VII. Поверхностные явления. Адсорбция
Задача 168. Суспензия кварца содержит сферические частицы, причем 30% массы приходится на частицы, имеющие радиус 1·10-5 м, а масса остальных – на частицы радиуса 5·10-5 м. Какова удельная поверхность кварца?
Задача 169. Определите коэффициент диффузии красителя конго красный в водном растворе, если при градиенте концентрация 0,5 кг/м3 за 2 ч через 25·10-4 м2 проходит 4,9·10-7 г вещества.
Задача 170. Определите радиус частиц золя иодида серебра, используя следующие данные: коэффициент диффузии равен 1,2·10-10 м2/с. Вязкость среды – 10-3 Н·с/м2, температура – 298 К.
Задача 171. Золь диоксида кремния в воде содержит частицы, радиус которых равен 2·10-8 м. Определите, на какой высоте начального уровня концентрация частиц уменьшается в 2 раза. Для расчетов используйте следующие данные: плотность частиц – 2,1·10-3 кг/м3, плотность среды – 1·10-3 кг/м3, температура -298 К.
Задача 172. Рассчитайте среднее квадратичное смещение аэрозольной частицы за 15 с по следующим данным: радиус частицы – 10-8 м, вязкость среды – 1,9·10-7 Н·с/м2, температура – 298 К.
Задача 173. Вычислите удельную поверхность частиц золя золота, полученного в результате дробления 0,5 г золота на частицы шарообразной формы диаметром 7,0·10-9 м. Плотность золота ρ = 19320 кг/м3.
Задача 174. Золь иодида серебра AgI получен при добавлении к 0,02 л 0,01н раствора KI 0,028 л 0,005 н AgNO3. Определите заряд частиц полученного золя и напишите формулу его мицеллы.
Задача 175. Какой объем 0,002н раствора BaCl2 надо добавить к 0,03 л 0,0006 н. Al2(SO4)3, чтобы получить положительно заряженные частицы золя сульфата бария. Напишите формулу мицеллы золя BaSO4.
Задача 176. Определите, за какое время осядет частица бентонита, находящаяся на поверхности жидкости, если высота столба жидкости равна 0,1 м, вязкость среды – 2·10-3 Н·с/м2, радиус частицы – 14·10-6 м, плотность частицы – 2,1·10-3 кг/м3, плотность жидкости – 1,1·10-3 кг/м3. Во сколько раз быстрее осядет эта же частица, если жидкость центрифугировать в пробирке с угловой скоростью 600 с-1? Начальное расстояние частицы от оси вращения –0,15 м, конечное – 0,25 м.
Задача 177. Какова дисперсность частиц талька, если удельная поверхность порошка талька: а) 2·102 м2/кг; б) 2·103 м2/кг; в) 2·104 м2/кг. Плотность талька – 2,7 г/см3, частицы порошка имеют сферическую форму. Какой из порошков лучше использовать для кожных присыпок?
Задача 178. . Определите константы уравнения изотермы адсорбции Ленгмюра для растворов гексилового и гептилового спиртов. Выполняется ли правило Дюкло-Траубе в этом случае? Зависимости адсорбции этих соединений от концентрации приводятся в таблице.
-
Гексиловый спирт
Гептиловый спирт
концентрация
С·103
кмоль/м3
адсорбция
Г·103
кмоль/м3
концентрация
С·103
кмоль/м3
адсорбция
Г·103
кмоль/м3
0,935
1,875
3,10
5,5
11,05
8,75
17,35
25,1
37,8
56,5
0,384
0,50
0,655
1,25
2,60
11,1
14,5
18,2
27,8
49,2
Задача 179. Зависимость поверхностного натяжения водных растворов амилового спи
-
Концентрация, кмоль/м3
Поверхностное натяжение, мн/м
0
72,0
0,0019
70,4
0,0038
69,2
0,0075
66,7
0,015
61,7
0,030
55,3
0,060
46,6
0,120
38,0
Определите графически адсорбцию амилового спирта из раствора с концентрацией 0,030 кмоль/м3.
Задача 180. При исследовании адсорбции азота на 1 г активированного угля при 273 К получены следующие результаты (объем поглощенного газа пересчитан к н. у.):
р, Торр |
4,5 |
9,2 |
18,6 |
40,2 |
V, см3·г-1 |
1,12 |
2,22 |
4,22 |
8,02 |
Выясните, описываются ли эти данные изотермой Ленгмюра и определите площадь поверхности адсорбента, если в плотном монослое молекула азота занимает площадь 0,162 нм2.
Задача 181. При 195 К и парциальном давлении р(Ar) = 24 Торр на 1 г коксового угля адсорбируется некоторое количество аргона. При увеличении давления в 9 раз количество сорбирующегося газа возрастает в 5 раз. Определите степень заполнения поверхности при 195 К и давлении аргона 100 Торр.
Задача 182. При 312 К и давлении 1,21 Торр на поверхности микропористого глинистого адсорбента сорбируется 1,37 моль·кг-1 паров метилового спирта. Такая же адсорбция достигается при повышении температуры до 320 К и увеличении давления до 3,16 Торр. Вычислите энтальпию адсорбции метилового спирта при данной степени заполнения поверхности.
Задача 183. Определить суммарную площадь поверхности частиц, если при дроблении 1 г серы получаются частицы: а) кубической формы с длиной ребра 10-5 см; б) частицы шарообразной формы с поперечником 2·10-6 см. Плотность серы 2,07 г/см3.
Задача 184. Врач ошибочно выписал рецепт на лекарство:
Rp: Strychnini nitratis 0,001
Coffeini 0,03
Carbonis activati 0,5
M. f. Pulv. D. t. d. 5
S. По одному порошку через 2 часа,
не учитывая, что активный уголь будет адсорбировать алкалоиды, вследствие чего организм больного не получит необходимой дозы ни противоядия, ни антагониста. Вычислите количество каждого из алкалоидов, адсорбированных 1 г угля, если стрихнина нитрат адсорбируется полностью, а кофеин – на 80%.
Задача 185. Определить число частиц, образующихся при раздроблении 0,2 см3 ртути на правильные кубики с длиной ребра 8·10-6 см. Плотность ртути равна 13,546 г/см3.
Задача 186. Определить поверхностный избыток (кмоль/м2) при 10оС для раствора, содержащего 50 мг/л пеларгоновой кислоты С8Н17СООН. Поверхностное натяжение исследуемого раствора 57,0·10-3 Н/м. σ10Н2О = 74,22·10-3 н/м.
Задача 187. К 100 см3 раствора уксусной кислоты различной концентрации при 200С добавили по 3 г активированного угля. Количество кислоты до и после адсорбции определяли титрованием 50 см3 раствора 0,1н NаОН. Определить соотношение x/m для каждого из растворов, используя данные титрования:
-
Объем NаОН, израсходованный на
титрование до адсорбции, см3
5,5
10,6
23,0
Объем NаОН, израсходованный на
титрование после адсорбции, см3
1,2
3,65
10,2
Задача 188. По опытным данным, полученным при изучении адсорбции углем бензойной кислоты из раствора ее в бензоле при 25оС, определить графически константы а и 1/n в уравнении Фрейндлиха:
-
С, ммоль/см3
0,006
0,025
0,053
0,118
х/т, ммоль/г
0,44
0,78
1,04
1,44