Уравнение бэт
где Р – парциальное давление адсорбата,
Р0 – давление насыщенного пара адсорбата при температуре жидкого азота Т= –196°С
V - объём адсорбированного газа на грамм образца;
Vm - удельная ёмкость монослоя - количество газа-адсорбата в нсм3 (в см3, приведенных к нормальной температуре Т=0°С и барометрическому давлению Р=760 мм рт.ст.,) на грамм образца, которое поглотилось бы образцом при монослойном покрытии всей поверхности молекулами газа-адсорбата,
С - безразмерная энергетическая константа, зависящая от теплоты адсорбции и температуры.
39)Характерной особенностью твердых поверхностей является их пористость (отношение суммарного объема пор к общему объему адсорбента). Природа поверхности адсорбента, размеры и форма его пор влияют на адсорбцию, изменяют ее характеристики, т.е. механизм адсорбции.
Особенности адсорбции на поверхности твердых тел. Твердые поверхности в качестве адсорбентов используются для адсорбции газов или жидкостей, а адсорбционные процессы при этом протекают на границе раздела твердое тело - газ и твердое тело — жидкость. Твердые адсорбенты имеют поры различного размера.
адсорбенты |
пример |
непористые |
сахар, рис, пшено, гречка, некоторые сорта растворимого кофе |
макропористые |
мука, хлеб, сухари, макароны, пастила, зефир |
мезопористые |
минеральные адсорбенты |
микропористые |
активированный уголь |
Двойной электрический слой (ДЭС) — слой ионов, образующийся на поверхности частиц в результате адсорбции ионов из раствора, диссоциации поверхностного соединения или ориентирования полярных молекул на границе фаз. Ионы, непосредственно связанные с поверхностью называются потенциалоопределяющими. Заряд этого слоя компенсируется зарядом второго слоя ионов, называемых противоионами.
Механизм образования дэс
Двойной электрический слой возникает при контакте двух фаз, из которых хотя бы одна является жидкой. Стремление системы понизить поверхностную энергию приводит к тому, что частицы на поверхности раздела фаз ориентируются особым образом. Вследствие этого контактирующие фазы приобретают заряды противоположного знака, но равной величины, что приводит к образованию двойного электрического слоя. Можно выделить три механизма образования ДЭС:
Переход ионов или электронов из одной фазы в другую (поверхностная ионизация). Примером может служить диссоциация поверхностных функциональных групп, принадлежащих одной из фаз (как правило, твердой). Для определения знака заряда поверхности используется правило Фаянса — Панета
Преимущественная адсорбция в межфазном слое ионов одного знака.
Ориентирование полярных молекул в поверхностном слое. По этому механизму ДЭС образуется в случае, если вещества, составляющие фазы системы не могут обмениваться зарядами. Для определения знака заряда поверхности используют правило Кёна, гласящее, что из двух соприкасающихся фаз положительно заряжается та, которая имеет большую диэлектрическую проницаемость.
В отсутствие теплового движения частиц, строение двойного электрического слоя подобно строению плоского конденсатора. Но в отличие от идеального случая, ДЭС в реальных условиях имеет диффузное (размытое) строение. Согласно современной теории структуру ДЭС составляют два слоя:
Слой Гельмгольца или адсорбционный слой, примыкающий непосредственно к межфазной поверхности. Этот слой имеет толщину δ, равную радиусу потенциалопределяющих ионов в несольватированном состоянии.
Диффузный слой или слой Гуи, в котором находятся противоионы. Диффузный слой имеет толщину λ, которая зависит от свойств системы и может достигать больших значений. Толщина диффузного слоя рассчитывается по формуле:
40)Ионная адсорбция называется адсорбция вещества в виде ионов из растворов или расплавов электролитов.Ионная адсорбция может протекать по двум основным механизмам: 1) как эквивалентная или ионообменная адсорбция; 2) как избирательная адсорбция ионов на кристаллах. И в том, и в другом случае адсорбция ионов связана с образованием двойного электрического слоя ( ДЭС) на границе раздела твердой и жидкой фаз. Следует учитывать, что ионная адсорбция, как и любой вид адсорбции, имеет избирательный характер с преимущественной адсорбцией одного из ионов, находящихся в растворе. Специфика ионной адсорбции заключается и в том, что обычно адсорбируются частицы, способные поляризоваться на поверхностях, состоящих из полярных молекул или из ионов. Поэтому ионную адсорбцию часто называют полярной.
При удалении солей жёсткости широко применяются ионообменные смолы ионообменная очистка воды:
катионит (катионообменная смола)
анионит (анионообменная смола)
Катиониты Катиониты представляют собой специально синтезированные полимерные нерастворимые в воде вещества, содержащие в своей структуре ионогенные группы кислотного характера, например, SO3Na (сильнокислотный катионит).
Аниониты Аниониты представляют собой специально синтезированные полимерные нерастворимые в воде вещества, содержащие в своей структуре ионогенные группы основного характера (сильноосновной анионит).
Качество катионитов характеризуется их физическими свойствами, химической и термической стойкостью, рабочей обменной емкостью и др. Физические свойства катионитов зависят от их фракционного состава, механической прочности и насыпной плотности (набухаемости). Фракционный (или зерновой) состав характеризует эксплуатационные свойства катионитов. Он определяется ситовым анализом. При этом учитываются средний размер зерен, степень однородности и количество пылевидных частиц, непригодных к использованию.
Мелкозернистые катиониты и аниониты, обладая более развитой поверхностью, имеет несколько большую обменную емкость, чем крупно-зернистый. Однако с уменьшением зерен катионита гидравлическое сопротивление и расход электроэнергии на фильтрование воды увеличиваются. Оптимальные размеры зерен катионита, исходя из этих соображений, принимают в пределах 0,3...1,5 мм. Рекомендуется применять катиониты с коэффициентом неоднородности Кн = 2.
Амфотерные иониты, называемые также полиамфолитами, занимают промежуточное положение между катионитами и анионитами.
К определяют из уравнения Никольского:
K = (c1/a1)1/z1(a2/c2)1/z2
где c1 и с2 - концентрации или активности противоионов 1 и ионов 2 в равновесном растворе, a1 и а2 - концентрации или активности ионов 1 и 2 в равновесной фазе ионита, z1 и z2 - зарядовые числа ионов.
41) Правило Фаянса — Панета — правило, эмпирически установленное ,согласно которому радиоактивный изотоп, присутствующий в растворе в микроконцентрациях в форме катиона, тем сильнее сорбируется выпадающим или заранее полученным осадком, чем меньше растворимость соединения, которое образует этот катион с анионом осадка. Правило Фаянса — Панета применимо при соосаждении в радиохимии.
Иная формулировка этого правила (также называемая правилом Фаянса — Пескова — Панета) гласит о том, что на поверхности твёрдого вещества преимущественно адсорбируются ионы, которые могут достраивать кристаллическую решётку, то есть входят в её состав, изоморфны или образуют труднорастворимое соединение с ионами, составляющими кристаллическую решётку. Эта формулировка применяется для определении знака заряда поверхности при образовании ДЭС в коллоидной химии.
Лиотропные ряды,ряды Гофмейстера, ряды ионов, расположенных в порядке усиления или ослабления их лиотропного действия, т. е. влияния на свойства растворителя (см. Лиотропия), а также на скорость и глубину химических реакций и физико-химических процессов, протекающих в среде данного растворителя. Наиболее изучено и практически важно лиотропное действие ионов в водных средах. Характерны, например, Л. р. неорганических однозарядных анионов (F-, Cl-, Br-, NO-3, I-, CNS-) и катионов щелочных и щёлочноземельных металлов (Li+, Na+, К+, Rb+, Cs+; Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+), размещенных по возрастающей способности адсорбироваться из водных растворов на активном угле или др. адсорбентах. В таком же порядке следуют ионы в Л. р. по уменьшению высаливающего действия (см. Высаливание), усилению коагулирующей способности (см. Коагуляция), влиянию на растворимость и набухание в воде высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов, синтетических полиэлектролитов), действию на различные физиологические функции организма. Последовательность ионов в Л. р. определяется их зарядом, размером и сольватацией (гидратацией), т. е. способностью связывать молекулы растворителя (воды). В пределах группы ионов с одинаковым зарядом сольватация увеличивается с уменьшением ионного радиуса. Под влиянием изменения состава растворяющей среды, концентрации водородных ионов (величины показателя pH), температуры, внешних силовых полей последовательность ионов в Л. р. может меняться вплоть до полного обращения. Л. р. имеют значение для понимания и направленного регулирования различных химико-технологических и биохимических процессов.