Физико-химия поверхностных явлений презентация

Содержание

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ  - явления, связанные с существованием межфазных границ. В области контакта двух фаз происходит образование поверхностного слоя, сопровождающееся адсорбцией - явления, связанные с существованием межфазных границ. В области контакта двух фаз происходит

Слайд 1Физико-химия поверхностных явлений

Слайд 2ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 - явления, связанные с существованием межфазных границ. В области контакта

двух фаз происходит образование поверхностного слоя, сопровождающееся адсорбцией - явления, связанные с существованием межфазных границ. В области контакта двух фаз происходит образование поверхностного слоя, сопровождающееся адсорбцией, возникновением поверхностной энергии, поверхностного натяжения, поверхностного электрического потенциала.
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ИЗУЧАЮТСЯ КОЛЛОИДНОЙ ХИМИЕЙ

Слайд 3ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 Толщина поверхностного слоя определяется радиусом действия поверхностных сил  . 

Слайд 4ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
 Поверхностные слои неоднородны в масштабе молекулярных размеров, отличаются от объёмных

фаз физическими свойствами, молекулярным строением и химическим составом.

Слайд 5ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
В поверхностных слоях наблюдаются специфические химические эффекты, вплоть до изменения

валентности.

Слайд 6ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Особыми свойствами обладают и родственные поверхностным слоям малые объекты -

ТОНКИЕ ПЛЁНКИ И НИТИ, УЗКИЕ ЩЕЛИ И ПОРЫ, КАПЛИ, КРИСТАЛЛЫ И ПОЛОСТИ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ.

Слайд 7Поверхностные явления
Внутри жидкости силы уравновешиваются
Со стороны газа равнодействующая,

направлена внутрь жидкости и поверхность раздела жидкости стремится к уменьшению


Слайд 8Поверхностные явления
Увеличение площади поверхности раздела фаз связано с переходом молекул

из глубины фазы на поверхность, для чего необходимо совершить работу dW, которая пропорциональна площади образующейся поверхности dS:
-dW=σ·dS
σ- коэффициент пропорциональнолсти, называемый поверхнолстным натяжением.
Физический смысл σ заключается в том, что он численно равен работе образования единицы поверхности.

Слайд 9Поверхностное натяжение σ — это работа, необходимая для создания 1 м2

поверхности [σ]= Дж/м2

Поверхностное натяжение — это избыточная энергия, отнесённая к единице площади поверхности раздела фаз σ= Е/ S



ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНГЕРГИЯ ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

Слайд 10Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение зависит от:
природы жидкости
σ(Н2О)=72,8 Дж/м2; σ(сыворотки крови)=45,4 Дж/м2).


температуры.
давления.
концентрации растворенного вещества.

Слайд 11Методы определения поверхностного натяжения
Методы определения поверхностного натяжения делятся на статические и

динамические. В статических методах поверхностное натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии.
Статические методы:
Метод поднятия в капилляре
Метод Вильгельми
Метод лежачей капли
Метод определения по форме висячей капли.
Метод вращающейся капли

Слайд 12Капиллярный метод
Метод измерения капиллярного поднятия основан на определении разности уровней жидкостиМетод измерения

капиллярного поднятия основан на определении разности уровней жидкости в капилляре радиуса r и в широком сосуде. Расчет проводится по формуле Жюрена
h — высота поднятия столба жидкости
θ— угол смачивания жидкостью стенки капилляра
g — ускорение свободного падения
ρ— плотность жидкости
ρ0— плотность газовой фазы
r0 — радиус капилляра

Слайд 13Методы определения поверхностного натяжения
Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. Динамические

методы могут быть применены для определения равновесного поверхностного натяжения и динамического поверхностного натяжения. Например, для раствора мыла после перемешивания поверхностное натяжение 58 мДж/м², а после отстаивания - 35 мДж/м². То есть поверхностное натяжение меняется.
Динамические методы:
Метод дю Нуи (метод отрыва кольца).
Сталагмометрический, или метод счета капель.
Метод максимального давления пузырька.
Метод осциллирующей струи
Метод стоячих волн
Метод бегущих волн

Слайд 14Метод бегущих волн
При возмущении жидкости пластиной «лежащей» на её поверхности, по

ней начинает распространяться круг волн. Если просветить кювету с жидкостью импульсным источником света с частотой равной частоте возмущения, то на экран спроецируется «стоячая» волновая картина. Измеряя длину волны и геометрически перерассчитывая её можно получить величину поверхностного натяжения.
σ— поверхностное натяжение;
 ρ— плотность жидкости;
λ — длина волны;
 γ— вынуждающая частота;
g — ускорение свободного падения.

Слайд 15Когезия
Взаимодействие (сцепление) молекул, атомов, ионов внутри одной фазы называют КОГЕЗИЕЙ.

Слайд 16Когезия. Работа когезии
Работа когезии определяется затратой энергии па обратимый изотермический разрыв

тела по сечению, равному единице площади. Так как при разрыве образуется поверхность в две единицы площади, то работа когезии равна удвоенному значению поверхностного натяжения на границе с газом. Wк = 2σ

Слайд 17Когезия
Когезия отражает межмолекулярное взаимодействие внутри гомогенной фазы, поэтому ее могут характеризовать

также такие параметры, как энергия кристаллической решетки, внутреннее давление, энергия парообразования, температура кипения, летучесть.
Внутреннее давление жидкостей можно оценить с помощью уравнение Ван-дер-Ваальса. Молекулы в жидкостях находятся значительно ближе друг к другу, чем в газах, и ван-дер-ваальсовы силы межмолекулярного взаимодействия в них являются преобладающими, что и определяет жидкое агре­гатное состояние.

Слайд 18Когезия
В уравнение Ван-дер-Ваальса для реальных газов (р+а/V2)(V-b)=RT


где р— внешнее давление;
V — мольный объем газа;
а — постоянная, характеризующая межмолекулярное взаимодействие,
b — постоянная, отражающая собственный объем моля молекул.
Внутреннее давление, oпределяем соотношением:
рвн=а/ V2

Слайд 19Когезия
Так как мольный объем жидкостей при нормальных условиях в тысячи раз

меньше мольного объема газов, то соотношение а/V2 для жидкостей в миллион раз больше, чем для газов. Это значит, что внутреннее давление рвн к жидкостях очень велико, и поэтому можно пренебречь внешним давлением в уравнении Ван-дер-Ваальса. Тогда уравнение состояния для жидкостей примет вид:
A(V-b)/V2=RT
или рвн =RT/(V— b)

Слайд 20Адгезия
Межфазное взаимодействие, или взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных тел

разной природы, называют адгезией (прилипанием).

Различают адгезию между двумя жидкостями, между жидкостью и твердым телом и между двумя твердыми телами.

Слайд 21Работа адгезии
Адгезия является самопроизвольным процессом. Работа адгезии Wa, характеризующая прочность адгезионной

связи, определяется работой обратимого разрыва адгезионной связи, отнесенной к единице площади. Она измеряется в тех же единицах, что н поверхностное натяжение (Дж/м2). Полная работа адгезии Ws, приходящаяся на всю площадь контакта тел s, равна
Ws=Was

Слайд 22Работа адгезии
Чтобы получить соотношение между работой адгезии и поверхностными натяжениями взаимодействующих

компонентов, представим себе две конденсированные фазы 2 и 3, имеющие поверхности на границе с воздухом 1, равные единице площади. Это могут быть две жидкости или жидкость и твердое тело. Для упрощения вывода будем считать, что они взаимно нерастворимы. При совмещении этих поверхностей происходит адгезия. Так как система останется двухфазной, то возникнет межфазное натяжение, равное σ2,3. В результате первоначальная энергия Гиббса системы уменьшается на величину, равную работе адгезии:
ΔG+Wa=0 или Wa=-ΔG

Слайд 23Работа адгезии
Для начального и конечною состояний системы имеем

Gнач=σ2,3+σ3,.1 и Gкон=σ2,3
где σ2,1, σ 3,1, σ2,3- соответственно поверхностное натяжение второго и третьего тела на границе с газом и межфазное натяжение на границе второго тела с третьим. Изменение энергии Гиббса системы в процессе адгезии равно
ΔG=Gкон-Gнач=σ2,3-σ2,1-σ3,1 Wа =σ 2,1 +σ 3,1 -σ 2,3
Уравнение Дюпре отражает закон сохранения энергии при адгезии. Из него следует, что работа адгезии тем больше, чем больше поверхностные натяжения исходных компонентов и чем меньше конечное межфазное натяжение. В то же время чем больше работа адгезии, т. е. межфазное взаимодействие, тем меньше межфазное натяжение. Межфазное натяжение станет равным нулю, когда исчезнет межфазная поверхность, что происходит при полном растворении фаз.

Слайд 24Смачивание
       
Мерой С. обычно служит краевой угол (или угол С.) в между

смачиваемой поверхностью и поверхностью жидкости на периметре С. При равновесном С. он связан с поверхностным натяжением жидкости sж, поверхностным натяжением тв. тела sт и межфазным натяжением sтж на границе тв. тело — жидкость ур-нием Юнга: cosq=(sт-sтж)/sж.

Смачивание-явление, возникающее при соприкосновении жидкости с поверхностью твердого тела или другой жидкости

Слайд 25СОРБЦИЯ

Слайд 26Медико-биологическое значение темы:
1. Усвоение питательных и лекарственных веществ
2. Перенос О2

и СО2 из лёгких к тканям
3. Действие ферментов
4. Детоксикация организма:
а) Гемосорбция - очистка крови
б) Лимфосорбция - очистка лимфы.
5. Поглощение ядовитых веществ в желудочно-кишечном тракте.
6. Хроматография:
- разделение смесей;
- очистка лекарственных препаратов;
- количественное определение витаминов, гормонов;
- диагностика заболеваний

Слайд 27Примеры
сорбция жидкостей на твердой поверхности;
сорбция газов на твердыми или жидкими поверхностями;
поверхностные

химические реакции:
CaO + CO2 = CaCO3
Процессы, завершающиеся в поверхностном слое можно разделить на адсобцию и поверхностные химические реакции



Слайд 28Сорбция-изменение концентрации одного или нескольких компонентов в гетерогенной системе
Сорбция – процесс

поглощения одного вещества другим
Сорбент – поглотитель
Сорбтив – поглощаемое вещество
Адсорбция – поглощение поверхностью сорбента
Абсорбция – поглощение всем объемом сорбента

Слайд 29Процессы, протекающие в объеме твердого сорбента
Данные процессы можно разделить на:

Абсорбцию;
Хемосорбцию;
Капиллярную конденсацию.

Слайд 30Адсорбция
Адсорбция – самопроизвольное изменение концентрации компонента в поверхностном слое по сравнению

с объемом фазы

Слайд 31Основные понятия
Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называют адсорбентом.
Вещество, молекулы которого

поглощаются адсорбентом, называют адсорбтивом.
Адсорбции препятствует тепловое движение молекул.

Слайд 32Физическая адсорбция
Физическая адсорбция обусловлена молекулярными или ван-дер-ваальсовыми силами.

Слайд 33Химическая адсорбция
Химическая адсорбция или хемосорбция обусловлена химическими силами. При такой адсорбции

адсорбат образует на поверхности адсорбента химические соединения с его молекулами.

Скорость химической адсорбции увеличивается с повышением температуры.

Слайд 34Количественно адсорбция может выражаться через различные величины:
1) Через предложенную Гиббсом величину

Г, равную разности между фактическим количеством адсорбтива в объеме поверхностного слоя, площадью 1м2 и количеством его в таком же объеме фазы.
2) Величиной А, представляющей собой количество адсорбтива в объеме адсорбционного слоя и приходящееся на единицу поверхности адсорбента. Для пористых твердых адсорбентов адсорбцию относят к единице массы адсорбента.

Слайд 35Абсолютная адсорбция
Значение А не совпадает с величиной адсорбции Г т.к. оно

равно общему количеству адсорбтива в поверхностном слое, а Г – избыток адсорбтива в этом слое по сравнению с объемом фазы.
Однако количество адсорбтива в объеме является очень маленькой величиной, то:
А ~ Г

Слайд 36Уравнение Гиббса

>0 Г < 0, т.е. ↑с ↑σ (ПИВ)
С вещества в поверхностном слое < С вещества в объёме фазы

<0 Г > 0, т.е. ↑с ↓σ (ПАВ)
С вещества в поверхностном слое > С вещества в объёме фазы

Г - количество адсорбированного вещества [моль/м2]
а – равновесная активность вещества в объеме раствора [моль/л] R - универсальная газовая постоянная = 8,31 Дж/моль.град(К) - поверхностная активность растворенного вещества.

Слайд 37Уравнение Гиббса для разбавленных растворов и идеальных газов




Г - количество адсорбированного вещества [моль/м2]
с – концентрация вещества в объеме раствора [моль/л] R - универсальная газовая постоянная = 8,31 Дж/моль.град(К)

Для разбавленных растворов а ~ с

Г - количество адсорбированного вещества [моль/м2]
р – равновесное давление газа, Па R - универсальная газовая постоянная = 8,31 Дж/моль.град(К)

Для газообразных веществ:

Слайд 38Уравнение изотермы адсорбции
Полученное Гиббсом уравнение изотермы адсорбции справедливо для любых составов

и различных границ раздела фаз:
Жидкость – газ;
Газ – твердое тело;
Жидкость – твердое тело;
Жидкость – жидкость.

Слайд 39Поверхностная активность
Способность растворенного вещества изменять
поверхностное натяжение – поверхностная
активность (g)

Мера поверхностной активности:



Слайд 40Правило Траубе-Дюкло:
При удлинении цепи на группу -СН2 - в гомологическом ряду

поверхностная активность возрастает в 3-3,5 раз, соответственно возрастает способность к адсорбции.





НСООН СН3СООН СН3СН2СООН СН3СН2СН2СООН

σ

с

Слайд 41ПАВ, ПИВ, ПНВ
Поверхностно-активные вещества (ПАВ): уменьшают σ растворителя.
σ раствора

σ растворителя; g > О.
ПАВ: спирты, органические кислоты, сложные эфиры, белки, холестерин, жиры, липиды, мыла.

Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ): увеличивают σ растворителя.
σ раствора > σ растворителя; g < О.
ПИВ: неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, α - аминокислоты.
Поверхностно-неактивные вещества (ПНВ): не изменяют поверхностное натяжение растворителя.
σ раствора = σ растворителя; g = О.
ПНВ: сахароза.

Слайд 42Изотерма поверхностного

натяжения

Зависимость σ от концентрации
растворенного вещества при постоянной
температуре – изотерма поверхностного
натяжения.



ПИВ

ПНВ
ПАВ

σ

с

Слайд 43Поверхностно-активные вещества (ПАВ): уменьшают σ растворителя таким образом снижается свободная энергия

поверхностного слоя. Молекулы ПАВ накапливаются в поверхностном слое в большем количестве по сравнению с объемом, т.е. происходит положительная адсорбция Г > 0

Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ): увеличивают σ растворителя и при растворении стремятся перейти в объем. Их концентрация в поверхностном слое становится меньше, Г < 0 .
Поверхностно-неактивные (индифферентные) вещества (ПНВ): не изменяют поверхностное натяжение растворителя.

1-ПАВ (додециламин); 2-ПИВ (натрий сульфат); 3-ПНВ (сахароза)

Слайд 44Строение молекулы ПАВ:
Молекула ПАВ состоит из:
неполярной гидрофобной углеводородной группы (“хвост”)


полярной гидрофильной группы (“голова”):
-ОН, -СООН, -С(О)-О,-NН2; -SО3H.


“хвост” “голова”


Слайд 45АДСОРБЦИЯ НА ГРАНИЦЕ РАСТВОР-ГАЗ

Слайд 46Расчет изотермы адсорбции Г= ƒ(с)
Для расчета изотермы адсорбции необходимо построить зависимость σ

от с.

В точках кривой σ=ƒ(с), отвечающих различным концентра-циям проводим касательные, по тангенсам угла наклона которых определяем значение dσ/dс. Подставляя данные в уравнение Гиббса получаем значения величин адсорбции, по которым строим изотерму Г= ƒ(с).

1-изотерма поверхностного натяжения, 2-изотерма адсорбции

Слайд 47Изотерма адсорбции Гиббса
1. Низкие С

1
2
Г
c
газ
вода



2. Высокие С








газ
вода
«частокол Лэнгмюра»
Г

Слайд 48Уравнение Шишковского
Для построения изотермы поверхностного натяжения можно воспользоваться уравнением Шишковского (используют

для расчета σ жирных кислот с небольшим числом углеродных атомов до С8):
σ=σ0-a ln (1+bc)
Δσ=σ0-σ=a ln (1+bc)
a, b – эмпирические постоянные, σ, σ0 – поверхностное натяжение раствора и растворителя. b называют удельной капиллярной постоянной.


Слайд 49Переход от уравнения Гиббса к уравнению Ленгмюра
Продифференцировав уравнение Шишковского по концентрации
dσ/dc=ab/(1+bc)
и

подставив производную в уравнение Гиббса:

Обозначив a/RT через Г∞, а b через К имеем уравнение Ленгмюра:

Слайд 50АДСОРБЦИЯ НА ГРАНИЦЕ ТВЕРДОЕ ТЕЛО-ГАЗ

Слайд 51Адсорбция твердыми телами
Величина адсорбции зависит от:
Размера поверхности адсорбента
чем > Sповерхности,

тем > адсорбция.
2. Температуры (↑t ↓Г ).
3. Типа сорбента, его сродства к растворителю.
- гидрофильные сорбенты (силикагель SiO2, глина, пористое стекло) для адсорбции полярных веществ из неполярных (неводных) растворителей.
- гидрофобные сорбенты (активированный уголь, графит, тальк) для адсорбции неполярных веществ из полярных растворителей.
4. Заряда адсорбента и адсорбтива.
5. Концентрации адсорбтива.

Слайд 52Теории адсорбции
Основной задачей теории адсорбции является моделирование и математическое описание процесса

адсорбции – установление зависимости между величиной адсорбции (А или Г) и основными термодинамическими параметрами состояния: температурой (Т), концентрацией (с) или давлением (р):
ƒ(A, p, T)=0 или ϕ(Г, с, Т)=0

Слайд 53Уравнение Фрейндлиха
А = x/m = k · p1/n

х – количество вещества

адсорбтива (моль)
m – масса адсорбента
p – равновесное давление газа в системе
V адсорбции = V десорбции
к – константа Фрейндлиха, к = А при р = 1
n – эмпирическая константа.

Слайд 54Уравнение Фрейндлиха для адсорбции из раствора на твердом адсорбенте
Г = x/m

= КФ · Cn

х – количество вещества адсорбтива (моль)
m – масса адсорбента
С – равновесная концентрация, при которой
v адсорбции = v десорбции
КФ – константа Фрейндлиха, КФ = Г при С = 1
n – эмпирическая константа, 0,1–0,6.

Слайд 55Константы адсорбции
Показатель с участием константы 1/n (n) является правильной дробью и

лежит в пределах:
0,2-1 для адсорбции из газовой среды;
0,1-0,5 для адсорбции из раствора.
Константы k и 1/n (n) определяют путем подстановки данных в линейную форму уравнения Фрейндлиха:
lg A = lg k + 1/n lg c

Слайд 56Определение констант в уравнении Фрейндлиха
lg A = lg k + 1/n

lg c

lgx/m
lgA

lgK

tgα=1/n

Изотерма Фрейндриха в
обычных координатах

Изотерма Фрейндриха в
логарифмических координатах

Слайд 57Теория Ленгмюра
Зависимость адсорбции газа на твёрдой поверхности от давления газа

впервые была обоснована Ленгмюром. При выводе этой зависимости были использованы следующие допущения:
1) На каждом абсорбционном месте на поверхности адсорбента может находиться только одна молекула или адсорбция является локализованной на адсорбционных центрах.
2) Адсорбция является молекулярной, т.е. осуществляется только в одном слое.
3) Адсорбционная поверхность является однородной. Это означает, что все адсорбционные места на поверхности адсорбента по своим свойствам не отличаются друг от друга.
4) Между адсорбированными молекулами отсутствует взаимодействие.
5) Адсорбция есть процессом обратимым.

Слайд 58Теория Ленгмюра
Согласно данной теории локализационную адсорбцию можно представить квазихимическим уравнением, аналогичным

уравнению химической реакции:


Где А – адсорбционный центр, В – молекула вещества, АВ – адсорбционный комплекс.

Например к атомам карбона,
имеющим свободные валентности
могут присоединяться атомы кислорода


Слайд 59Теория Ленгмюра
Предположим, что на поверхности 1м2 часть Θ занята адсорбированными молекулами,

1-Θ свободна
Скорость адсорбции составит:
ω1 = k1P(1 – Θ),
где P – давление адсорбата;
k1 – константа скорости адсорбции;
1- Θ – доля свободных мест.

Слайд 60Теория Ленгмюра
Скорость процесса десорбции определится по уравнению:
ω2 = k2Θ,

k2 – константа скорости десорбции;
Θ – доля адсорбционных мест занятых
молекулами адсорбата
Для условий равновесия можно записать:
 ω1 = ω2 или k1Р(1 – Θ) = k2Θ, откуда можно получить, что: Θ=A/A∞=k1c/(k1c+k 2), или

Слайд 61Уравнение Ленгмюра
А = А КС

для газов: Г = Г _Кр_
1+(КС) 1+Кр
С – концентрация
Р - давление газа
К - константа адсорбционного равновесия = Кдесорбции
Кадсорбции
при С << К А = А С, линейная зависимость Г от С
К
при С > К Г = Г , дальнейшее увеличение концентрации не влияет на величину адсорбции.

Слайд 62
Для нахождения констант А ∞ и К используют линейную формулу уравнения

Ленгмюра.
Подставляя экспериментальные данные графически легко найти необходимые константы.
- Теория Ленгмюра справедлива при условии образования мономолекулярного слоя.

Слайд 63Изотерма адсорбции Ленгмюра


с
Г

Слайд 64Определение площади молекулы и толщины слоя
При с→∞ lim Г = Г∞

(определяют экспериментально)
S = 1 / Г∞ · N a
δ= Г∞ · M / ρ
S- площадь молекулы;
δ- толщина молекулярного слоя.


Слайд 65Применение теории Ленгмюра
Несмотря на то, что рассчитанные по формуле Ленгмюра данные

не всегда совпадают со значениями, полученными экспериментальным путем данная теория применяется для инженерных расчетов:
Sуд=A∞·Na·S
S-площадь поперечного сечения адсорбированной молекулы;
Sуд- удельная поверхность адсорбента, катализатора…


Слайд 66Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ (Брунауер, Эммет, Теллер)

Многие экспериментальные данные свидетельствуют о

том, что после образования мономолекулярного слоя (точка В) адсорбция продолжает расти, что объясняется избыточной поверхностной активностью.

S-образная изотерма полимолекулярной адсорбции

Слайд 67Теория БЭТ

Изотерма І характерна для случая мономо-лекулярной адсорбции. Изотермы ІІ-V связаны

с образованием нескольких слоев. Но изотермы ІІ и ІІІ характеризуются бесконечно возрастающей адсорбцией. В случаях ІV и V наблюдается предел насыщения.
- Уравнение изотермы полимолекулярной адсорбции

Слайд 68Потенциальные теории адсорбции А. Эйкен и М. Поляни (1914-1916)
Авторы исключали

наличие адсорбционных центров, Молекулы адсорбтива заполняют адсорбционный слой благодаря силовому полю:

Изменение адсорбционных
сил в зависимости от
расстояния от поверхности

Слайд 69Потенциальные теории адсорбции
Данное адсорбционное поле характеризует адсорбционный потенциал ε:


р0 – давление

насыщенного пара над жидкостью
р – давление вне адсорбционного объема

Значению адсорбционного потенциала соответствует величина адсорбции А, равная произведению объема адсорбционной пленки V на плотность адсорбтива в конденсированном состоянии ρ:
А= V · ρ

Слайд 70Капиллярная конденсация
Адсорбция паров пористыми телами может сопровождаться конденсацией адсорбтива в тонких

порах при давлениях меньших, чем давление насыщенного пара.
Капиллярная конденсация может происходить при определенных условиях:
Сорбент должен быть пористым;
Температура должна быть ниже критической для данного пара;
Жидкость должна смачивать стенки капилляра (иначе не будет образовываться вогнутый мениск)

Слайд 71Капиллярная конденсация
Изотерма адсорбции, осложненная капилярной конденсацией принадлежит к одному из типов

II-V по классификации Брунауэра.
При адсорбции, сопровождающейся капилляной конденсацией наблюдается явление сорбционного гистерезиса при котором изотермы адсорбции и десорбции не совпадают (десорбция происходит при меньших давлениях).


Слайд 72Капиллярная конденсация
Изотермы капиллярной конденсации А=ƒ(p/p0) используют для исследования пористой структуры сорбентов

и катализаторов (V-объем жидкости, заполнившей капилляры сорбента; ρ-плотность жидкости):
V=A/ρ
Затем находят радиус капилляров в сорбенте и строят кривую адсорбенета V=ƒ (r)
Явление капиллярной конденсации используют для рекуперации растворителей, в том числе и в фармацевтической промышленности

Слайд 73АДСОРБЦИЯ НА ГРАНИЦЕ ТВЕРДОЕ ТЕЛО – РАСТВОР
При изучении адсорбции из растворов

на твердых адсорбентах различают молекулярную адсорбцию (адсорбцию неэлекторлитов или слабых электролитов) и адсорбцию электролитов





Слайд 74Молекулярная адсорбция
При молекулярной адсорбции из растворов (где участвуют 3 вещества) возможны

3 случая:
положительная адсорбция (если растворенное вещество адсорбируется сильнее растворителя);
отрицательная адсорбция (если растворитель адсорбируется сильнее растворенного вещества);
нулевая адсорбция (концентрации растворенного вещества на поверхности раздела фаз и в растворе будут одинаковыми).

Слайд 75Молекулярная адсорбция
Экспериментально величину адсорбции определяют зная начальную концентрацию раствора с0, объем

раствора V и массу адсорбента m.

Если известна площадь поверхности адсорбента, то изотерму адсорбции относят к данной величине:

Изотермы адсорбции на угле из водных растворов: 1-фенола, 2-янтарной кислоты, 3-бензойной кислоты

Слайд 76Правило уравнивания полярностей (Ребиндера)
Вещество С будет адсорбироваться на поверхности раздела фаз

А и В если ориентация его молекул будет способствовать снижению избытка свободной поверхностной энергии. Другими словами вещество адсорбируется на границе раздела фаз Т-Ж только в том случае, если в результате его присутствия в поверхностном слое разность полярностей фаз уравнивается. При этом на границе фаз Т-Ж дифильные молекулы будут адсорбироваться таким образом, что полярная часть молекулы была обращена к полярной фазе, а неполярная - к неполярной.

Слайд 77Молекулярная адсорбция
Так, при адсорбции алифатических карбоновых кислот из водных растворов на

неполярном адсорбенте – активированном угле – молекулы ориентируются углеводородными радикалами к адсорбенту; при адсорбции из бензола (неполярный растворитель) на полярном адсорбенте – силикагеле – ориентация молекул кислоты будет обратной

Слайд 78Вывод
Из приведенного выше подтверждается тот факт, что:
Для адсорбции ПАВ из неполярных

или малополярных растворителей необходимо применять гидрофильные вещества (силикагель, глины);
На гидрофобных поверхностях (уголь, графит, тальк) должны лучше адсорбироваться ПАВ из водных растворов

Слайд 79Адсорбция электролитов
Адсорбция из водных растворов электролитов происходит, как правило, таким образом,

что на твердом адсорбенте из раствора адсорбируются преимущественно ионы одного вида. Преимущественная адсорбция из раствора или аниона, или катиона определяется природой адсорбента и ионов. Механизм адсорбции ионов из растворов электролитов может быть различным; выделяют обменную и избирательная адсорбцию ионов.





Слайд 80Уравнение Никольского
Процессы ионного обмена на твердой поверхности характеризуются уравнением Б.П.Никольского:

Слайд 81Обменная адсорбция
представляет собой процесс обмена ионов между раствором и твердой фазой,

при котором твердая фаза поглощает из раствора ионы какого-либо знака (катионы либо анионы) и вместо них выделяет в раствор эквивалентное число других ионов того же знака. Обменная адсорбция всегда специфична, т.е. для данного адсорбента к обмену способны только определенные ионы; обменная адсорбция обычно необратима.

Слайд 82Избирательная адсорбция
Избирательная адсорбция не сопровождается выделением в раствор эквивалентного числа других

ионов того же знака; твердая фаза при этом приобретает электрический заряд. Это приводит к тому, что вблизи поверхности под действием сил электростатического притяжения группируется эквивалентное число ионов с противоположным зарядом, т.е. образуется двойной электрический слой. Взаимодействие концентрирующихся на поверхности зарядов приводит к понижению поверхностной энергии системы.






Слайд 83Правило Панета-Фаянса
Из раствора адсорбируются те ионы, которые входят в
состав кристаллической решетки

сорбента или образуют
с ним малорастворимое соединение.

Определить знак заряда поверхности AgI(крист.) полученного по реакции:
АgNО3(р) + КI(р) = АgI(крист.) + KNO3(р)

а) nАgNО3 = nКI : поверхность осадка не заряжена;
б) nАgNO3 > nКI : в) nАgNО3 < nКI :
избыток АgNO3 ⬄ Аg+ + NО3- избыток КI ⬄ К+ + I-

АgI + АgI -
+ -
+ -




Слайд 84Ионообменная адсорбция
Ионообменная адсорбция – процесс, в котором адсорбент и раствор обмениваются

между собой в эквивалентных количествах одноименно заряженными ионами.

RM1 + М2+ → RM2 + M1+ обмен катионов
катионит
RА1 + А2- → RА2 + А1- обмен анионов
анионит

Слайд 85Хроматография
Хроматография - динамический метод анализа, основанный на многократно повторяющихся процессах сорбции

и десорбции.

Слайд 86Хроматография – физико-химический метод,

используется для разделения веществ
аналитические цели

препаративные цели


Служит для идентификации и количественного определения органических и неорганических веществ


Слайд 87Из истории хроматографии
Михаил Семёнович Цвет
(1872—1919)
День

рождения хроматографии – 21 марта 1903г.

Доклад М.С. Цвета «О новой категории адсорбционных явлений и о применении их к биохимическому анализу»
Свой метод М.С. Цвет назвал – «хроматография»
(запись цвета)

Ричард Кун (институт фундаментальной медицины г. Гейдельберг) (1938г. Нобелевская премия по химии за предложенную Цветом адсорбционную хроматографию каратиноидов и витаминов):
Альфред Винтерштайн (1915г. Нобелевская премия по химии за исследования хлорофиллов)
Арчер Портер Мартин, Ричард Лоуренс Миллингтон Синдж (1938г. первый противоточный экстрактор с использованием воды и хлороформа для разделения олигопептидов;
1940г. Использование жидкость-жидкостной хроматографии для разделения аминокислот;
19 ноября 1941г. Статья «Новая форма использования двух жидких фаз для хроматографии» в «Biochemical journal»;
1952г. Нобелевская премия за открытие распределительной хроматографии
Арчер Портер Мартин, Энтони Траффорд Джеймс (50-е годы первый газовый хроматограф)
Измаилов, Шрайбер (1938г. Первые работы по тонкослойной хроматографии)
Шталь (1956г. Использование тонкослойной хроматографии как аналитического метода)

Слайд 88капиллярная газовая хроматография (КГХ),
высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ),
высокоэффективная тонкослойная хроматография (ВЭТСХ),
высокоэффективная ионная

хроматография (ВЭИХ),
сверхкритическая флюидная хроматография (ВЭИХ),
капиллярный электрофорез (КЭ)

Современные
хроматографические методы:

Слайд 89«Никакое другое открытие не оказало на исследования в органической химии такого

огромного продолжительного влияния, как анализ с помощью адсорбционной хроматографии Цвета»
Каррер, 1947г.

Хроматографические методы применяют для:
количественной оценки основного вещества в субстанции;
проведения определения примесей в субстанциях и лекарственных формах;
проведения предварительного и подтверждающего этапов при фармацевтическом и химико-токсикологическом анализе;
определения чистоты пищевых продуктов и воды;
изучения кинетики химических реакций;
проведения анализа нефтепродуктов и т.д.

Слайд 90Принцип хроматографического разделения веществ






















Неподвижная фаза
Подвижная фаза
Молекулы разделяемых веществ
Эффект разделения основывается на

том, что соединения проходят расстояние, на котором происходит разделение, с некоторой, присущей этому соединению задержкой

Хроматографический процесс состоит из целого ряда сорбции и десорбции, а также растворения и элюирования, которые каждый раз приводят к новому равновесному состоянию

Слайд 91Классификация методов хроматографии
По типу агрегатного состояния фаз
Газовая хроматография (ГХ)

Жидкостная хроматография (ЖХ)

летучие вещества,
испаряются без разложения

вещество должно быть растворимо в каком-либо растворителе

Критерии использования метода

По типу процесса разделения

стационарная фаза –
твердая активная основа

Адсорбционная Распределительная

Принцип: вещества с разной силой
адсорбируются на твердой фазе
и снова десорбируются

Стационарная фаза –
жидкость, нанесенная на твердый неактивный носитель

Принцип: в зависимости от растворимости, вещества распределяются между двумя несмешивающимися жидкостями

По технике проведения

Внешняя хроматограмма Внутренняя хроматограмма

вещества детектируются
вне зоны разделения

вещества детектируются в зоне разделения (ТСХ, бумажная хроматография)

Слайд 92Классификация хроматографических методов по агрегатному состоянию фаз, типам процессов разделения и

техникам проведения

Слайд 93Колоночная хроматография
стационарная фаза находится в колонке;
прием используется как в газовой, так

и в жидкостной хроматографии









Принципиальная схема хроматографа для колоночной хроматографии

Емкость с элюентом

Насосная система

Ввод пробы

Разделительная
колонка

Детектор

Подвижная фаза
в ГХ – газ-носитель

Подвижная фаза
в ЖХ - элюент



Самописец

Хроматограмма

Сигнал вещества,
или пик

Слайд 94Хроматограмма
Хроматографический пик – концентрация пробы в подвижной фазе на выходе из

колонки как функция времени.
Пик- качественная и количественная характеристика

Качественный анализ: время удерживание одного компонента при одинаковых условиях хроматографирования – постоянная величина.
Время удерживания – время, которое проходит с момента введения пробы до регистрации самописцем максимума сигнала.
Условия хроматографии, влияющие на время удерживания:
тип колонки;
состав подвижной фазы;
скорость потока подвижной фазы;
температура

Две возможности проведения достоверного качественного анализа:
И пробу и стандарт хроматографируют в разных хроматографических условиях
2. Выбор соответствующих детекторов

Слайд 95Правильная запись данных ГЖХ
Номер (шифр) эксперимента или номер образца
Количество введенной пробы

Используемая колонка (неподвижная фаза и процент ее нанесения, материал носителя, длина (см)
Расход газа-носителя
Рабочая температура
Усиление, используемое для каждого пика
Скорость диаграммы

Пример:
Опыт К-9
1 мкл
10% смазки апиезон APL на хромасорбе W, 200см
N2, 60 мл/мин
1500С
Все пики при 50•102
Диаграмма 60 см/ч

Слайд 96Газо-жидкостная хроматография (ГЖХ)
Газо-жидкостная хроматография используется для разделения «летучих» соединений, т.е. соединений

с молекулярной массой до 500.
Чувствительность метода: позволяет определить до 10-6г количества соединения
Неподвижной фазой является жидкость, подвижной – газ

Жидкая неподвижная фаза - высокомолекулярную нелетучую жидкость (силиконовые масла, углеводородные смазки и высокомолекулярные полиэфиры)

Подвижная фазой – газ (азот)

Насадочные колонки Капиллярные колонки
2 - 4 мм 0.2-0.5 мм

Слайд 97Аппаратурное оформление метода ГЖХ
1 – баллон с газом-носителем;
2 – стабилизатор

потока;
3 и 3 ' – манометры;
4 – хроматографическая
колонка;
5 – устройство для ввода
пробы;
6 – термостат;
7 – детектор;
8 – самописец;
9 – расходомер


Механизм распределения компонентов между носителем и неподвижной жидкой фазой основан на растворении их в жидкой фазе

Отношение количества вещества в неподвижной фазе к количеству вещества в подвижной фазе представляет собой коэффициент распределения k’

Слайд 98Схема работы хроматографической колонки на примере капиллярной газовой хроматографии

Слайд 99Идентификация методом ГЖХ
Для идентифицикации соединения в смеси, сравнивают его время удерживания

с временем удерживания «подлинного» образца

Слайд 100Количественный анализ с использованием метода ГЖХ
Wx = kxAx
Wx – масса вещества,

соответствующего пику с площадью Ах;
kx - константа пропорциональности, является коэффициентом отклика соединения Х

Определение kx проводят
двумя методами:

Метод внутреннего стандарта
Метод внутренней нормализации

Слайд 101Характеристики вещества, получаемые в хроматографическом методе
Время удержания (время выхода) – время,

проходящее между моментом ввода анализируемой пробы в колонку, и моментом выхода вершины пика вещества из колонки.
Объем удержания – объем газа/жидкости-носителя, который проходит по хроматографической колонке с момента ввода анализируемой пробы в колонку до момента выхода вершины пика вещества из колонки.
Индекс удержания – отношение времен удержания какого-то стандартного вещества (обычно для неполярных колонок какого-либо углеводорода известного строения) и определяемого вещества. Для одинаковых по химическому составу колонок является постоянной величиной.
Площадь хроматографического пика – параметр, характеризующий количество вещества в пробе.

Слайд 102ВЭЖХ Agilent Technologies

Слайд 103ВЭЖХ Милихром

Слайд 104ВЭЖХ HP

Слайд 105ВЭЖХ Люмекс

Слайд 106ВЭЖХ Чешский прибор

Слайд 107ГЖХ “Agilent Technologies”

Слайд 108ХМС НР

Слайд 109Энтеросорбция
Метод лечения различных заболеваний, основанный на способности энтеросорбентов связывать и выводить

из организма различные экзогенные вещества, микроорганизмы и их токсины, эндогенные промежуточные и конечныe продукты обмена, способные накапливаться или проникать в полость ЖКТ в ходе течения заболеваний.

Слайд 110Энтеросорбенты
ЭСБ – препараты медицинского назначения, обладающие высокой сорбционной емкостью, не

разрушающиеся в ЖКТ и способные связывать экзо– и эндогенные вещества, выделяющиеся в полость ЖКТ через его стенки, путем ад– и абсорбции, ионообмена или комплексообразования.

Слайд 111Энтеросорбенты
Полифепан (лигниг)
Уголь активированный (сорбекс, карболонг, карболен)

Слайд 112Энтеросорбенты
Смекта
Кремнийорганический сорбент Энтеросгель

Слайд 113Энтеросорбция
Энтеросорбция является составной частью эфферентной терапии (от латинского efferens — выводить), то

есть группы лечебных мероприятий, конечной целью которых является прекращение действия токсинов различного происхождения и их элиминация из организма. Кроме энтеросорбции, в эту группу входят гемодиализ, перитонеальный диализ, плазмаферез, гемосорбция и некоторые другие.

Слайд 114Гемодиализ
Гемодиализ (от гемо- (от гемо- и др.-греч. (от гемо- и др.-греч. διάλυσις — разложение, отделение) — метод внепочечного очищения крови (от гемо- и др.-греч. διάλυσις — разложение, отделение) — метод внепочечного очищения крови при острой (от гемо- и др.-греч. διάλυσις —

разложение, отделение) — метод внепочечного очищения крови при острой и хронической почечной недостаточности (от гемо- и др.-греч. διάλυσις — разложение, отделение) — метод внепочечного очищения крови при острой и хронической почечной недостаточности. Во время гемодиализа происходит удаление из организма токсических продуктов обмена веществ, нормализация нарушений водного (от гемо- и др.-греч. διάλυσις — разложение, отделение) — метод внепочечного очищения крови при острой и хронической почечной недостаточности. Во время гемодиализа происходит удаление из организма токсических продуктов обмена веществ, нормализация нарушений водного и электролитного балансов.


Слайд 115Перитонеальный диализ
Перитонеальный диализ(анат. peritoneum брюшина: греч. dialysis разложение, отделение)метод очищения крови

от эндогенных и экзогенных токсинов с одновременной коррекцией водно-солевого баланса путем диффузии и фильтрации растворов веществ через брюшину как естественную полупроницаемую мембрану.

Слайд 116Плазмаферез
Мембранный плазмофильтр содержит камеры для протока крови, отделенные от камер сбора плазмы

пористой мембраной. Мембрана толщиной 10 мкм имеет поры диаметром около 0,5 мкм, что позволяет свободно проходить через последние всем жидким компонентам крови и задерживать все форменные элементы. Вместе с жидкими компонентами крови через поры мембраны проходит большая часть токсинов и некомпетентных веществ. Грязная плазма отфильтровывается в отдельный мешок и удаляется, а чистая клеточная масса крови возвращается в кровеносную систему.

Слайд 117Гемосорбция
Гемосо́рбция (от греч. haema кровь + лат. sorbere поглощать) — метод лечения,

направленный на удаление из крови различных токсических продуктов и регуляцию гемостаза) — метод лечения, направленный на удаление из крови различных токсических продуктов и регуляцию гемостаза путем контакта крови с сорбентом вне организма.

Похожие презентации

Валы и оси 883
Твердое тело в механике 626
Закон Ома для участка цепи (8 класс) 584
Формула Бете. (Лекция 4) 339
Теорiя великого вибуху 342
Напряженное состояние в грунтах. (Лекция 5) 489

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика