Лабораториялық жұмыс. Қатты дене мен электролит емес қос ертініді арасындағы адсорбцияны зерттеу
Қатты дене мен электролит емес қос ертініді арасындағы адсорбцияны зерттеу
Жұмыс мақсаты: қос ерітінді- қатты дене арасындағы Гиббстік (артық) адсорбцияны анықтау; адсорбция кезіндегі ерітінді құрамының өзгерісі бойынша, ерітінді құрылымының Гиббстік адсорбциясын есептеу; артық адсорбция шамасының изотермасын тұрғызып және оларды талдау.
Аспаптар мен ыдыстар: рефрактометр, сыйымдылығы 50мл өлшеуіш колбалар, 100мл жай колбалар, 50мл бюреткалар, 25 мл пипеткалар.
Реактивтер: адсорбент (белсенділенген көмір), өзара араласатын сұйықтар.
Пререквизиттер:бейорганикалық химия,элементтер химиясы,органикалық химия, физикалық химия
Постреквизиттер:электрохимия негіздері, физикалық химияның зерттеу әдістері
Студенттің алдын-ала меңгеріп келуге тиісті дағдылары: Қатты дене мен электролит емес қос ертініді арасындағы адсорбцияны зерттеу теорияларын меңгеріп, орындалатын жұмыстың әдістемесімен танысу.
Студенттің алдын-ала біліп келу мәліметтері: Лабораториялық жұмыста қолданылатын реактивтер туралы мәліметтер және есептерді шешуге арналған формулалары мен әдіс-тәсілдері туралы мәліметтерді білу.
Қысқаша теориялық мәлімет:
Қатты дене – сұйық зат жанасу шегіндегі адсорбция түрінің біріне жататын ион алмастырғыш адсорбцияның маңызы аса зор. Ол жан-жақты зерттелген.
Ион алмастырғыш адсорбция.Ерітіндідегі күшті электролиттер толығымен дерлік диссоциация әсерінен иондарға ыдырайтындықтан, оларға кәдімгі адсорбциялық және әр түрлі электр күштері әсер ету нәтижесінде осы электролиттерді қатты адсорбент бетінде адсорбциялаудың өз ерекшеліктері болады. Күшті электролит иондарын адсорбциялау екі тектегі күштің әсері арқылы жүреді екен. Олар адсорбенттің беттік молекулалық және иондар адсорбцияланғанда пайда болатын электр күші.
Электролит адсорбциясының үш түрі бар: эквивалентті; ауыспалы; ерекше немесе таңдамалы.
Эквивалентті адсорбциякезінде электролит молекуласы түгелдей сіңіріледі. Оны былай түсіндіруге болады. Берілген электролиттің жақсы адсорбцияланатын ионы өзінің екінші нашар адсорбцияланатын ион жұбын (электролит молекуласы екі ионнан тұрады) адсорбент бетіне тартады. Мұнда екінші ионның адсорбцияланғыш қабілеті артады да, ерітінді дегі адсорбция лайтын басқа иондар бірінші ионның адсорбциялануын төмендетеді. Сөйтіп, екі ион да бірдей (эквиваленттік жағдайда) адсорбцияланады, сондықтан да эквивалентті адсорбцияны молекулалық деп те атай береді. Ол әлсіз электролиттерге тән. Эквивалентті адсорбция жағдайында, фазалардың жанасу шегіндегі электр нейтралдылық сақталады.
Ал ауыспалы адсорбцияқұбылысында электролит иондарының біреуі іріктеле келіп, адсорбент бетіне жақындағанда қатты адсорбенттен осы мәндегі зарядтас басқа ион ерітіндіге алмасады. Сөйтіп электролит ерітіндісіндегі және қатты адсорбенттегі аттас иондар бірімен-бірі орын алмасады екен. Мұндай ион алмастыру құбылысы тепе-теңдік жағдайында, яғни эквивалентті түрде алмасқандықтан, екі фазаның жанасу шегі әркез электр нейтралды болады. Әдетте ауыспалы адсорбция басқа адсорбциядан баяу жүреді және оны хемосорбция процесі ретінде де қарастыруға болады.
Егер ауыспалы адсорбция кезінде адсорбент өзіне сіңірген ион орнына ерітіндіге сутектің немесе гидроксидтің эквивалентті ионын берсе, онда мұндай адсорбцияны гидролиттік деп атайды. Мысалы, натрий хлориді, калий хлориді немесе нитраты секілді нейтрал тұздардың ерітіндісін активтелген көмір арқылы өткізсе, онда активтелген көмір осы ерітіндіден өзіне аниондарды адсорбциялап, олардың орнына гидроксил тобын береді, сөйтіп ерітінді әлсіз сілтілік орта көрсетеді. Олай болса, гидролиттік ауыспалы адсорбция кезінде активті бетте, жанасу шегінде болатын көптеген ауыспалы не басқа да құбылыстарға қарамастан су болады.
Лабораториялық жұмыстың реті: өлшеуіш колбаларда екі сұйықтың әр түрлі қатынастағы, атап айтқанда бірінші сұйықтың таза өзінен бастап, бірті бірте оның мөлшеріне азайта келіп, соңғы ыдыста ол жоқ, тек екінші сұйық қана болатындай және керісінше етіп, 10 қоспа ерітіндісін әзірлейді.бұл ерітінділердің әрқайсысынан пипетка көмегімен 25 мл алып, оларды жай колбаларға құйып, колбаларға үстінен 1,0 г белсенді көмір салады.Сосын оларды тығындармен тығындап, бір сағатқа қалдырып, оларда оқта-текте араластыра шайқап тұрады. Бір сағаттан кейін, адсорбциялық тепе-теңдік орнады деп есептелінеді де, енді олардың сыну көрсеткіші nd0 және nd1 анықтайды. Мұнан кейін гиббстік адсорбцияны есептейді.
n0.1 = V1P1/M1; n0.2 = V2P2/M2; n0 = n0.1+ n0.2 (4)
x0.1 = n0.1/ n0.1+n0.2 ; x0.2 = n0.2/ n0.1 + n0.2 (5)
мұндағы n0.1 және n0.2 -әрбір қоспадағы екі сұйықтың жалпы молдік саны; x0.1 және x0.2 - әрбір қоспадағы екі сұйықтың адсорбцияға дейінгі молдік үлесі; V1 және V2 –ерітіндідегі бірінші және екінші сұйықтың көлемі; P1 және P2 алынған сұйықтардың тығыздығы; М1 және М2 –берілген сұйықтардың молекулалық салмағы.
№ кесте. Гиббстік адсорбцияға қажетті деректерді кестеге жинақтайды.
| Колбалар реті | V1 мл | V2 мл | nd0 | nd1 | n0.1 | n0.2 | n0 | X0.1 | X0.2 | X2 | ∆x2 =X0.2 X2- | Г2=∆x2· n0/m моль/г |
Алынған мәліметтер бойынша, қос сұйық ерітіндісінің құрамына байланысты (екінші сұйықтың молдік үлесі) болатын сыеу көрсеткішінің nd0 қалыптастырушы сызба тұрғызады.сосын осы сызбадан, адсорбциядан кейінгі қоспа құрамын анықтайды, яғни құрылымдардың (х1+ х2 = 1) х1 және х2 молдік үлесін.
Әрбір құрылымның адсорбцияға дейінгі және одан кейінгі молдік үлестерінің арасындағы айырмасын есептейді:
∆ х1 = X0.1- х1; ∆ х2 = X0.2- х2 ; (6)
Мұндағы ∆ х мәнінде тұрған белгі, гиббстік адсорбцияның он не теріс екендігін көрсетеді.
Сонан соң (6) теңдеу бойынша гиббстік адсорбцияны есептейді де Г2=ƒ(х2) немесе Г1= ƒ(х1) координатта адсорбцияны кезіндегі ерітінді құрамының изотермаларын тұрғызады.алынған мәліметтерді талдайды.Тәжірибе және есептеу кезінде алынған деректерді жоғарыдағы кестеге жинақтайды.
Бақылау сұрақтары
1.Адсорбция дегеніміз не және шама тұрғысынан қалай сипаттайды?
2. Гиббстің адсорбцияға арналған теңдеуін жазып, артық адсорбцияны түсіндір?
3. Нағыз және артық адсорбциялардың (А мен Г) арақатынасы қандай?
4. Қандай жағдайларда нағыз (шын) адсорбцияны (А) артық адсорбцияға (Г) тең деуге (А = Г) болады?
5.Гиббстік теріс адсорбция дегеніміз не?