Izotermy adsorpcji.

Adsorpcja - gromadzenie się substancji w obszarze na granicy faz w ilościach większych niż we wnętrzu faz. Rozróżniamy adsorpcję fizyczną gazów i par oraz adsorpcję chemiczną (chemisorpcję). Adsorpcja fizyczna jest na ogół procesem odwracalnym, przebiegającym stosunkowo szybko. Chemisorpcja natomiast ma często przebieg tak powolny, że w pewnym zakresie temperatur praktycznie w ogóle nie dochodzi do ustalenia się równowagi. Równowagę można osiągnąć dopiero po odpowiednim podwyższeniu temperatury. Znaczny na ogół wzrost szybkości chemisorpcji z temperaturą wskazuje, że proces ten wymaga dość dużej energii aktywacji.

Wyniki badań adsorpcji przedstawiane są najczęściej za pomocą tzw. izoterm adsorpcyjnych, krzywych podających dla danej temperatury zależność masy Δm lub objętości v gazu zaadsorbowanego od jego ciśnienia p. Brunauer wykazał, że spotykane izotermy par i gazów można podzielić na pięć typów.

Δm Δm Δm

I II III

p p p

Δm IV Δm V I - w przypadku adsorpcji

chemicznej (rzadko

fizycznej)

II, III, IV, V - w przypadku

adsorpcji fizycznej

p p

Adsorpcja chem. wymaga zazwyczaj stosunkowo znacznej energii aktywacji, jest zawsze jednocząsteczkowa oraz ciepło adsorpcji chemicznej zawsze maleje w miarę wzrostu pokrycia powierzchni (może to być wynikiem niejednorodności powierzchni lub wzajemnych oddziaływań zaadsorbowanych cząsteczek).

Adsorpcja fizyczna opiera się na trzech teoriach zakładających:

• adsorpcję cząsteczek adsorbatu w określonych centrach adsorpcyjnych na powierzchni ciała stałego z pominięciem wzajemnych oddziaływań pomiędzy cząsteczkami zaadsorbowanymi;

• swobodne poruszanie się cząsteczek zaadsorbowanych na powierzchni adsorbentu, przy czym decydującą rolę odgrywają siły działające pomiędzy nimi;

• kondensację kapilarną adsorbatu w porach adsorbentu następującą po pokryciu ich powierzchni warstwą jednocząsteczkową.

Część doświadczalna :

1. Aparatura :

• waga analityczna,

• kolbki stożkowe,

• biureta,

• termometr,

• pipety,

• lejki analityczne,

• statywy na lejki,

• sączki jakościowe.

Odczynniki :

• węgiel aktywny,

• kwas octowy,

• mianowany roztwór NaOH,

• fenoloftaleina.

2. Celem ćwiczenia było określenie ilości zaadsorbowanego kwasu octowego w stałej temperaturze, z rozcieńczonych roztworów o różnym stężeniu, na węglu aktywnym.

Dyskusja wyników i wnioski :

Adsorpcja kwasu octowego na powierzchni węgla aktywnego z roztworu jest opisana równaniem izotermy Freundlicha :
. Na podstawie wyników pomiarów i obliczeń komputera sporządzono izotermę kwasu octowego na węglu aktywnym oraz wykres zależności log m = f(log c). Izoterma naszego kwasu należy do izoterm typu I, spotykanych w przypadku adsorpcji chemicznej. Z wykresu wynika, że na początku wraz ze wzrostem stężenia ilość substancji adsorbowanej na 1 g szybko wzrasta, natomiast później wraz ze wzrostem stężenia ilość adsorbowanej substancji jest coraz mniejsza, co jest wynikiem wysycenia powierzchni adsorbentu.

Wartości stałych empirycznych równania Freundlicha n = 0,6419 i k = 0,2406 odbiegają od literaturowych dla kwasu octowego. W przypadku stałej n ( n_lit = 0,42) różnica ta jest dość znaczna, zaś dla stałej k (k_lit = 0,26) różnica jest niewielka.

Punkty na wykresie log m = f(log c) aproksymowano do linii prostej. Ich odstępstwa świadczą o nieprecyzyjnym wykonaniu ćwiczenia, które wynikają z :

• błędu pomiaru wagi technicznej,

• niedokładności odmierzania objętości reagentów,

• straty części roztworu, wynikającej z użycia do doświadczenia dużej ilości szkła laboratoryjnego,

• błędu miareczkowania - punkt końcowy wyznaczany był wizualnie na podstawie zmiany barwy roztworu,

• błędu paralaksy biurety.

---