Адсорбция электролитов

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ, стремление в-ва (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади пов-сти раздела фаз (размерность Дж/м2). Поверхностное натяжение измеряется в эрг·см-2.

Поверхностное натяжение-осн. термодинамич. характеристика поверхностного слоя жидкости на границе с газовой фазой или др. жидкостью. Поверхностное натяжение разл. жидкостей на границе с собств. паром изменяется в широких пределах: от единиц для сжиженных низкокипящих газов до неск. тыс. мН/м для расплавл. тугоплавких в-в. Поверхностное натяжение зависит от т-ры. Для мн. однокомпонентных неассоциир. жидкостей (вода, расплавы солей, жидкие металлы) вдали от критич. т-ры хорошо выполняется линейная зависимость: s = s0 – a(T-T0)

где s и s0-поверхностное натяжение при т-рах T и T0 соотв., a0,1 мН/(м·К)-температурный коэффициент поверхностного натяжения. Осн. способ регулирования поверхностного натяжения заключается в использовании поверхностно-активных веществ (ПАВ). С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и становится нулем при увеличении температуры до критической.

МЕТОДЫ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ

1. Сталагмометрический метод. Состоит в определении числа капель, образующихся при вытекании данного объема жидкости из капиллярного отверстия специальной пипетки — сталагмометра

2. Метод продавливания пузырьков воздуха основан на измерении давления, необходимого для продавливания пузырька воздуха через капилляр, находящийся в соприкосновении с поверхностью исследуемой жидкости, и давления, необходимого для продавливания пузырька воздуха через тот же самый капилляр, находящийся в соприкосновении споверхностью стандартной жидкости, поверхностное натяжение которой известно.

ПРАВИЛО ДЮКЛО-ТАУБЕ

Правило Дюкло-Траубе — зависимость, связывающая поверхностную активность водного раствора органического вещества с длиной углеводородного радикала в составе его молекулы. Согласно этому правилу, при увеличении длины углеводородного радикала на одну группу СΗ2 поверхностная активность вещества увеличивается в среднем в 3,2 раза.

АДСОРБЦИЯ СОРБЦИЯ АБСОРБЦИЯ ДЕСОРБЦИЯ

Адсорбция — накопление молекул или ионов на поверхности какого-либо тела. Примеры адсорбции: поглощение газов и веществ из растворов древесным углем, глиной. Процесс, обратный адсорбции, то есть перенос вещества с поверхности раздела фаз в объѐм фазы, называется десорбция.

Абсорбция — растворение газа в жидкости или в твердом теле. На практике абсорбция чаще всего применяется для разделения смесей, состоящих из веществ, имеющих различную способность к поглощению подходящими абсорбентами. При этом целевыми продуктами могут быть как абсорбировавшиеся, так и не абсорбировавшиеся компоненты смесей.

Сорбция — поглощение твердым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом (сорбтивом), поглощающее твердое тело или жидкость - сорбатом.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ ГИББСА

Поверхностное натяжение (σ) - это поверхностная энергия Гиббса единицы поверхности (удельная энергия Гиббса). Она численно равна работе, затраченной на образование единицы поверхности. Единицы измерения σ: (Дж/м2) или (Н/м).

ХЕМОСОРБЦИЯ

Хемосорбция, химическая сорбция, поглощение жидкостью или твѐрдым телом веществ из окружающей среды, сопровождающееся образованием химических соединений. В более узком смысле хемосорбцию рассматривают как химическое поглощение вещества поверхностью твѐрдого тела, т. е. как химическую адсорбцию.

При химической сорбции (хемосорбции) между сорбентом и сорбатом возникает химическое взаимодействие, в результате чего между ними образуется третье вещество

Примером химической адсорбции является адсорбция кислорода на вольфраме или серебре при высоких температурах.

ИЗОТЕРМА АДСОРБЦИИ

Изотерма адсорбции — зависимость количества адсорбированного вещества (величины адсорбции) от парциального давления этого вещества в газовой фазе (или концентрации раствора) при постоянной температуре.

Различают шесть основных типов изотерм адсорбции Тип I характерен для микропористых твердых тел с относительно малой долей внешней поверхности. Тип II указывает на полимолекулярную адсорбцию на непористых или макропористых адсорбентах. Тип III характерен для непористых сорбентов с малой энергией взаимодействия адсорбент-адсорбат. Типы IV и V аналогичны типам II и III, но для пористых адсорбентов. Изотермы типа VI характерны для непористых адсорбентов с однородной поверхностью.

Изотермы адсорбции используются для расчета удельной поверхности материалов, среднего размера пор или среднего размера нанесенных частиц, распределения пор или частиц по размерам.

УРАВНЕНИЕ ФРЕЙНДЛИХА

Уравнение Фрейндлиха является эмпирическим уравнением. В случаях соответствия экспериментальным данным оно дает сжатое аналитическое выражение результатов опытов, но не может претендовать на сколько-нибудь исчерпывающее описание механизма адсорбции.

Г. Фрейндлих показал, что при постоянной температуре число молей адсорбированного газа или растворенного вещества, приходящееся на единицу массы адсорбента (т.н. удельная адсорбция x/m), пропорционально равновесному давлению (для газа) или равновесной концентрации (для веществ, адсорбируемых из раствора) адсорбента, возведенным в некоторую степень, которая всегда меньше единицы:

n

х/m= Kф * С

Х-кол-во вещ-ваадсорбтива (моль)

m- масса адсорбента

С – равновесная концентрация, при кот. v адсорбции = v десорбции

Kф – константа Фрейндлиха, Kф = Г при С = 1

n – эмпирическая константа, 0,1 – 0,6

10. ТЕОРИЯ МОНОМОЛЕКУЛЯРНОЙ АДСОРБЦИИ ЛЕНГМЮРА:

1)Адсорбция является локализованной и вызывается силами, близкими к химическим.

2) Адсорбция происходит не на всей поверхности адсорбента, а на активных центрах, которыми являются выступы либо впадины на поверхности адсорбента, характеризующиеся наличием т.н. свободных валентностей. Активные центры считаются независимыми (т.е. один активный центр не влияет на адсорбционную способность других), и тождественными.

3) Каждый активный центр способен взаимодействовать только с одной молекулой адсорбата; в результате на поверхности может образоваться только один слой адсорбированных молекул.

4) Процесс адсорбции является обратимым и равновесным – адсорбированная молекула удерживается активным центром некоторое время, после чего десорбируется;

11. ТЕОРИЯ ПОЛИМОЛЕКУЛЯРНОЙ АДСОРБЦИИ ПОЛЯНИ:

1. Адсорбция вызвана чисто физическими силами.

2. Поверхность адсорбента однородна, т.е. на ней нет активных центров; адсорбционные силы образуют непрерывное силовое поле вблизи поверхности адсорбента.

3. Адсорбционные силы действуют на расстоянии, большем размера молекулы адсорбата.

4. Притяжение молекулы адсорбата поверхностью адсорбента не зависит от наличия в адсорбционном объеме других молекул, вследствие чего возможна полимолекулярная адсорбция.

5. Адсорбционные силы не зависят от температуры и, следовательно, с изменением температуры адсорбционный объем не меняется.

АДСОРБЦИЯ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Адсорбция электролитов не укладывается в рамки учения о молекулярной адсорбции, так как адсорбент может по-разному поглощать ионы, на которые распадаются молекулы электролита в растворе. Здесь может иметь место обменная адсорбция с образованием двойных электрических слоев. Это тонкий слой, образующийся на границе двух фаз из пространственно разделенных электрических зарядов противоположного знака. Такое разделение всегда сопровождается возникновением разности потенциалов.Адсорбция электролитов, как правило, селективна. Ионы (катионы или анионы), избирательно сорбированные твердой поверхности, придают ей электрический заряд. Вследствие электростатического притяжения ионы противоположного знака образуют второй электрический слой.

Адсорбция ионов зависит от их заряда, размеров и способности к сольватации (гидратации). Чем выше валентность иона, чем в большей мере он сорбируется.