4130649346

BADANIE RÓWNOWAGI ADSORPCYJNEJ W ROZTWORZE BARWNIKA

I. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wykonanie pomiarów adsorpcji barwnika na węglu aktywnym, przedstawienie danych doświadczalnych w postaci odpowiedniej izotermy - oraz wyznaczenie równania tej izotermy.

II. WSTĘP TEORETYCZNY

Cząsteczki na powierzchni ciała stałego lub cieczy mają inne otoczenie, a w związku z tym inny potencjał chemiczny, niż cząsteczki w masie (fazie objętościowej) tych substancji. Na powierzchniach ciał stałych i cieczy występuje więc pewne pole niewysyconych, międzymolekulamych sił przyciągających. Jednym z efektów działania tego pola jest zagęszczenie cząsteczek gazowych lub cząsteczek ośrodka ciekłego na powierzchni stykającego się z nimi ciała stałego względnie cieczy. Zjawisko to nazywa się adsorpcją.

0    cząsteczkach znajdujących się na powierzchni mówi się, że zostały zaadsorbowane. Substancję adsorbującą (np. węgiel aktywny) nazywa się adsorbentem, a substancję ulegająca adsorpcji (np. błękit metylenowy) adsorbatem.

Jeżeli cząsteczki jednego ośrodka przenikają w głąb drugiego ośrodka, to zjawisko takie nazywa się absorpcją (np. absorpcja NH3 w wodzie, wodoru w palladzie).

Różnica miedzy adsorpcją a absorpcją nie zawsze jest ściśle określona. Wówczas można posługiwać się ogólniejszym pojęciem sorpcji, obejmującym oba zjawiska.

W zależności od rodzaju sił wiążących cząsteczki gazowe z ciałem stałym procesy adsorpcji gazów na stałych adsorbentach można podzielić na dwie kategorie: adsorpcję fizyczną i adsorpcję chemiczną (chemisorpcję).

Adsorpcja fizyczna jest procesem odwracalnym, a więc adsorbat można usunąć przez obniżenie ciśnienia gazu, lub przez rozcieńczenie roztworu pozostającego w równowadze z adsorbatem. Gaz chemisorbowany może być trudny do usunięcia przez obniżenie ciśnienia

1    jeżeli ulegnie desorpcji to może zmienić postać chemiczną.

Zależność między ilością substancji zaadsorbowanej przez daną masę adsorbenta a ciśnieniem gazu lub stężeniem roztworu (w stałej temperaturze) nazywa się izotermą adsorpcji. Badanie procesu adsorpcji polega najczęściej na wyznaczaniu izoterm adsorpcji.

Podczas adsorpcji substancji rozpuszczonej z roztworu na powierzchni adsorbenta powstaje najczęściej warstwa jednocząsteczkpwa. Dalszej adsorpcji przeciwdziała solwatujący wpływ rozpuszczalnika. Pod tym względem adsorpcja z roztworu przypomina chemisorpcję, jakkolwiek pod innymi względami (jak np. wartość ciepła adsorpcji), wykazuje większe podobieństwo do adsorpcji fizycznej.

Zjawisko adsorpcji z roztworów można przedstawić za pomocą izotermy Langmuira lub izotermy Freundlicha.

Langmuir wyprowadził teoretycznie równanie adsorpcji przyjmując następujące założenia powierzchnia ciała stałego jest jednorodna, adsorbowana substancja tworzy na tej powierzchni jednocząsteczkową warstwę,

-    nie występują wzajemne oddziaływania pomiędzy cząsteczkami zaadsorbowanymi,

-    między adsorbantem a cząsteczkami substancji adsorbowanej ustala się równowaga dynamiczna.

Izoterma Freundlicha jest natomiast prostą zależnością empiryczną.