Реферат: Адсорбция и адсорбционные равновесия - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Адсорбция и адсорбционные равновесия

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 37 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Адсорбция Понятие адсорбции. Автоадсорбция. Адсорбент и адсорбат. Абсолютная и Гиб бсовская адсорбция. Единицы измерения адсорбции. Зависимость величины адсорбции от концентрации, давления и температуры. Изотерма, изобара, из опикна, изостера адсорбции Адсорбция - процесс самопроизвольного перераспределе ния компонентов системы между поверхностным слоем и объемом фазы. Адсорбция может наблюдаться в многокомпонентных систе мах и при перераспределении в поверхностный слой уходит тот компонент, к оторый сильнее понижает поверхностное натяжение. В однокомпонентной с истеме при формировании поверхностного слоя происходит изменение его структуры - уплотнение, которое называется автоадсорб цией . В общем случае адсорбция может происходить не только благодаря стремлению поверхностной энергии к уменьшению, но и за счет хи мической реакции компонентов с поверхностью вещества. В этом случае пов ерхностная энергия может даже увеличиваться на фоне снижения энергии в сей системы. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбци я, называется адсорбентом , а вещество, которое перераспределяется – адсорбатом . Обратный процесс перехода вещества с поверхности в объ ем фазы - десорбция. В зависимости от агрегатного состояния фаз различаю т адсорбцию газа на твердых адсорбентах, твердое тело – жидкость, жидко сть - жидкость, жидкость - газ. Для количественного описания адсорбции при меняют две величины: первая измеряется числом молей или граммами, приход ящимися на единицу поверхности или массы адсорбента: А = m 1 /m 2 - абсолютная адсорбция, А = n i /S . Величина, определяемая избытком вещества в поверхност ном слое, также отнесенным к единице площади поверхности или массы адсор бента, называется Гиббсовской или относительной адсорбцией (Г). Т 1 Т 2 Т 3 А с Р и с. 2.2.1.1. Серия изотерм, получ енных при различных температурах Адсорбция зависит от концентрации компонентов и температуры. А = f(c,T) - ж идкость; А = f(P,T) - газ Различают следующие виды зависимостей: 1. Изо терма (рис. 8) 2. Изобара 3. Изостера А=f T (c) А=f P (T) c=f A (T) A=f T (P) A=f C (T) P=f A (T) Фундаментальное уравнение Гиббса. Определение Ги ббсовской адсорбции. Адсорбционное уравнение Гиббса Считаем V поверхности раздела = 0. dU = TdS + s dS + Проинтегрировав, получим: U = TS + s S + Полный дифференциал от этого уравнения: dU = TdS + SdT + s dS + + Sd s + . Подставляя значение dU из (6) в (7) и сократив одинаковые члены правой и левой части, получим: SdT + Sd s + = 0 . Предположим, что T = const: Разделив правую и левую часть на поверхность S , получим фундаментальное адс орбционное уравнение Гиббса : ; ; . Определение зависимости поверхностного натяжения о т адсорбции одного компонента, при постоянстве химических потенциалов других компонентов. . Известно, что , , (где , - р авновесный и стандартный химический потенциал компонента i ; ln a i - логарифм активности i – го ком понента). Тогда уравнение Гиббса будет выглядеть так А ктивность связана с концентрацией : с = gЧ а . Предположим , что g = 1 (при с ® 0). Тогда - для ж идкости и газа s = f ( c ) С Г s Г= f ( c ) a Р и с. 2.2.2.1. Схема графического расчета изотермы адсорбции a 0 Обычно уравнение Гиббса применяют для растворов. Раств орителем может быть не только индивидуальное вещество, но и смесь. В разб авленных растворах гиббсовская адсорбция очень мала, а его химический п отенциал меняется очень мало с изменением концентрации растворенного вещества, т.е. d m = 0. Поэтому для разбавленного раствора фундаментальное уравн ение Гиббса выглядит так: И з этих уравнений следует , что зная з ависимость = f(С ) (где С - концентрация растворенно го вещества ), можно рассчитать изотерму а дсорбции , пользуясь адсорбционным уравнением Гиббса . Схема графического расчета показана на рис . 2.2.2.1: Т ангенс угла наклона соответствует значениям производных в этих точках. Зная эти производные уравнения Гиббса, можно рассчитать значение Г , что позволяет построить зависимость Г = f(С) . Уравнение Гиббса показывает, что единица измерения гиббсовской а дсорбции не зависит от единицы измерений концентраци и, а зависит от размерности величины R . Так как величина R отнесена к молю ве щества, а s - к единице площади, то Г = [м оль/ единица площади]. Если s выразить в [Дж/м 2 ], то R нужно подставлять: R = 8,314 Дж/моль Ч К. Поверхностная активность. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Анализ уравнения Гиббса. ПАВ. Эффект Ребиндера. Правило Дюкло-Траубе В уравнении Гиббса влияние природы вещества на адсорбц ию отражается производной . Эт а производная определяет и знак гиббсовской адсорбции, и может служить х арактеристикой вещества при адсорбции. Чтобы исключить влияние концен трации на производную берут ее предельные значения, т.е. при стремлении к онцентрации к нулю. Эту величину Ребиндер назвал повер хностной активностью . ; g = [Дж Ч м/ моль] = [Н Ч м 2 /моль]; [эрг см/моль] = [Гиббс]. Уравнение показывает, что чем сильнее снижается = f(c) с увеличением концентрации, тем больше поверхностная активн ость этого вещества. Физический смысл поверхностной активности состоит в том, что она представляет силу, удержи вающую вещество на поверхности и отнесенную к единице гиббсовской адсо рбции . Поверхностную активность можно представить как отрица тельный тангенс угла наклона к касательной, проведенной к кривой Г = f(C) в точке пересечения с осью ординат. Повер хностная активность может быть положительной и отрицательной. Значени е и знак ее зависят от природы растворенного вещества и растворителя. 1. 2 < 1 , тогда <0 и Г>0 : g>0 Ю с увеличением концентрации поверхностное натяжение на границе раздела фаз убывает и вещество поверхностно-активно . 1. 2 < 1 , то g<0 : Г <0 Ю веществ о поверхностно-инактивно . 2. g = 0, Г = 0 - адсорбции нет, т.е. вещество индифферентно . Поверхностно-ак тивными веществами являются органические вещества, со стоящие из углеводородного радикала и функциональной группы. Неоргани ческие соли являются поверхностно-инактивными веществами. Ребиндер и Щукин в своих работах показали, что раз витие микротрещин в твердых телах при деформации может происходить гор аздо легче при адсорбции веществ из среды, в которой ведется деформирова ние: адсорбироваться могут как ионы электролитов, так и молекулы поверхн остно-активного вещества (ПАВ), образуя на адсорбирующей поверхности их двумерный газ в результате нелокализованной адсорбции. Молекулы под да влением этого газа проникают в устье трещин и стремятся раздвинуть их, т аким образом содействуя внешним силам, т.е. наблюдается адсорбционное понижение твердости твердого тела , что п олучило название эффекта Ребиндера . Поверхностная активность в гомологическом ряду повер хностно-активных веществ (ПАВ) повышается в среднем в 3,2 раза на каждую гру ппу СН 2 (в водных растворах) – правило Дюкло – Траубе . Адсорбционные равновесия Адсорбционное равновесие в системе «газ – жидкость». Закон Генри. Моном олекулярная адсорбция в системах «газ – жидкость», «жидкость – жидкос ть», «газ – твердое». Изотерма адсорбции Ленгмюра. Уравнение Фрейндлиха . Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ. Уравнение БЭТ Предположим, что имеются компоненты-неэлектролиты. Б удем считать, что адсорбат образует на поверхности адсорбента мономоле кулярный слой. Мономолекулярная адсорбция с точки зрения термодинамик и процесса выражается химическим потенциалом в адсорбционном слое и об ъемной фазе: ; ; , где - химический потенциал вещества в адсорбционном слое; - химический потенциал вещества в объемной фазе. При равновесии потенциалы равны: . Преобразуем: ; – адсорбция; а i = c . , , где D - коэффициент распределения. Выражение - константа Генри. Она не зависит от концентрации, определяется п ри постоянной температуре, A/a=K г , А=а Ч К г – закон Генри, т.е. при разба влении системы коэффициент распределения стремится к постоянному знач ению, равному константе Генри. Если концентрация в сорбционном слое стре мится к нулю, то а » с ; а = gЧ с ; g а 1 . Поэтому на практике закон Генри испол ьзуют в следующем виде: а=К г с i . Если одна из фаз – газ, то им еем следующий вид: a = К г Р i , К г = К г / RT . 1 А D c ( P ) 1 2 2 Р и с. 2.3.1.1. Изотерм а адсорбции Генри (отрицательные и положительные отклонения от закона Г енри) А D Эти уравнения представляют собой уравнения изотермы а дсорбции при малых концентрациях. В соответствии с этими уравнениями мо жно по другому сформулировать закон Генри: величина ад сорбции при малых давлениях газа (малых концентрациях вещества в раство ре) прямо пропорциональна давлению (концентрации). Эти зависимости показаны на рисунке 2.3.1.1. При адсорбции на тве рдых телах область действия закона мала из-за неоднородности поверхнос ти, но даже на однородной поверхности при увеличении концентрации обнар уживается отклонение от закона. При малых концентрациях распределенно го вещества отклонения обусловлены в основном соотношением между взаи модействием молекул друг с другом и с поверхностью адсорбента. Если коге зионные взаимодействия адсорбата больше, то отклонение от закона отриц ательно и g <1 , и коэффиц иент распределения увеличивается (кривая 1 на рис. 2.3.1.1). Если сильнее взаимо действие «адсорбат – адсорбент», то отклонение положительно и D уменьшается (кривая 2 на рис. 2.3.1.1). При дальнейш ем увеличении концентрации происходит уменьшение свободной поверхнос ти, снижается реакционная способность и кривые загибаются к оси абсцисс . Константу Генри получают экстраполяцией коэффициента распределения на нулевую концентрацию. В соответствии с правилом фаз Гиббса в гетероге нных системах равновесные параметры зависят от дисперсности или удель ной поверхности. Для адсорбционных систем эта зависимость выражается в уменьшенных концентрациях вещества в объемной фазе с увеличением удел ьной поверхности адсорбента. Если в такой системе содержание распредел яемого вещества постоянно, то АmS уд + сV = const, где m - масса адсорбента; S уд - удельная поверхность адсорбента; V - объем фазы, из которой извлекается ве щество; const – постоянное количество вещества в системе. , или : разделим вт орой член на с ; D - коэффициент распределения; ; . Из соотношения следует, что с увеличением удельной по верхности при постоянной концентрации адсорбата концентрация уменьша ется и тем сильнее, чем больше константа Генри и меньше объем фазы. Теория Ленгмюра позволяет учесть наи более сильные отклонения от закона Генри, что связано с ограничением адс орбционного объема или поверхности адсорбента. Ограниченность этого п араметра приводит к адсорбционному насыщению поверхности адсорбента п о мере увеличения концентрации распределяемого вещества. Это положени е уточняется следующими утверждениями. 3. Адсорбция локализо вана на отдельных адсорбционных центрах, каждый из которых взаимодейст вует только с одной молекулой адсорбента - образуется мономолекулярный слой. 4. Адсорбционные центры энер гетически эквивалентны - поверхность адсорбента эквипотенциальна. 5. Адсорбированные молекулы не взаимодействуют друг с другом. Ленгмюр предположил, что пр и адсорбции происходит квазихимическая реакция между распределяемым к омпонентом и адсорбционными центрами поверхности: , где А - адсорбционые це нтры поверхности; В - распределенное вещество; АВ - образующийся комплекс на поверхно сти. Константа равновесия процесса: , где с ав = А - величина адсорбции ; с а = А 0 = А Ґ - А , где А Ґ - емкость адсорбционного монослоя или число адсорбционных цент ров, приходящихся на единицу поверхности или единицу массы адсорбента; А 0 - число оставшихся с вободных адсорбционных центров, приходящихся на единицу площади или ед иницу массы адсорбента; с в – концентрация распределенного вещества. Подставляя величину концентрации в уравнение конста нты, получим выражения , с в = с , А = А Ґ Кс – АКс , - для жидкостей; - для газ ов. Эти выражения – уравнения изотермы адсорбции Ленгмюр а. К и К р в уравнении характеризуют энергию взаимодействия адсорбента с адсорбатом. Адсорбционное уравнен ие часто представляют относительно степени заполнения поверхности, т.е. как отношение А/А Ґ : , . Экспериментальные результаты по определению изотер мы адсорбции обычно обрабатывают с помощью уравнения, записанного в лин ейной форме; , т.е. уравнение типа y = b + ax . Такая линейная зависимость позволяет графически опред елить А Ґ и К . Зная А Ґ , можно определить удельную поверхность адсорбента (поверхность единицы массы адсорбента): , где А Ґ - предельная адсорбция, выражаемая числом молей адсорбата на еди ницу массы адсорбента; N A – число Авогадро; w 0 – площадь, занимаем ая одной молекулой адсорбата. 1. Если с а 0, тогда уравнение примет вид: А=А Ґ Кс ; ; А = К г с , q =Кс , т.е. при с а 0 уравнение Ле нгмюра переходит в уравнение Генри. 2. Если с а Ґ , тогда А = А Ґ , А/А Ґ = 1. Это случай предельной адсорбции. 3. Пусть адсорбция идет из с меси компонентов, в этом случае уравнение Ленгмюра записывается следую щим образом: . Все рассмотренные выше уравнения справедливы для моно молекулярной адсорбции на адсорбенте с энергетически эквивалентными а дсорбционными центрами. Однако реальные поверхности этим свойством не обладают. Приближенной к реальности является возможность распределени я адсорбционных центров по энергии. Приняв линейное распределение, Темкин использовал формулу уравнения Лен гмюра и получил уравнение для средних степеней заполнения адсорбента. , где a - константа, харак теризующая линейное распределение; К 0 - константа уравнен ия Ленгмюра, отвечающая максимальной теплоте адсорбции. Из уравнения следует, что увеличение парциального давл ения (из-за увеличения концентрации) одного компонента подавляет адсорб цию другого и тем сильнее, чем больше его адсорбционная константа равнов есия. Уравнение часто называют логарифмической изотермой адсорбции. Ес ли принять экспоненциальное распределение центров по поверхности, то в области средних заполнений получается ранее найденное эмпирическим пу тем уравнение Фрейндлиха : . Прологарифмировав, получим , где K, n – постоянные. Использование уравнения Фрейндлиха в логарифмическ ой форме позволяет определить константу уравнения. Уравнение Ленгмюра можно использовать только при адсорбции в мономоле кулярном слое. Это условие выполняется при хемосорбции, физической адсо рбции газов при меньшем давлении и температуре выше критической. Однако в большинстве случаев мономолекулярный адсорбционный слой не компенси рует полностью избыточную поверхностную энергию и поэтому остается во зможность влияния поверхностных сил на второй и т.д. адсорбционные слои. Это реализуется в том случае, когда газы и пары адсорбируются при темпер атуре ниже критической, т.е. образуются полимолекулярные слои на поверхн ости адсорбента, что можно представить как вынужденную конденсацию (рис . 2.3.1.2 и 2.3.1.3). А Р/Р s Р и с. 2.3.1.2. Изотерма полимолеку лярной ад-сорбции Р и с. 2.3.1.3. Схема полимолекуляр ной адсорбции по теории БЭТ В результате этих представлений была выведена следующая формула: - уравнение полимолекулярной адсорбци и БЭТ , где ; K L = a ж /а п – константа конденсации пара; а ж - активность вещества в жидкости; а п - активность вещес тва в состоянии насыщенного пара; а п = Р s . Физический смысл С: характеризует разность энергии Гиббса в процессах чистой ад сорбции и конденсации. Это уравнение получило название БЭТ ( Бранауэр-Эммет- Теллер ). При р/р s <<1 , уравнение БЭТ превращае тся в уравнение Легмюра, которое при дальнейшем уменьшении давления (Р а 0) переходит в закон Генри: . При обработке экспериментальных данных уравнение БЭ Т используют в линейной форме (рис. 2.3.1.4): a Р и с. 2.3.1.4. Линейная форма изо термы адсорбции БЭТ ; , таким образом графически находят обе константы уравне ния А Ґ и С.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Вот бы с людьми так, как с попугаями. Накрыл человека полотенчиком, он и заткнулся.
- Можно! Только полотенчиком нужно накрывать поплотнее.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Адсорбция и адсорбционные равновесия", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru