Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Видео:5.3. Адсорбция на границе жидкость-газ. Поверхностно активные вещества ПАВСкачать

5.3. Адсорбция на границе жидкость-газ. Поверхностно активные вещества ПАВ

Окклюзия

Окклюзия — поглощение газов металлами (сплавами) или их расплавами с образов, растворов или химических соединений (оксидов, нитридов, гидридов и т.п.). При окклюзии газы поглощаются не поверхностным слоем, а всем объемом поглотителя, подобно абсорбции (растворению) газов в жидкостях. При окклюзии в отличие от поверхностной адсорбции примеси поглощаются по всей массе осадка внутри его кристаллов.

Наиболее, характерна окклюзия газов, например Н2, металлами VIII группы Периодической системы элементов. Так, при комнатной температуре 1 объём иридия поглощает более 800, а палладия — более 700 объёмов водорода. Окклюдированный газ даёт с металлами твёрдый раствор; иногда часть поглощённого газа образует с ними химические соединения (гидриды, нитриды и др.).

Твёрдое тело, поглощающее газ, называют сорбентом (адсорбентом, абсорбентом). Газ или пар, поглощаемый сорбентом, называют сорбатом (адсорбатом, абсорбатом).

Видео:5.1. Адсорбция. Классификация адсорбцииСкачать

5.1. Адсорбция. Классификация адсорбции

Капиллярная конденсация

Капиллярная конденсация — сжижение пара в капиллярах, щелях или порах в твердых телах. Капиллярная конденсация обусловлена наличием у адсорбента мелких пор. Пары адсорбтива конденсируются в таких порах при давлениях, меньших давления насыщенного пара над плоской поверхностью вследствие образования в капиллярах вогнутых менисков. Возникновение этих менисков следует представлять как результат слияния жидких слоев, образовавшихся на стенках капилляра вследствие адсорбции паров. Возникновение вогнутых менисков возможно только в том случае, если образовавшаяся жидкость смачивает стенки капилляра.

Явление конденсации отлично от физической адсорбции. Элементарная теория капиллярной конденсации не учитывает специфического действия поверхностных сил. Адсорбция может происходить на плоских поверхностях, тогда как капиллярная конденсация в таких условия невозможна.

Для расчета изотерм капиллярной конденсации используют модельные системы — решеточные системы, упаковки из частиц правильной формы. Чаще уравнения капиллярной конденсации используют для решения обратной задачи, то есть определяют размеры пор и их распределение по размерам на основании изотерм, с привлечением модельных представлений о геометрии порового пространства. Капиллярная конденсация может наблюдаться не только в системах жидкость-пар, но и в промерзающих пористых телах при наличии прослоек незамерзающей воды на внутренней поверхности пор.

Большую роль капиллярная конденсация играет также в процессах сушки, удерживания влаги почвами и другими пористыми материалами. Отрицательное капиллярное давление может удерживать вместе смачиваемые жидкостью частицы, обеспечивая прочность таких структур. В случае несвязных пористых тел возможна их объемная деформация под действием капиллярных сил — так называемая капиллярная контракция. Капиллярная конденсация может быть причиной прилипания частиц пыли к твердым поверхностям, разрушения пористых тел при замораживании сконденсированной жидкости в порах. Для уменьшения эффекта капиллярной конденсации используют лиофобизацию поверхности пористых тел.

Задачи [8, стр. 70-75]

1. Вычислить степень адсорбции фенола на поверхности капель эмульгированного масла по экспериментальным данным зависимости поверхностного натяжения водного раствора фенола от его концентрации:

Видео:Адсорбция на поверхностях растворовСкачать

Адсорбция на поверхностях растворов

Адсорбционная теория Ленгмюра

Для описания изотермы по рис. 2.10а используют уравнения вида:

где К и к—константы. Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Приведенные уравнение являются основными в теории мономолеку- лярной адсорбции Ленгмюра. Чаще используется первый вариант, так как в случае адсорбции ПАВ справедливы все уравнения, содержащие величину А, поскольку при этом абсолютная и гиббсовская адсорбции практически одинаковы ( А = Г).

При выводе уравнения Ленгмюра физическое взаимодействие на поверхности может быть представлено как квазихимическая реакция:

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

где А — адсорбционные центры поверхности; В— распределяемое вещество; АВ — комплекс, образующийся на поверхности.

По мерс увеличения концентрации (давления) вещества В равновесие реакции сдвигается в сторону образования комплекса и свободных центров становится меньше. Константа адсорбционного равновесия по закону действия масс имеет вид:

Введем обозначения: Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра[В) = с; [лв]н=Л и [а= Л0, в которых А — величина адсорбции; А^ — число оставшихся свободными адсорбционных

центров, приходящихся на единицу площади поверхности или единицу массы адсорбента. Если А — величина предельной адсорбции (емкость адсорбционного монослоя), то Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюраПодставляя принятые обозначения в уравнение для константы равновесия, получим выражение для константы Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра, которое после преобразований и дает известное уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции Ленгмюра:

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Для газов вместо концентрации используется давление д (так как концентрация газов и паров при газовой адсорбции практически пропорциональна парциальным давлениям): Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Для характеристики адсорбции используется степень заполнения поверхности Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра. Относительно степени заполнения уравнение (2.9)

можно записать в виде

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Константы адсорбционного равновесия в разных видах уравнений Ленгмюра , к и к’) характеризуют энергию взаимодействия адсорбента и адсорбата: чем сильнее это взаимодействие, тем больше константа адсорбционного равновесия.

Известен другой вариант вывода уравнения Ленгмюра — кинетический, в котором основное внимание уделяется скорости наступления динамичного равновесия процессов адсорбции и десорбции. При этом выводе показывается, что константа адсорбционного равновесия равна отношению констант скорости адсорбции и десорбции: Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Для анализа изотермы адсорбции по уравнению Ленгмюра воспроизведем типичную изотерму адсорбции по мономолекулярному механизму (рис. 2.26).

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Рис. 2.26. Изотерма мономолекулярной адсорбции

Анализ изотермы мономолекулярной адсорбции:

— при очень малых концентрациях, когда с^О, произведением К с в знаменателе можно пренебречь, поэтому получаем А = АСС-Кс или А = КГ‘С. Полученные соотношения соответствуют закону Генри и коэффициент пропорциональности Кг — константа Генри. По закону Генри

величина адсорбции с ростом концентрации на участке АВ увеличивается линейно;

— при больших концентрациях или давлениях, когда произведение К-с» 1, адсорбция стремится к предельному значению А = А#. Это соотношение на участке СД отвечает состоянию насыщения поверхности адсорбента молекулами адсорбата, когда вся поверхность адсорбента покрывается мономолекулярным слоем адсорбата;

в области средних концентраций на участке ВС уравнение Ленгмюра применимо в полной форме.

Физический смысл константы Генри, иногда называемый еще константой распределения, поясняют следующие рассуждения. Если поверхностный слой рассматривать как отдельную фазу, то перераспределение вещества между поверхностным слоем и объемом фазы будет происходить до тех пор, пока химические потенциалы обеих фаз не станут равными:

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

где ps — химический потенциал в поверхностном слое; pv— химический потенциал объемной фазы.

Учитывая, что Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра, для равновесного состояния имеем Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра, откуда

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Если в области малых концентраций активности считать равными концентрациям, то поверхностная концентрация равна адсорбции

as = сs = А и тогда Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюраИз представленных соотношений и полу

чается уравнение Генри: А = Кр-с.

Можно получить подобное выражение через давление, учитывая, что в области малых концентраций газ подчиняется закону состояния идеального газа pV = nRT, откуда Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра. Подставляя послед

нее соотношение в уравнение адсорбции, получаем: Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Уравнения Генри просты по виду, но иногда их бывает вполне достаточно для практических расчетов. На твердых поверхностях область действия этого закона мала из-за неоднородности поверхности. Но даже на однородной поверхности обнаруживается отклонение от линейной зависимости при увеличении концентрации (давления). Это объясняется уменьшением доли свободной поверхности, приводящим к замедлению роста адсорбции.

Отклонения от закона Генри учитывает эмпирическое уравнение, установленное Фрейндлихом и Бедекером на основе изучения адсорбции газов на твердых адсорбентах. Позднее это уравнение было теоретически обосновано Зельдовичем и оказалось применимым и для растворов.

Теория мономолекулярной адсорбции была создана Ленгмюром при изучении адсорбции газов на твердых поверхностях. Основные положения теории состоят в следующем:

  • — на поверхности твердого адсорбента имеются активные центры, все они энергетически однородны (поверхность эквипотенциальна) и их количество на единице площади постоянно для данного адсорбента;
  • — каждый активный ценгр удерживает только одну молекулу адсорбата, которая закреплена с ним силами физической природы (адсорбция обратима). Адсорбированная молекула образует с центром прочный комплекс и не способна перемещаться по поверхности;
  • — учитываются только силы взаимодействия молекулы с адсорбционным центром (без учета взаимодействия между молекулами адсорбага).

Несмотря на жесткие ограничения, теория широко используется и даст хорошую сходимость с практическими результатами для большого количества видов адсорбции. В настоящее время она распространяется на адсорбцию на других границах раздела.

Теория Ленгмюра объясняет адсорбцию ПАВ на границе вода — воздух, когда полярная группа, обладая большим сродством к полярной фазе, втягивается в воду, в то время как неполярный радикал выталкивается в неполярную фазу (воздух) и при малых концентрациях углеводородные цепи «плавают» на поверхности воды (это возможно из-за их гибкости). С ростом концентрации цепи поднимаются и в насыщенном адсорбционном слое занимают вертикальное положение, при этом поверхность воды сплошь покрыта «частоколом» из вертикально ориентированных молекул ПАВ. Значение поверхностного натяжения в этом случае приближается к значению чистого жидкого ПАВ на границе с воздухом. Максимальная адсорбция Га0 именно поэтому не зависит от длины углеводородного радикала, а определяется только размерами поперечного сечения молекул.

Существование насыщенных адсорбционных слоев позволяет определять размеры молекул ПАВ. Впервые в истории химии размеры молекул были определены именно коллоидно-химическим путем и уже позже подтверждены другими методами. Поскольку в насыщенном слое молекулы плотно упакованы и имеют вертикальную ориентацию, то можно рассчитать важные характеристики мономолекулярного слоя:

— размер поперечного сечения молекул, то есть площадь, занимаемую одной молекулой ПАВ в поверхностном слое («посадочную площадку»):

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

— длину молекулы ПАВ, равную толщине адсорбционного слоя:

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

где NА — число Авогадро, р и М — плотность и молекулярная масса поверхностно-активного вещества.

Для определения постоянных параметров проводят преобразование уравнения Ленгмюра к уравнению прямой линии

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Представляя экспериментальные данные в обратных осях Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюраили в осях Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра, в первом случае по отрезку, отсекаемому на оси ординат при Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра, определяют величину Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра. Тангенс угла наклона прямой позволяет определить отношение Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюраи рассчитать значение пре

дельной адсорбции, по которому можно вычислить адсорбционную константу К. Во втором случае, наоборот, отрезок на ординате связан с величиной обратной предельной адсорбции Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра, а по тангенсу угла наклона

прямой можно определить Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюраи затем рассчитать константу К.

Рассмотрим вариант определения констант уравнения Ленгмюра на примере адсорбции в системе вода — изоамиловый спирт. В таблице представлены экспериментальные данные но величинам поверхностного натяжения о растворов различной концентрации с:

Видео:Адсорбция на твёрдой поверхностиСкачать

Адсорбция на твёрдой поверхности

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/м 3 за 2 ч через 25·10 — 4 м 2 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 м 2 /с. Вязкость среды – 10 — 3 Н·с/м 2 , 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/м 3 , плотность среды – 1·10 — 3 кг/м 3 , 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/м 2 , 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/м 3 .

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/м 2 , радиус частицы – 14·10 — 6 м, плотность частицы – 2,1·10 — 3 кг/м 3 , плотность жидкости – 1,1·10 — 3 кг/м 3 . 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) 2·10 2 м 2 /кг; б) 2·10 3 м 2 /кг; в) 2·10 4 м 2 /кг. Плотность талька – 2,7 г/см 3 , 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 спиртГептиловый спирт
концентрация С·10 3 кмоль/м 3адсорбция Г·10 3 кмоль/м 3концентрация С·10 3 кмоль/м 3адсорбция Г·10 3 кмоль/м 3
0,935 1,875 3,10 5,5 11,058,75 17,35 25,1 37,8 56,50,384 0,50 0,655 1,25 2,6011,1 14,5 18,2 27,8 49,2

Задача 179.Зависимость поверхностного натяжения водных растворов амилового спи

рта (С5Н11ОН) от концентрации при 25 о С выражается следующим образом:

Концентрация, кмоль/м 3Поверхностное натяжение, мн/м
72,0
0,001970,4
0,003869,2
0,007566,7
0,01561,7
0,03055,3
0,06046,6
0,12038,0

Определите графически адсорбцию амилового спирта из раствора с концентрацией 0,030 кмоль/м 3 .

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, Торр4,59,218,640,2
V, см 3 ·г -11,122,224,228,02

Выясните, описываются ли эти данные изотермой Ленгмюра и определите площадь поверхности адсорбента, если в плотном монослое молекула азота занимает площадь 0,162 нм 2 .

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/см 3 .

Задача 184.Врач ошибочно выписал рецепт на лекарство:

Rp: Strychnini nitratis 0,001

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 см 3 ртути на правильные кубики с длиной ребра 8·10 -6 см. Плотность ртути равна 13,546 г/см 3 .

Задача 186. Определить поверхностный избыток (кмоль/м 2 ) при 10 о С для раствора, содержащего 50 мг/л пеларгоновой кислоты С8Н17СООН. Поверхностное натяжение исследуемого раствора 57,0·10 — 3 Н/м. σ 10 Н2О = 74,22·10 -3 н/м.

Задача 187. К 100 см 3 раствора уксусной кислоты различной концентрации при 20 0 С добавили по 3 г активированного угля. Количество кислоты до и после адсорбции определяли титрованием 50 см 3 раствора 0,1н NаОН. Определить соотношение x/m для каждого из растворов, используя данные титрования:

Объем NаОН, израсходованный на титрование до адсорбции, см 35,510,623,0
Объем NаОН, израсходованный на титрование после адсорбции, см 31,23,6510,2

Задача 188.По опытным данным, полученным при изучении адсорбции углем бензойной кислоты из раствора ее в бензоле при 25 о С, определить графически константы а и 1/n в уравнении Фрейндлиха:

С,ммоль/см 30,0060,0250,0530,118
х/т,ммоль/г0,440,781,041,44

VIII. КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Задача 189. Определите энергию Гиббса Gs поверхности капель водяного тумана массой m = 4 г при 293 К, если поверхностное натяжение воды σ = 72,7 мДж/м 2 , плотность воды ρ = 0,998 г/см 3 , дисперсность частиц D = 50 мкм — 1 .

Задача 190. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5 г эмульсии бензола в воде с концентрацией 75 % (масс.) и дисперсностью D = 2 мкм — 1 при температуре 313 К. Плотность бензола при этой температуре ρ = 0,858 г/см 3 , поверхностное натяжение σ = 32,0 мДж/м 2 , температурный коэффициент поверхностного натяжения бензола dσ/dT = – 0,13 мДж/(м 2 ·К).

Задача 191. Рассчитайте давление насыщенных паров p над каплями воды с дисперсностью D = 0,1 нм — 1 при температуре 293 К. Давление паров воды над плоской поверхностью при этой температуре ps = 2338 Па, плотность воды ρ = 0,998 г/см 3 , поверхностное натяжение воды σ = 72,7 мДж/м 2 .

Задача 192. Две вертикальные параллельные пластинки частично погружены в жидкость на расстоянии d = 1 мм друг от друга. Угол смачивания θ пластинок жидкостью составляет 30 о . Поверхностное натяжение жидкости σ = 65 мДж/м 2 , разность плотностей жидкости и воздуха Δρ = 1 г/см 3 .

Задача 193. В воздухе, содержащем пары воды, образуется туман при температуре 270,8К (коэффициент пресыщения γ равен 4,21). Рассчитайте критический размер ядер конденсации и число молекул, содержащихся в них. Поверхностное натяжение воды σ = 74 мДж/м 2 , мольный объем воды VM = 18·10 -6 м 3 /моль.

Задача 194. Рассчитайте работу адгезии Wa ртути к стеклу при 293 К, если известен краевой угол θ = 130 о . Поверхностное натяжение ртути σ = 475 мДж/м 2 . Найдите коэффициент растекания f ртути по поверхности стекла.

Задача 195.Ниже приведены экспериментальные данные по адсорбции азота на TiO2 (рутиле) при 75 К:

р·10 — 2 , Па60,94116,41169,84218,65272,25
А, моль/кг0,3670,4170,4670,5120,567

Постройте график, соответствующий линейному уравнению БЭТ. Найдите константы А и С. Рассчитайте удельную поверхность адсорбента. Давление насыщенного пара азота при указанной температуре ps = 78,3·10 3 Па, площадь, занимаемая одной молекулой азота, Sо= 0,16 нм 2 .

Задача 196. Постройте кривую капиллярной конденсации и интегральную кривую распределения пор по размерам для активированного угля, пользуясь экспериментальными данными капиллярной конденсации паров бензола при 293 К:

р·10 -2 , Па19,829,939,859,679,789,498,3
А, моль/кгадсорбция4,55,46,510,214,417,020,0
десорбция4,56,09,013,917,519,020,0

При этой температуре для бензола мольный объем VM=89·10 — 6 м 3 /моль, поверхностное натяжение σ = 28,9 мДж/м 2 , давление насыщенного пара ps = 99,3·10 2 Па.

Задача 197. Рассчитайте изостерическую теплоту адсорбции этана на поверхности графитированной сажи (при степени заполнения θ = 1) по следующим данным:

р, Па251,289,933,112,6
Т, К

Задача 198. Адсорбция растворенного в воде ПАВ на поверхности ртуть – вода подчиняется уравнению Ленгмюра. При концентрации ПАВ 0,2 моль/л степень заполнения поверхности θ = 0,5. Рассчитайте поверхностное натяжение ртути на границе с раствором при 298 К и концентрации ПАВ в растворе 0,1 моль/л. Предельное значение площади, занимаемой молекулой ПАВ на поверхности, Sо = 0,20 нм 2 , поверхностное натяжение ртути на границе с водой равно 0,373 Дж/м 2 .

Задача 199. Ниже приведены значения поверхностного давления π валериановой кислоты при 292К при различной площади поверхности, приходящейся на 1 моль кислоты:

π·10 2 , Н/м0,350,530,781,101,491,922,362,853,36
SM·10 — 5 , м 2 /моль6,924,663,492,772,442,272,112,031,89

Известно, что поверхностное давление раствора валериановой кислоты с концентрацией 4 ммоль/л равно 0,002 Н/м. Рассчитайте константы уравнения Шишковского.

Задача 200. Полистирольный сульфокатионит в Н + -форме в количестве m = 1 г внесли в раствор KСl с исходной концентрацией Со = 100 экв/м 3 объемом V = 50 мл и смесь выдержали до равновесного состояния. Рассчитайте равновесную концентрацию калия в ионите, если константа ионообменного равновесия KK + + = 2,5, а полная обменная емкость катионита ПОЕ = 5 экв/кг.

Задача 201. Определите коэффициент диффузии D и средне-квадратичный сдвиг Δ частицы гидрозоля за время τ = 10 с, если радиус частицы r = 50 нм, температура опыта 293 К, вязкость среды η = 10 -3 Па·с.

Задача 202. Определите радиус частиц гидрозоля золота, если после установления диффузионно-седиментационного равновесия при 293 К на высоте h = 8,56 см концентрация частиц изменяется в е раз. Плотность золота ρ = 19,3 г/см 3 , плотность воды ρ0 = 1,0 г/см 3 .

Задача 203 Рассчитайте осмотическое давление 30%-ного (масс.) гидрозоля SiO2 при 293 К, если удельная поверхность частиц Sуд = 2,7·10 5 м 2 /кг. Плотность частиц гидрозоля ρ = 2,2 г/см 3 , плотность среды ρ0 = 1,15 г/см 3 .

Задача 204. Частицы бентонита дисперсностью D = 0,8 мкм — 1 оседают в водной среде под действием силы тяжести. Определите время оседания τ1 на расстояние h = 0,1 м, если плотность бентонита ρ = 2,1 г/см 3 , плотность среды ρ0 = 1,1 г/см 3 , вязкость среды η = 2·10 — 3 Па·с. Во сколько раз быстрее осядут частицы на то же расстояние в центробежном поле, если начальное расстояние от оси вращения х0 = 0,15 м, а скорость вращения центрифуги n = 600 об/с.

Задача 205. Рассчитайте электрокинетический потенциал на границе водный раствор – пористая стеклянная мембрана по данным электроосмоса: сила тока I = 3·10 -3 А, за время 60 с переносится 0,63 мл раствора, вязкость дисперсионной среды η = 10 — 3 Па·с, относительная диэлектрическая проницаемость среды ε = 80,1. Электрическое сопротивление мембраны с дисперсионной средой R1 = 4500 Ом, а сопротивление мембраны, заполненной 0,1 М раствором KCl, составляет R2 = 52 Ом. Удельная электропроводность 0,1 М раствора KCl равна χKCl = 1,167 См·м — 1 .

Задача 206. Рассчитайте толщину диффузного ионного слоя λ на поверхности частиц сульфата бария, находящихся в водном растворе NaCl концентрацией 25 мг/л. Относительная диэлектрическая проницаемость раствора при 288 К равна ε = 82,2.

Задача 207.Рассчитайте электрокинетический потенциал на границе керамический фильтр – водный раствор KCl, если при протекании раствора под давлением р = 3,1·10 4 Па потенциал течения составил U = 1,2·10 — 2 В. Свойства дисперсионной среды при 298 К: удельная электропроводность χ = 0,141 См·м — 1 (0,01 М раствор KCl), вязкость среды η = 8,94·10 — 4 Па·с, относительная диэлектрическая проницаемость ε = 78,5.

Задача 208. Поток света с длиной волны λ = 528 нм, проходя через эмульсию CCl4 в воде толщиной слоя l = 5 см, ослабляется в результате светорассеяния в два раза. Рассчитайте радиус частиц дисперсной фазы, если ее объмное содержание cV = 0,8 %, показатель преломления CCl4 n = 1,460, воды n0 = 1,333. Свет рассеивается в соответствии с уравнением Рэлея и ослабляется по закону Бугера-Ламберта-Бера.

Задача 209. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) додецилсульфата натрия при 20, 40 и 60 о С составляет соответственно 1,51·10 — 3 ; 1,62·10 — 3 и 1,87·10 — 3 моль/л. Рассчитайте стандартную теплоту, энергию Гиббса и энтропию мицеллообразования при 20 о С.

Задача 210. Постройте кривую кинетики набухания каучука в четыреххлористом углероде в координатах α–τ по следующим экспериментальным данным:

Время набухания τ, мин
Степень набухания ατ0,331,152,332,913,253,413,583,58

Определите графическим способом константу скорости набухания К.

Задача 211. Постройте график зависимости приведенного осмотического давления от концентрации раствора сополимера стирола и метакриловой кислоты в толуоле (Т = 300 К) по следующим данным:

Концентрация р-ра С·10 — 3 , г/м 31,12,85,47,6
Осмотическое давление π, Па9,837,3106,4187,4

По графической зависимости π/С=f(C) определите относительную молекулярную массу М полимера и значение второго вириального коэффициента А2.

Задача 212. Экспериментально получена зависимость общего числа частиц гидрозоля золота в 1 м 3 υΣ от времени коагуляции τ, вызванной электролитом NaCl:

τ, с
υΣ·10 -14 , част/м 320,28,085,053,673,31

Вязкость среды η = 10 3 Па·с, температура 293 К.

Покажите применимость уравнения Смолуховского для описания кинетики коагуляции данного золя. Рассчитайте время половинной коагуляции θ и константу скорости быстрой коагуляции Кб. Сравните значение константы скорости быстрой коагуляции, рассчитанной теоретически, с экспериментальной величиной.

Задача 213. Рассчитайте и постройте потенциальную кривую взаимодействия сферических частиц диаметром 200 нм в водном растворе NaCl, если потенциал φσ = 20 мВ, константа Гамакера А* = 0,5·10 — 19 Дж, параметр χ = 1·10 8 м — 1 и температура 293 К. Значения суммарной энергии взаимодействия частиц определите при расстояниях между их поверхностями h = 2, 5, 10, 20 и 40 нм.

Задача 214. Реологические свойства 20%-ной суспензии бентонитовой глины в исследуемом интервале нагрузок описываются реологической моделью, состоящей из последовательно соединенных элемента Гука и модели Кельвина–Фойгта со следующими параметрами: модуль упругости элемента Гука Е = 1,5·10 3 Па; модуль эластичности Еэ=1,3·10 3 Па; вязкость элемента Ньютона η= 1,2·10 5 Па·с. Рассчитайте деформацию, развивающуюся в системе за 100 с при напряжении сдвига Р = 10 Па.

Задача 215. При изучении структурно-механических свойств графитовых паст глубина погружения конуса пластометра Ребиндера составляла h=2 мм при нагрузке F = 3 Н. Константа конуса KL = 0,4. Рассчитайте предельное напряжение сдвига графитовой пасты.

Задача 216. При изучении структурно-механических свойств суспензий пылевидного кварца с помощью прибора Вейлера–Ребиндера определено усилие Fмакс=1,5·10 — 2 Н, необходимое для смещения рабочей пластины прибора. Длина пластины 1 см, ширина 0,5 см. Рассчитайте предельное напряжение сдвига Pm суспензии.

Задача 217.При измерении вязкости растворов полистирола в толуоле с помощью капиллярного вискозиметра (типа вискозиметра Оствальда) получены следующие данные:

Концентрация раствора С, г/л1,702,122,522,953,40
Время истечения раствора τ, с97,6115,6120,2124,5129,8134,9

Рассчитайте значения относительной, удельной, приведенной вязкости растворов полимеров и постройте график зависимости ηуд/С = f(C). Определите характеристическую вязкость [η] и значение вискозиметрической константы Хаггинса К΄.

Задача 218. Рассчитайте толщину гидратных оболочек δ золя Al2O3, если реологическими измерениями установлено, что при концентрации 12 % (масс.) золь является ньютоновской жидкостью с вязкостью η = 1,18·10 — 3 Па·с. Радиус частиц золя r равен 10 нм. Плотность частиц дисперсной фазы ρ = 4 г/см 3 , дисперсионной среды ρ0 = 1 г/см 3 . Вязкость дисперсионной среды η0 = 1,18·10 — 3 Па·с. Коэффициент формы частиц α = 2,5.

Задача 219. Образец вулканизата массой 1,7564 кг, изготовленный на основе синтетического каучука СКН-26, поместили в бензол. Через 24 часа выдержки при 25 0 С масса этого образца стала равной 5,3921·10 -2 кг. Рассчитайте степень набухания этого вулканизата в бензоле при указанных условиях.

Задача 220. Характеристическая вязкость раствора образца синтетического каучука СКИ-3 в толуоле при 20 о С равна 4,62·10 — 3 м 3 /моль. Рассчитайте среднюю молярную массу этого каучука в условиях испытания. Постоянные k и α уравнения Штаудингера принять равными 5,14·10 — 5 моль/м 3 и 0,67.

Задача 221. По нижеприведенной зависимости осмотического давления, измеренного при 25 о С, от концентрации полистирола в бензоле рассчитайте среднюю молярную массу полимера при условиях опыта:

ρi, кг/м 31,6604,1706,5709,18011,3813,36
πi, Па46,3120,9197,8287,3374,0465,0

Задача 222. На коагуляцию гидрозоля иодида серебра из 1,0·10 — 2 м 3 сточных вод КБО потребовалось 8,0·10 — 4 м 3 10 %-го раствора NaCl (плотность 1,07·10 3 кг/м 3 ). Рассчитайте расход 28%-го раствора Al2(SO4)3 (плотность 1,30·10 3 кг/м 3 ) для извлечения AgI из 100 м 3 указанных сточных вод, если заряд коллоидных частиц иодида серебра в этих водах: а) положительный; б) отрицательный.

Задача 223. Белок плазмы крови человека (альбумин) имеет молекулярную массу 69000. Рассчитайте осмотическое давление раствора, содержащего 2 г этого белка в 100 мл, при 25 о С.

Задача 224. Суспензия 1 г гемоглобина в 1 л воды имеет осмоти­ческое давление 3,6×10 — 4 атм при 25° С. Определите вес частицы гемоглобина.

Задача 225. При измерении осмотического давления раствора g-глобулина в 0,15 М NaCl при 37° С получены сле­дующие данные:

Концентрация g-глобулина С, г-на 100 млОсмотическое давление Р, мм Н2О
19,27
12,35
5,81

Определите молекулярный вес g-глобулина.

Задача 226. Установлено, что связь между истинной вязко­стью и молекулярным весом (М) раствора полиизобутилена при 20 о С описывается формулой h=3,60×10 — 4 М 0,64 . Определите молекулярный вес фрак­ции полиизобутилена в растворе с истинной вязкостью 1,80 дл×г — 1 . Истинная вязкость может быть найдена из уравнения

[h] = Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

где h0 — вязкость растворителя, а C- концентрация, выраженная в граммах на 1 децилитр.

Задача 227. а) Какова поверхность куба, имеющего ребро 1 см? б) какова общая площадь поверхности того же материала,если он размельчен на кубики коллоидного размера, имеющие ребро 10 — 7 см. Выразите результат в м 2 .

Задача 228.Адсорбция азота на древесном угле исследовалась при -77° С, причем найдено, что 0,0946 г образца угля адсорбировали следующие количества азота х при указанном давлении Р.

Р, атмх, гР, атмх, г
3,50,011925,70,0192
10,00,016133,50,0195
16,70,018139,20,0196
48,60,0199

Нанесите на диаграмму эти данные таким образом, чтобы получить прямую линию в соответствии со следующими зависимостями, и оцените постоянные. Нет необходимости строить графики по уравнениям в их данной форме. Сначала, если необходимо, переведите уравнения в форму, которая дает прямолинейную за­висимость; т — вес угля (г).

а) Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра; б) Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра; в) lg Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

Задача 229. Получены следующие данные по адсорбции на древесном угле уксусной кислоты из водных растворов (во всех случаях объем раствора с углем был постоянным, 200 мл):

Co, молярность уксусной кислоты в растворе до добавления угляСе, молярность уксусной кислоты, оставшейся в растворе при равновесииВес угля m, г
0,5030,4343,96
0,2520,2023,94
0,1260,08994,00
0,06280,03474,12
0,03140,01134,04
0,01570,003334,00

Покажите, что эти данные удовлетворяют изотерме адсорбции Фрейндлиха

Адсорбция растворенного в воде пав на поверхности ртуть вода подчиняется уравнению ленгмюра

где х – количество граммов адсорбированной уксусной кислоты. Оцените постоянные k и n.

Задача 230. Во сколько раз дисперсность частиц сульфадимезина, моло­того на струйной мельнице, больше дисперсности частиц сульфадимезина фармакопейного, если удельные поверхно­сти их порошков соответственно равны 3600 и 210 м 2 /кг (форма частиц сферическая, плотность 1,80 г/см 3 )?

Задача 231. Важной физико-химической характеристикой порошка яв­ляется его удельная поверхность. От нее зависит стабиль­ность при хранении, прессуемость и скорость растворения порошка. Как отличаются удельные поверхности порошков пенталгина, выпускаемого тремя заводами, если дис­персности равны: 0,0458; 0,0472; 0,0564 мкм -1 (форма частиц сферическая, плотность 1,41 г/см)?

Задача 232. Для приготовления лекарственной мази на основе гепарина натрия необходимо определить дисперсность частиц гепарина натрия согласно следующим данным: время оседания частиц в водной среде на расстояние 0,2 м составляет 1,36×10 5 с, плотность гепарина натрия – 2,42 г/см 3 , плотность среды — 1,4 г/см 3 , вяз­кость среды – 1,8×10 -3 Пах (форма частиц сферическая).

Задача 233. Концентрация гидрозоля золота — 2 г/дм 3 , плотность золота 19,3 г/см 3 , частицы имеют сферическую форму с радиусом 510 — 9 м.Сколько частиц содержится в 1 м 3 золя? Какова удельная поверхность частиц (м — 1 )?

Задача 234. Определите удельную поверхность порошка сульфата бария (в расчете на единицу массы), если частицы BaSO4 оседают в .водной среде на 20 см за 20 мин. Плотность сульфата бария составляет 4,5; воды — 1 г/см 3 , вязкость воды — 1×10 — 3 Па×с (форма частиц сферическая).

Задача 235.Для приготовления лекарственной болтушки на основе оксида цинка необходимо определить дисперсность частиц ZnO по следующим данным: время оседания частиц в водной среде на расстояние 1 см составляет 30 с; плотность ZnO — 4 г/см 3 ;плотность среды — 1 г/см 3 ; вязкость среды — 1-10 — 3 Па×с(форма частиц сферическая).

Задача 236. Вычислите удельную поверхность частиц бентонита (форма частиц сферическая), если время их оседания на расстояние 2 см составляет 100 с. Плотность дисперсной фазы – 2,7 г/см 3 ; дисперсионной среды – 1,1 г/см 3 , вязкость дисперсионной среды – 2,5×10 -3 Па×с

Задача 237. Концентрация гидрозоля серебра — 1 г/дм , плотность серебра -10,5 г/см , частицы имеют форму куба с длиной ребра 5,0 нм. Сколько частиц содержится в 1 дм золя? Какова удельная поверхность частиц (м — 1 )? Каково осмотическое давление золя при 293 К?

Задача 238. Напишите формулу мицеллы гидрозоля, полученного конденсационным методом с помощью химической реакции с указанным стабилизатором (табл. 1) и определите ионы, образующие потенциалопределяющий, адсорбционный и диффузный слои:

№ п/пХимическая реакцияСтабилизатор
238.1CaCl2 + (NH4)2C2O4 → CaC2O4 + 2NH4ClCaCl2
238.2CaCl2 + (NH4)2C2O4 → CaC2O4 + 2NH4Cl(NH4)2C2O4
238.32CuSO4 + K4[Fe(CN)6] → Cu2[Fe(CN)6] + 2K2SO4CuSO4
238.42CuSO4 + K4[Fe(CN)6] → Cu2[Fe(CN)6] + 2K2SO4K4[Fe(CN)6]
238.5Na2S + CuSO4 → CuS + Na2SO4Na2S
238.6Na2S + CuSO4 → CuS + Na2SO4CuSO4
№ п/пХимическая реакцияСтабилизатор
238.72KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2KNO3KI
238.82KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2KNO3Pb(NO3)2
238.9Fe2(SO4)3 + 2K3PO4 → 2FePO4 + 3K2SO4Fe2(SO4)3
238.10Fe2(SO4)3 + 2K3PO4 → 2FePO4 + 3K2SO4K3PO4
238.11Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3 + 2NaClNa2SiO3
238.12Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3 + 2NaClHCl
238.13Ni(NO3)2 + K2S → NiS + 2KNO3Ni(NO3)2
238.14Ni(NO3)2 + K2S → NiS + 2KNO3K2S
238.15CoCl2 + 2NaOH → Co(OH)2 + 2NaClCoCl2
238.16CoCl2 + 2NaOH → Co(OH)2 + 2NaClNaOH
238.17Pb(CH3COO)2 + H2SO4 → PbSO4 + 2CH3COOHPb(CH3COO)2
238.18Pb(CH3COO)2 + H2SO4 → PbSO4 + 2CH3COOHH2SO4
238.19ZnSO4 + Na2CO3 → ZnCO3 + Na2SO4ZnSO4
238.20ZnSO4 + Na2CO3 → ZnCO3 + Na2SO4Na2CO3
238.212KMnO4 + 3KNO2 + H2O → 2MnO2 + 3KNO3 + 3KOHKMnO4
238.22AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaClAlCl3
238.23AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaClNaOH
238.24Na2SO3 + CaCl2 → CaSO3 + 2NaClNa2SO3
238.25Na2SO3 + CaCl2 → CaSO3 + 2NaClCaCl2
238.26Ba(OH)2 + Pb(NO3)2 → Pb(OH)2 + Ba(NO3)2Ba(OH)2
238.27Ba(OH)2 + Pb(NO3)2 → Pb(OH)2 + Ba(NO3)2Pb(NO3)2
238.282Na3PO4 + 3CaCl2 → Ca3(PO4)2 + 6NaClNa3PO4
238.292Na3PO4 + 3CaCl2 → Ca3(PO4)2 + 6NaClCaCl2
238.30Cu(NO3)2 + 2KOH → Cu(OH)2 + 2KNO3Cu(NO3)2
238.31Cu(NO3)2 + 2KOH → Cu(OH)2 + 2KNO3KOH
238.32CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4CuSO4
238.33CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4H2S
238.34MgCl2 + Na2HPO4 + NH4OH → MgNH4PO4 + 2NaClMgCl2
238.35BaCl2 + K2CrO4 → BaCrO4 + 2KClBaCl2
238.36BaCl2 + K2CrO4 → BaCrO4 + 2KClK2CrO4
238.37AsH3 + AgNO3 + H2O → Ag + HNO3 + H3AsO3AgNO3
238.38K2Cr2O7 + 2AgNO3 → Ag2Cr2O7 + 2KNO3K2Cr2O7
238.39K2Cr2O7 + 2AgNO3 → Ag2Cr2O7 + 2KNO3AgNO3
238.402H3AsO3 + 3H2S → As2S3 + 6H2OH2S
238.41H2S + ½ O2 → S + H2OH2S
238.428KMnO4 + 3Na2S2O3 + H2O → →8MnO2 + 3Na2SO4 ++ 3K2SO4 + 2KOHKMnO4
238.43Ba(NO3)2 + K2SO4 → BaSO4 + 2KNO3Ba(NO3)2
238.44Ba(NO3)2 + K2SO4 → BaSO4 + 2KNO3K2SO4
238.453K4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 → Fe4[Fe(CN)6] + 12KClK4[Fe(CN)6]
238.463K4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 → Fe4[Fe(CN)6] + 12KClFeCl3
238.47AgNO3 + KBr → AgBr + KNO3AgNO3
238.48AgNO3 + KBr → AgBr + KNO3KBr
238.49KAuO2 + 3HCHO + K2CO3 → 2Au + 3HCOOK ++ KHCO3 + H2OKAuO2
238.50FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HClFeOCl

Задача 239. Какова дисперсность частиц амиксина, если удельная поверхность порошка амексина 140 м /кг, а плотность – 1,55 г/см 3 (форма частиц сферическая)?

🔥 Видео

Поверхностные явленияСкачать

Поверхностные   явления

Адсорбция (Киевнаучфильм)Скачать

Адсорбция (Киевнаучфильм)

Поверхностное натяжение (видео 3) | Силы межмолекулярного взаимодействия | ХимияСкачать

Поверхностное натяжение (видео 3) | Силы межмолекулярного взаимодействия | Химия

Уравнение ЛенгмюраСкачать

Уравнение Ленгмюра

8.1 Поверхностно-активные вещества | Химия вокруг насСкачать

8.1 Поверхностно-активные вещества | Химия вокруг нас

Поверхностные явления. Адсорбция.Скачать

Поверхностные явления. Адсорбция.

АдсорбцияСкачать

Адсорбция

Адсорбция. Простой эксперимент дома / ХимХопСкачать

Адсорбция. Простой эксперимент дома / ХимХоп

Поверхностно-активные веществаСкачать

Поверхностно-активные вещества

Поверхностные явленияСкачать

Поверхностные явления

Коллоидные растворы ПАВ (мицеллярные растворы, лиофильнные растворы) | Коллоидная химия | Лекция 5Скачать

Коллоидные растворы ПАВ (мицеллярные растворы, лиофильнные растворы) | Коллоидная химия | Лекция 5

Адсорбция на границе фаз раствор-воздух (лабораторная работа)Скачать

Адсорбция на границе фаз раствор-воздух (лабораторная работа)

Растворение. Растворимость веществ в воде | Химия 8 класс #39 | ИнфоурокСкачать

Растворение. Растворимость веществ в воде | Химия 8 класс #39 | Инфоурок

Коллоидная химия. Лекция 1. Физико-химия поверхностных явленийСкачать

Коллоидная химия. Лекция 1. Физико-химия поверхностных явлений

АдсорберыСкачать

Адсорберы

Адсорбция на силикагелеСкачать

Адсорбция на силикагеле
Поделиться или сохранить к себе: