Оқулық "Білім беруді дамытудың федералды институты"
Адсорбция. Гиббстің Фундаментальды адсорбциялық теңдеуі
жүктеу/скачать 9,08 Mb. Pdf көрінісі
|
Белик Физикалық және коллоидтық химия
| 8.1.3. Адсорбция. Гиббстің Фундаментальды адсорбциялық теңдеуі
Адсорбция дегеніміз — ҥздіксіз фаза мен беткі қабат арасында компоненттердің ӛздігінен қайта бӛлінуі болып табылады. Кӛлемнен бетіне ӛтетін жҥйенің компоненті адсорбат деп аталады; беті қалыптасқан фазасы адсорбент болып табылады. Адсорбциялық ҥдерісті сандық тҧрғыдан сипаттау ҥшін екі шама қолданылады. Бірінші мән абсолютті адсорбция болып табылады. А - біртҧтас бетіне немесе адсорбент массасының бірлігіне адсорбаттың мольдік саны. Абсолютті адсорбцияны қарастырған кезде Э. Гуггенгейм ҧсынған соңғы қалыңдық әдісі пайдаланылады. Екінші шама - бҧл артық адсорбция.Г - бетон бірлігіне немесе адсорбенттің массасының бірлігіне жататын ҥздіксіз фазаның сол кӛлеміндегі адсорбаттың мӛлшерімен салыстырғанда белгілі бір қалыңдықтағы бет қабатындағы адсорбаттың мольдік саны (грамм). Бҧл мән қарастырылғанда Гиббс әдісі (артық мәндердің әдісі) пайдаланылады, сондықтан F саны Гиббс адсорбциясы деп аталады Гуггенгейм және Гиббс әдістерін қысқаша қарастырайық.Біз тҥпкілікті қалыңдықтың қабатының әдісін немесе Гуггенгейм әдісін бастаймыз. Тҧрақты температурада болатын екілік шын ерітінді мен қатты адсорбенттен тҧратын қарапайым жҥйені қарастырайық. Тҥсінікті болу ҥшін, бҧл екілік ерітінді кӛгілдір бояғыштан (кӛк метилен) тҧрады - адсорбат және су еріткіш ретінде қолданылады. Егер бояғыш судың ерітіндісінде шын ерітінді тҥзілсе, ерітінді кӛкке айналады. Осы ерітіндіге қатты адсорбент енгіземіз, мысалы белсендірілген кӛмір, және нәтиже беретін жҥйені біраз уақытқа қалдырамыз. Тепе-теңдікке жеткеннен кейін біз ерітіндінің тҥсінің қарқындылығы азайғанын кӛремі - қарқынды кӛктен ерітінді ақшыл-кӛк тҥстіге айналады. Бҧл бояғыштың бір бӛлігі ерітіндіден (тҧтас фаза) активтендірілген кӛмірдің бетіне ӛтіп кеткенін білдіреді, яғни қатты адсорбент бетіндегі бояғыштың адсорбциясы болды. Адсорбциялық мәнді есептеу ҥшін теңдеуді аламыз Мҧны істеу ҥшін жоғарыда сипатталған тәжірибені суреттейтін сызбаны қолданамыз (8.2-сурет). Бинарлы бояғыш ерітіндідегі су фазасындағы α, β қатты адсорбентпен белсендірілген кӛмір фазасы. Абсцисса бойымен координаттың осімен адсорбатты C 2 концентрациясын (моль / л) қарастырамыз - жҥйенің қасиеттерінің ӛзгеруін сипаттайтын кейбір x координат беттің қашықтығына байланысты жҥйенің қасиетінің ӛзгеруін сипаттайды. Мысалы, ерітінді мен қатты адсорбция қабаты арасында, яғни қатты адсорбентпен, x s және x αs арасында жасалған (x s - қатты адсорбенттің беткі қабатымен шектелген координат, x αs - бҧл, беттік қабат ҥздіксіз фазамен шектелген координат). Содан кейін қабаттың қалыңдығы h = x s - x αs . 8. 2 Суретте.қалың сызық 224 адсорбаттың C 2 концентрациясының профилін кӛрсетеді (мҧнда тӛменгі индекс 2 еритін затқа (адсорбат), еріткіштің индексі 1-ге сәйкес келеді). Қарапайым тҥрде адсорбция кезінде адсорбаттың концентрациясы беткі қабатта сатылы тҥрде кҥрт артады және C 2s жетеді деп есептеледі. Сонда жҥйеде адсорбаттың n 2 жалпы санының молекуласы келесідей есептелуі мҥмкін: (8.12) мҧндағы п α — ҥздіксіз фазадағы адсорбаттың мольдік саны (беткі қабатқа дейін); n s - бет қабатындағы адсорбаттың мольдік саны; С2 8.2. сурет. Абсолютті және артық адсорбция есептеу ҥшін теңдеулерді алу V α - фазаның кӛлемі (беткі қабатқа дейін); V s - беткі қабаттың кӛлемі. Адсорбцияның мәні беткі қабаттағы адсорбаттың молінің саны, ол беткі қабаттың s аудандарына жатады: (8. 13) Беткі қабаттың кӛлемін және қалыңдығын зерттеу жҥргізу жолымен анықтау мҥмкін болмағандықтан, Гуггенгейм әдісі тек термодинамикалық есептеулер ҥшін қолданылады. Дж.Гиббс адсорбцияның шамасын анықтаудың тағы бір әдісін ҧсынды Дж.Гиббс әдісін қарастырған кезде, біз Гуггенгейм әдісімен де, қатты адсорбентпен бірдей тепе-теңдікте бинарлық шешімді қолданамыз. Дж. Гиббс беткі қабаттың ӛз кӛлемі мен қалыңдығы болмайтындығын, ал бҧл жағдайда адсорбаттың мольдік саны келесідей болуы мҥмкін дегенді ҧсынды: (8. 14) Мҧндағы n α - ҥздіксіз фазада адсорбаттың мольдік саны (беткі қабатқа дейін); n s - ҥздіксіз фазамен салыстырғанда бет қабатындағы адсорбаттың мольдерінің санынан асып кету; V α - ҥздіксіз фазаның кӛлемі n s / s саны - артық (Гиббс) адсорбциясын кӛрсетеді. Физикалық мағынада Гиббс адсорбциясы компоненттің молекуласының санының 225 белгілі бір кӛлемдегі ҥздіксіз фазасындағы компоненттің санымен салыстырғанда белгілі бір кӛлемдегі қҧрамдас бӛліктерінің санынан артық екенін білдіреді. Абсолютті адсорбциядан айырмашылығы, артық адсорбция алдында адсорбаттың алғашқы шоғырлануын және адсорбциядан кейін адсорбаттың тепе-теңдік концентрациясын біле отырып, шектен тыс адсорбция зерттеу жҥргізу арқылы анықталуы мҥмкін. Адсорбцияның адсорбаттың тепе-теңдік концентрациясына тәуелділігі адсорбциялық изотерма деп аталады. Осы екі әдісті салыстыра отырып, абсолютті және артық адсорбцияның ӛзара байланысын алуға болады: (8. 15) Бҧл қарапайым сӛзбен бірнеше маңызды қорытынды жасалады. Біріншіден, абсолютті адсорбцияға қарағанда артық адсорбция теріс болуы мҥмкін. Екіншіден, адсорбаттың концентрациясы оның кӛлеміне шоғырлануына қарамастан, оның бетіне шоғырлануы мҥмкін болса, абсолютті және артық адсорбция іс жҥзінде сәйкес келеді. Г <0 мҧнда қарастырылмайтын жағдайлар. Біз А ≈ Г теңдігінің екі жағдайда: газдар мен булардың сіңірілуі кезінде мҥмкін болатынына назар аударамыз.қатты адсорбенттерге және сулы ерітінділерден беттік-белсенді заттардың адсорбциясына байланысты. Әрі қарай бҧл жағдайларды егжей- тегжейлі қарастырайық. жүктеу/скачать 9,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|