на стінках, переміщаються до вершини тріщини, прагнуть зруйнувати тіло. Завдання для виконання самостійної роботи. 1. На якому принципі заснований хроматографічний метод аналізу? 2. Які переваги хроматографічного методу аналізу? 3. Як можливо придати поверхні властивість змочуватися водою (бензолом)? 4. Практичне використання хроматографії. 5. Що таке флотація? 6. Використання флотації в харчовій промисловості. 7. Які поверхні називаються гідрофобними і гідрофільними? 8. Що називають кутом змочування? Самостійна робота № 18 Тема: Практичне використання електрофорезу та електроосмосу Стислі теоретичні відомості Багаточисленні дослідження колоїдних систем, в власності гідрозолей показали, що в електричному полі колоїдні частики перміщуються з постійною швидкістю до одного із електродів. Вперше в 1809 році це явище вивчив Рейсс для частинок суспензії глини. Явище переносу частинок дисперсної фази в електричному полі отримало назву електрофорезу, або катафорезу. Рейсс спостерігав також рух рідини в капілярно-пористих тілах під впливом зовнішнього електричного поля. В його дослідах капілярно-пористим тілом був кварцовий пісок, який знаходився в нижній частині U-подібної трубки і заповнений водою. При пропусканні через системуелектричного постійного струму в коліні трубки з негативним електродом вода піднімалась до певного рівня, а в іншому коліні рівень води знижувався. Якщо розглядати кварцовий пісок, як нерухому дисперсну фазу, то під дією електричного поля в даному випадку переміщається дисперсне середовище. Рух рідкого дисперсного середовища в електричному полі отримав назву електроросмосу. Ці два явища відносяться до електрокінетичних явищ, оскільки вони заключаються в рухі твердих частинок і рідини в електричному полі. Електрокінетичні явища знаходять велике приактичне використання. На електрофоретичному осадженні частинок золю, суспензій або емульсій на металевій поверхні засновано нанесення захисних і декоративних покриттів. Так отримують міцні і гарно зафарбовані поверхні при електрофоретичному осадженні фарб і лаків, електроізоляційні резинові плівки при осадженні частинок каучуку із його водних дисперсій (латексів). Дуже перспективно отримання напівпровідникових матеріалів шляхом електрофоретичного осадження плівок на тверду основу. За допомогою електроосмосу заздалегідь перед висушуванням можна удалити надлишок води із різних осадків. Використання електроосмосу при фільтрації значно прискорює цей процес. Фільтр-прес, робота якого заснована на фільтруванні під тиском разом з електроосмосом, називають електроосмотичним фільтр-пресом. Електрокінетичні явища можна пояснити існуванням на поверхні дисперсної фази подвійного електричного шару, виникнення між дисперсною фазою і дисперсним середовищем різниці потенціалів. Якщо дисперсна фаза несе заряди одного знаку, рідке середовище має протилежні по знаку заряди, то під дією зовнішнього електричного поля ці фази приходять в рух відносно одна іншої. Завдання для виконання самостійної роботи. 1. Яке таке електрофорез? 2. Що таке електроосмос? 3. Які лікарські препарати можна отримати за допомогою електрокінетичних властивостей дисперсних систем. 4. Для яких фізіопроцедур використовують електрофорез. 5. Поясніть механізм розподілу частинок борошна при електрофорезі. 6. Перерахувати галузі харчової промисловості, де використовують електрофорез та електроосмос. Самостійна робота № 19 Тема: Рівняння Ейнштейна для коефіцієнта дифузії, явище світлорозпилення в рідинах і газах. Стислі теоретичні відомості Рівняння Ейнштейна для коефіцієнта дифузії. Дифузією називається самовільний процес, який протікає в системі вирівнюючи концентрацію морлекул або колоїдних частинок під впливом їх хаотичного теплового руху. Швидкість дифузії визначається кількістю речовини, яка проходить через одиницю часу через одиницю площі, пропорційна градієнту концентрації; коефіцієнт пропорційності – постійна величина, яку називають коефіцієнтом дифузії. В 1906 році Ейнштейн вивів співвідношення між коефіцієнтом дифузії і іншими фізичними характеристиками системи (суміші газів, розчину і колоїда), в яких проходить дифузія. Рівняння Ейнштейна має вигляд:  де, R – газова постіна; T – абсолютна температура; N – число Авогадро; - в’язкість; r – радіус дифундуючих молекул або частинок. Це рівняння показує, що коєфіціент дифузії обернено пропорційний розміру дифундуючих молекул або частинок. Із цього рівняння видно, що швидкість дифузії зростає з підвищенням температури і зменшується з підвищенням вязкості розчиннника або дисперсного середовища. Знаючи коефіцієнт дифузії і користуючись формулою Ейнштейна можна знайти розміри дифундуючих частинок. В колоїдних системах коефіцієнт дифузії визначають на основі спостереження за броунівським рухом частинок. Явище світлорозпилення в рідинах і газах. При проходженні світла крізь дисперсну систему, світло може поглинатися, відображатися або розсіюватися. Поглинання світла – це явище вибіркове. Одні речовини повністю поглинають світло, а другі поглинають тільки промені визначної частини спектру. Поглинання світла властиве любим дисперсним системам. Відображення світла можливе тільки у грубодисперсних системах: суспензіях, емульсіях. Відображення світла проявляється в каламутних дисперсних системах, як при прямому проходженні світла так і при боковому проходження світла. Найбільш характерними оптичними властивостями для колоїдних систем є розсіювання світла у всіх напрямках. Це розсіювання світла було названо – опалесценцією. Вперше цей ефект помітив Фарадей, але більш детально вивчив Тиндаль. Пізніше математично це явище було виражено вченим Релєєм. Формула Релєєя: Ір = 243І0 (n12 – n22 / n12 +2n22)2 V2 / 4 де, Ір - інтенсивність розсіяного світла колоїдної фази n1 - показник заломлення світла дисперсної фази n2 - показник заломлення дисперсного середовища V - об'єм однієї колоїдної частини - часткова концентрація колоїдного розчину - довжина світлової хвилі Іо - інтенсивність падаючого світла на колоїдну систему Інтенсивність розсіяного світла обернено пропорційна довжині хвилі. Чим менше довжина світлової хвилі, тим краще розсіюється світло. Краще розсіюється голубе світло. З формули Релєєя видно, що колір колоїдного розчину залежить від ступеня дисперсності колоїдної частки. Якщо всі колоїдні частини будуть менше половини світлової хвилі голубого кольору, то розчин буде голубого кольору. Колоїдні розчини можуть бути усіх кольорів райдуги, в залежності від того, яких розмірів будуть колоїдні частки. Цим займався Ломоносов. Завдання для виконання самостійної роботи. 1. В області яких ступенів дисперсності світлорозпилення може мати місце? 2. Які рідини володіють властивостями опалесцирувати? 3. Наведіть основні розділи теорії Релєєя. 4. Поясніть механізм опалесценції в газах. 5. Що таке дифузія? 6. Що таке коефіцієнт дифузії? 7. Від якого фактора залежить колір колоїдного розчину? 8. Як залежить розсіювання світла від довжини світлової хвилі? Самостійна робота № 20 |
Схожі:
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ Міністерству освіти і науки, молоді та спорту Автономної Республіки Крим, департаментам (управлінням) освіти і науки обласних, Київської... |
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України від 10. 06. 2011 №572 "Про Типові навчальні плани початкової школи", рішення... |
|
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Представництво ООН в Україні за підтримки Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України проводить конкурс, присвячений важливій... |
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ Всеукраїнська акція "Моральний вчинок", ініційована Національною експертною комісією України з питань захисту суспільної моралі за... |
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ Севастопольської міських державних адміністрацій на виконання листа Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України від 16.... |
УКАЗ Президента України Про затвердження Положення про Міністерство... Затвердити Положення про Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України (додається) |
|
Відповідно до протоколу засідання журі конкурсу від 06. 04. 2013 року МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ДЕПАРТАМЕНТ З ПИТАНЬ ОСВІТИ, НАУКИ, СІМ’Ї ТА МОЛОДІ ЛЬВІВСЬКОЇ ОБЛАСНОЇ ДЕРЖАВНОЇ... |
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ГОЛОВНЕ УПРАВЛІННЯ... Міністерства освіти і науки проводиться Всеукраїнський конкурс юних зоологів і тваринників, метою якого є створення умов для творчого... |
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ДЕПАРТАМЕНТ... Львівський обласний дитячий еколого-натуралістичний центр в березні-травні 2013 року проводить природоохоронну акцію «Первоцвіти... |
«Загальні і спеціальні здібності» Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Донецька обласна державна адміністрація Управління освіти і науки |
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua