Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
_ щ + А.т __ п2 + А2т
х ,--_х 2 - _ (1-41
п0 По
Х\ и х2 — мольные доли компонентов 1 и 2 после адсорбции, равные
- - Пх х2 = \-хх= — (1.42)
«1 + «2 «1 + «2
Изменение мольной доли компонента 2 в растворе в результате адсорбции Ах2 можно выразить следующим образом:
hx =х — х = ——iL+AlHL___«г _ А2п{т — Ахп2т
2 02 2 «і + «2 + Ахт + А2т п\А-п2 (п\ + га2) «о
18
^^2- = Л2х1-Л1^2 (1.44)
или
Левая часть уравнения (1.44) представляет выражение гиббсовской адсорбции, и поэтому
г2 = ^-^- = л2х, -л,*2 (1.45)
Изотермы, соответствующие уравнению (1.45), называют изотермами состава. Для анализа уравнения (1.45) его удобно записать в виде
Г2 = Х\х2 (А2/х2 — А1/Х1) (1.46)
Если А2/х2 > А\/х\, то Гг > 0, т. е. гиббсовская, или избыточная, адсорбция компонента 2 положительна и, наоборот, при А2/х2 < А\/х\ Гг < 0, т. е. гиббсовская адсорбция компонента 2 отрицательна. Так как перед скобкой в уравнении (1.46) стоит произведение Х\х2, то кривая для гиббсовской адсорбции будет иметь максимум (Г2 > 0) или минимум (Г2 < 0).
Если А\/х\~ А2/х2, то возможно, что гиббсовская адсорбция одного из компонентов при малых концентрациях имеет один знак, а с ростом концентрации может изменить знак на обратный. В точке пересечения изотермы с осью состава будет соблюдаться условие
А\1х\ — А2/х2 или Г] = Г2 = 0
которое отвечает адсорбционной азеотропии, т. е. отсутствию разделения веществ.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Для проведения работы необходимы:
Прибор для определения концентрации растворов по показателю преломления (интерферометр или рефрактометр).
Мерные колбы емкостью 50 мл.
Конические колбы с притертыми пробками емкостью 100 мл. Бюретки емкостью 50 мл, пипетки емкостью 25 мл. Адсорбент, например, активный уголь.
Взаимно смешивающиеся жидкости, например, толуол — этанол.
В мерных колбах готовят !0 растворов двух жидкостей, изменяя соотношение компонентов от чистой жидкости 1 до чистой жидкости 2. Из приготовленных растворов отбирают пипеткой по 25 мл, переносят в конические колбы и прибавляют в каждую колбу определенную навеску сорбента, например, 3 г активного угля на 25 мл раствора. Колбы закрывают притертыми пробками и оставляют на 1 ч, периодически взбалтывая содержимое для установления адсорбционного равновесия. В исходных растворах и в растворах после адсорбции определяют показатели преломления пйа и п^.
Порядок расчета величины гиббсовской адсорбции компонента 2 следующий. Рассчитывают число молей каждого компонента п0\ и п02 в исходной смеси, общее число молей обоих компонентов и мольные доли каждого компонента в исходной смеси до адсорбции х01) *02:
- -У'Р' «02 = ^ «о=«о1 + «о2 (1.47)
«01 «02 /, .0.
Х01 =-г- Х02=-;- (1-48)
«01 + «02 «01 + «02
где VI, — объемные количества компонентов 1 или 2 в растворе; р2 — плотности
исходных жидкостей; Ми М2 — молекулярные массы компонентов 1 и 2.
2*
19
Таблица I. 2. Данные для расчета гиббсовской адсорбции
Номер колбы мл vr мл d d «! "01 П02 % X0l Х02 Х2 Д*2 = ~Х02~~Х2 Г2 = m моль/г
1 2 10
По полученным данным строят калибровочный график показателя преломления п% бинарного раствора от его состава (мольной доли компонента 2).
Из калибровочного графика определяют состав раствора после адсорбции, т. е. мольные доли х\ и х2 компонентов {Х\ 4-Х2— 1).
Рассчитывают разность между мольными долями каждого компонента до адсорбции и после адсорбции:
Лх| = х01 — х\
Лх2 = х02 — хг (1.49)
Знак при значении Ах указывает на отрицательную или положительную величину гиббсовской адсорбции.
По формуле (1.45) рассчитывают гиббсовскую адсорбцию и строят изотермы состава раствора при адсорбции в координатах Г2 = /(лз) или Г1! = /(лгО. Анализируют полученные данные. Экспериментальные и расчетные данные записывают в таблицу (см. табл. 1.2).
Работа 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СМАЧИВАНИЕ И АДПЕЗИЮ
Цель работы: оценка работы смачивания и работы адгезии; изучение влияния адсорбции ПАВ на смачивание твердых поверхностей методом измерения краевых углов.
Количественно адгезия оценивается работой адгезии W&, которая соответствует работе, затрачиваемой на разрыв межфазного соединения и приходящейся на единицу площади поверхности. Ее можно рассчитать по уравнению (I. 12) или (I. 14).
Смачивание количественно характеризуют краевым углом 0 или -cos 9. Краевой угол 9 определяется как угол между касательной, проведенной к поверхности смачивающей жидкости, и смачиваемой поверхностью твердого тела, при этом он всегда отсчитывается от касательной в сторону жидкой фазы. Касательную проводят через точку соприкосновения трех фаз.
Различают равновесные и неравновесные (динамические и статические) краевые углы. Равновесные краевые углы 9Р определяются только значениями поверхностных натяжений на границах раздела всех трех
20
фаз. Равновесию отвечает минимум поверхностной энергии Гиббса системы, поэтому для каждой системы при данных внешних условиях 9Р имеет только одно значение. Неравновесных краевых углов может быть множество, так как они измеряются в условиях отклонения системы от состояния термодинамического равновесия.
