ADSORPCJA
Adsorpcja polega na powstawaniu różnych stężeń między przeciętnym składem ośrodka gazowego lub ciekłego a składem warstw przylegających do powierzchni rozdziału faz.
Rozróżniamy adsorpcję dodatnią, gdzie stężenie danej substancji w warstwie powierzchniowej jest większe od stężenia w warstwie zewnętrznej oraz adsorpcję ujemną w przypadku odwrotnym.
Adsorbentem nazywamy substancję, na której powierzchni zachodzi adsorpcja.
Adsorbatem nazywamy substancję, która ulega adsorpcji.
Wielkość adsorpcji zależy od:
natury adsorbentu
natury adsorbatu
wielkości powierzchni adsorbentu
wielkości porów adsorbentu
temperatury krytycznej adsorbatu oraz jego temperatury wrzenia.
temperatury w której zachodzi adsorpcja
Izotermą adsorpcji nazywamy zmiany adsorpcji od ciśnienia adsorbatu przy określonej temperaturze. Do opisu tej izotermy stosowane są różne równania adsorpcyjne, spośród nich najważniejsze to :
Równanie Langmuira:
oraz w formie liniowej:
gdzie:
V-ilość adsorbowanego gazu pozostająca w równowadze z gazem o ciśnieniu p
Vm i B - stałe.
Vm - ilość adsorbatu potrzebna do pokrycia adsorbentu warstwą jednomolekularną.
Równanie Langumira jest wyprowadzone dla adsorpcji monomolekularnej.
Równanie Freundlicha:
V= kpn.
oraz w formie liniowej:
lgV=lgk + nlgp
gdzie:
V - ilość zaadsorbowanej substancji
p - ciśnienie równowagowe
n, k - stałe
Powyższe równania opisują na ogół dobrze izotermy otrzymane doświadczalnie tylko w niskim zakresie ciśnień. Jeżeli rozpatrujemy adsorbenty porowate to w wyższym zakresie ciśnień może nastąpić skroplenie się pary. Żjawisko to nazywamy kondensacją kapilarną.
Gdy rozpatrujemy adsorpcję par to należy posługiwać się pojęciem ciśnienia względnego tj. 
. Jest to stosunek ciśnienia do prężności pary nasyconej w danej temperaturze.
W pewnych przypadkach może nastąpić desorpcja tzn. proces odrywania się cząsteczek zaadsorbowanych z powierzchni adsorbentu. Zjawisko to zachodzi gdy nad układem znajdującym się w równowadze zmniejszymy ciśnienie adsorbentu.
Ćwiczenie 1.
Wyznaczanie izotermy adsorpcji m-krezolu z roztworów wodnych na węglu aktywnym.
Najpierw należało, korzystając z odpowiedniej tabeli narysować wykres zależności napięcia powierzchniowego roztworów m-krezolu od stężenia (wykres 1).
Następnie należało przygotować cztery odważki węgla aktywnego:
I - 0,7g
II - 1,2g
III - 2g
IV - 4g
Następnie zalano każdą 20cm3 m-krezolu i wstrząsano przez pół godziny. Potem odsączono węgiel i zmierzono napięcie powierzchniowe przesączków mierząc maksymalne ciśnienie potrzebne do przerwania błonki powierzchniowej przesączu przez pęcherzyk powietrza.
Napięcie powierzchniowe wyznaczono według wzoru:
* δ H2O
=28,9
δ H2O = 72,5 
Korzystając z wykresu δ / 
należało wyznaczyć stężenie m-krezolu pozostałego w roztworze po adsorpcji dla poszczególnych odważek węgla.
Wyznaczono napięcie powierzchniowe wyjściowego roztworu m-krezolu i stężenie względne tego roztworu 
. Ilość zaadsorbowanego m-krezolu (w mmol/g) wyliczono ze wzoru:
[ mmol/g ]
gdzie:
a-ilość milimoli m-krezolu zaadsorbowanego przez 1 g węgla aktywnego
V-objętość roztworu m-krezolu brana do doświadczenia
m-odważka węgla aktywnego, w gramach
Cw - stężenie wyjściowego roztworu m-krezolu w mmol/l
Co - stężenie nasyconego w temperaturze 20°C roztworu m-krezolu w mmol/l
C - stężenie roztworu po adsorpcji w mmol/l
Co=218 mmol/l
Otrzymane wyniki zestawiono w tabeli. Z wykresu odczytano stężenia wzgędne roztworu wyjściowego i roztworu po adsorpcji. Następnie sporządzono wykres izotermy adsorpcji m-krezolu (wykres 2).
Nr próbki |
odważka węgla aktywnego w g |
odczyt na manometrze |
napięcie p - powierzchniowe δ dyn/cm |
stężenie m-krezolu po adsorpcji c/c0 |
ilość zaadsorbowanego m-krezolu a mmol/g |
1 |
0,7 |
16,5 |
41,107 |
0,7 |
1,869 |
2 |
1,2 |
17,9 |
44,595 |
0,53 |
1,708 |
3 |
2 |
19 |
47,336 |
0,435 |
1,232 |
4 |
4 |
25,2 |
62,782 |
0,115 |
0,965 |
M-krezol powoduje zmniejszenie napięcia powierzchniowego roztworu. Węgiel aktywny dodawany do roztworu adsorbuje m-krezol i zmniejsza jego stężenie co powoduje wzrost napięcia powierzchniowego.
4
Wyszukiwarka