- •Основы аналитической химии
- •Предмет и задачи аналитической химии
- •Стадии аналитического процесса
- •Классификация методов анализа
- •1. По диапазонам определяемых содержаний и количеству пробы
- •2. По аппаратурному оформлению
- •3. По характеру вещества:
- •Классификация методов анализа по природе энергии возмущения
- •Деление катионов на группы по сероводородному методу.
- •Химические методы анализа Качественный химический анализ.
- •2. Количественный анализ
- •2.1. Гравиметрический анализ.
- •2. 2. Титриметрические методы анализа
- •Физико-химические и физические методы анализа
- •1. Атомно-эмиссионная спектроскопия (аэс.)
- •3. Интерференционные устройства.
- •2. Абсорбционная спектроскопия (спектрофотометрия, фотоколориметрия, ик-спектрометрия, атомно-абсорбционная спектроскопия)
- •3. Электрохимические методы.
- •Хроматография
- •Поерхностные явления и адсорбция
- •1. Общая характеристика поверхностных явлений
- •2. Поверхностные явления на подвижных границах раздела фаз
- •Уравнение Лэнгмюра имеет вид
- •Уравнение Фрейндлиха
- •3. Поверхностные явления на неподвижных границах раздела фаз
- •3.1. Адсорбция на грнице раздела тердое тело – газ
- •3.2. Адсорбция на границе раздела твердое тело – раствор
- •Ионообменная адсорбция. Особый случай представляет адсорбция ионов электролитов из водных растворов на поверхности специальных ионообменных смол. Этот вид получил название ионообменной адсорбции.
- •Вопросы для самоконтроля
- •Физико-химия дисперсных систем
- •1. Классификация дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем по степени дисперсности
- •Классификация дисперсий по агрегатному состоянию
- •2. Методы получения коллоидных систем
- •Исходные растворы должны быть разбавленными и содержать избыток одного из реагентов.
- •3. Методы очистки коллоидных растворов
- •4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем
- •5. Оптические свойства дисперсных систем
- •6. Электрические свойства дисперсных систем
- •7. Строение коллоидных частиц - мицелл
- •8. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем
- •9. Лиофильные коллоидные системы. Коллоидные пав
- •Вопросы для самоконтроля
- •Основная литература
- •Дополнительная литература
Уравнение Лэнгмюра имеет вид
где Гmax – максимальная адсорбция
b – константа адсорбционного равновесия
с – концентрация.
Если bc<<1, то уравнение принимает вид
Г = Гmaxbc,
что соответствует линейной зависимости адсорбции от концентрации (отрезок 1).
Если bc>>1, то Г = Гmax, адсорбция не зависит от концентрации (отрезок 3). Таким образом, уравнение Лэнгмюра удовлетворительно описывает адсорбцию при любых концентрациях.
Уравнение Фрейндлиха
Г = kcn
где k – константа, равная адсорбции при равновесной концентрации, равной 1; n – константа, определяющая кривизну изотермы адсорбции.
Изотерма Фрейндлиха представляет собой уравнение параболической кривой. Она применима лишь при средних значениях равновесных концентраций. Коэффициенты в уравнении Фрейндлиха можно определить графически после приведения его к линейному виду путем логарифмирования:
lgГ(А) = lgк + nlgс
Рис.29.4. Графическое определение коэффициентов уравнения Фрейндлиха.
Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое. На границе раздела фаз молекулы ПАВ ориентированы полярной головой в сторону полярной фазы, неполярным хвостом в сторону неполярной фазы.
При достижении максимального значения адсорбции молекулы ПАВ строго ориентированы и образуют плотный мономолекулярный слой (частокол Лэнгмюра). Это позволяет объяснить существование предельного значения адсорбции Гmax. Зная площадь поверхности и максимальную адсорбцию Гmax (число молей ПАВ на 1 м2), можно рассчитать размер молекулы.
S =
- площадь поперечного сечения молекулы
ПАВ
3. Поверхностные явления на неподвижных границах раздела фаз
3.1. Адсорбция на грнице раздела тердое тело – газ
Твердое вещество на поверхности которого происходит адсорбция называют адсорбентом. Вещество, которое адсорбируется, называют адсорбатом.
В качестве адсорбентов используют активированный уголь, силикагель, оксид алюминия, цеолиты и др. Адсорбционная способность зависит от удельной площади поверхности адсорбента.
Sуд = s/m
где s – площадь поверхности адсорбента, м2
m – масса адсорбента, г
Один грамм активированного угля может иметь Sуд от 100 до 1000 м2.
В зависимости от сил, вызывающих адсорбцию, различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию).
При физической адсорбции между адсорбентом и адсорбатом действуют силы Ван-дер-Ваальса. Физическая адсорбция имеет небольшой тепловой эффект (-4-40 кДж/моль) и протекает обратимо. Примером физической адсорбции может служить адсорбция хлора на активированном угле.
При химической адсорбции происходит образование химического соединения на поверхности адсорбента. Она сопровождается значительным тепловым эффектом (-40-400 кДж/моль) и протекает необратимо. Пример хемосорбции – адсорбция кислорода на поверхности алюминия.
Десорбция - переход вещества из поверхностного слоя в объемную фазу.
Адсорбция на твердом адсорбенте измеряется количеством вещества, адсорбированного единицой массы адсорбента (моль/кг).
Адсорбция зависит от температуры, давления и природы адсорбата, удельной поверхности и природы адсорбента.
Лучше адсорбируются те газы, которые легче конденсируются в жидкость. Например, хлор (т.кип. 240 К) хорошо адсорбируется на активированном угле, а СО (т.кип. 83 К) не адсорбируется.
Полярные адсорбаты лучше адсорбируются на полярных адсорбентах, а неполярные – на неполярных.
Адсорбция - экзотермический процесс, поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры адсорбция уменьшается.
Для описания экспериментально наблюдаемой изотермы адсорбции наиболее часто используют изотермы Фрейндлиха и Лэнгмюра.
Аналитическое выражение адсорбции в зависимости от концентрации (парциального давления) на однородной поверхности дано в теории Ленгмюра. Основные положения теории Лэнгмюра:
поверхность адсорбента представляет собой набор энергетически одинаковых активных центров, на которых локализуются молекула адсорбата;
на одном центре адсорбируется только одна молекула, т.е. образуется мономолекулярный слой;
адсорбция на данном центре не влияет на адсорбцию на других центрах, т.е. взаимодействием адсорбированных молекул можно пренебречь.
Рассмотрим обратимую адсорбцию идеального газа на однородной поверхности адсорбента.
- доля заполненных мест на поверхности
сорбента.
Тогда (1-) - доля свободных мест на поверхности адсорбента.
Скорость адсорбции пропорциональна доле свободных мест на поверхности адсорбента и парциальному давлению адсорбата, а скорость десорбции - доле заполненных мест на поверхности адсорбента.
При установлении адсорбционного равновесия
vадс=vдесорб
-
константа адсорбционного равновесия
- уравнение Лэнгмюра
Это уравнение удовлетворительно описывает адсорбцию на однородной поверхности при низких и высоких концентрациях.
В реальных условиях поверхность неоднородна и для описания чаще используют эмпирическое уравнение Фрейндлиха.
