Поверхностные явления. Адсорбция презентация

Содержание

Поверхностные явления – это явления, происходящие на поверхности, на границе раздела фаз. 1. Особенности поверхностного слоя вещества. Поверхностное натяжение

Слайд 1Поверхностные явления. Адсорбция

Слайд 2Поверхностные явления – это явления, происходящие на поверхности, на границе раздела

фаз.

1. Особенности поверхностного слоя вещества. Поверхностное натяжение

Слайд 4Молекулы поверхностного слоя обладают некоторым избытком энергии по сравнению со внутренними,

что позволяет им удерживаться на поверхности, т.е. противостоять внутреннему давлению. Эта энергия называется свободной поверхностной энергией (поверхностной энергией Гиббса (G)). Поверхностная энергия зависит от природы вещества, площади поверхности, температуры.

Свободная энергия молекул поверхности площадью 1 м2 называется удельной поверхностной энергией или поверхностным натяжением (σ).

Слайд 5Поверхностное натяжение – это сила, стягивающая гипотетическую пленку на поверхности жидкости

и противодействующая ее растяжению

Увеличение поверхности сопровождается ростом поверхностной энергии, поэтому жидкость стремится к уменьшению своей поверхности (стремится к форме шара).

Другое определение σ:

Слайд 6Из определения следует:
G = σ∙s
σ = [Дж/м2=Н∙м/м2= Н/м] – поверхностное натяжение;
s

– площадь поверхности, м2.

Слайд 7Поверхностное натяжение измеряют следующими способами:
- измерение веса отрывающейся капли (сталагмометрия);
- измерение

силы, необходимой для отрыва тела от поверхности;
- измерение давления, необходимого для продавливания пузырьков газа или жидкости в испытуемую жидкость и др.

Слайд 9С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается и равна нулю при критической

температуре.
Критическая температура (давление) – это параметры, при которых не существует различия фаз и система однородна.

Слайд 102. Адсорбция. Основные понятия и определения. Виды адсорбции и их применение
Адсорбция

(Г) – это самопроизвольное концентрирование вещества на поверхности какого-либо тела.
Адсорбция зависит от природы вещества, температуры и концентрации вещества в объеме.

Слайд 12Тело, на поверхности которого происходит адсорбция, называют адсорбентом (обычно это более

плотная фаза – твердая или жидкая). Адсорбирующееся на поверхности адсорбента вещество называют адсорбтивом или адсорбатом.

Слайд 13Измеряют адсорбцию как количество адсорбата, отнесенное к единице площади или массы

адсорбента

Г (гамма) = кмоль/м2; кмоль/кг; кг/м2; кг/кг

Слайд 14Из второго закона термодинамики следует, адсорбция протекает самопроизвольно в случае, если

адсорбция приводит к уменьшению свободной поверхностной энергии:
∆G < 0
или ∆G = ∆ (σs) < 0

Данное условие выполняется при уменьшении поверхностного натяжения ∆ σ < 0

Вывод: адсорбция возможна и протекает самопроизвольно, если данный процесс идет с уменьшением свободной поверхностной энергии, что достигается за счет уменьшения величины поверхностного натяжения

Слайд 15Термодинамический смысл процесса адсорбции: Вблизи поверхности твердого тела или жидкости в

следствии наличия свободно поверхностной энергии образуется некоторое энергетическое поле, под действием которого происходит «связывание» частиц адсорбтива.
Вследствие концентрирования частиц адсорбтива на поверхности раздела фаз происходит уменьшение свободной поверхностной энергии.

Слайд 16В зависимости от агрегатных состояний адсорбента и адсорбтива различают следующие виды

адсорбции:
- адсорбция газа на твердых адсорбентах;
- адсорбция растворенных веществ на границе твердое тело–жидкость и жидкость–жидкость;
- адсорбция на границе жидкий раствор–газ.

Слайд 17Если процесс перехода вещества из объема фазы к поверхности сопровождается снижением

величины σ, то вещество будет самопроизвольно переходить из объема фазы на границу раздела:
∆ σ < 0
Г > 0 – адсорбция положительная

Если процесс перехода вещества из объема фазы к поверхности сопровождается увеличением величины σ, то вещество будет самопроизвольно переходить с поверхности вглубь.
Это отрицательная адсорбция или десорбция:
∆ σ > 0
Г < 0 – адсорбция отрицательная (десорбция)

Слайд 18Если растворенное вещество не изменяет σ адсорбция Г=0 и вещество равномерно

распределено между поверхностным слоем и объемом.

∆ σ < 0

Г= 0

Слайд 20При адсорбции одновременно протекают как физические, так и химические взаимодействия. В

зависимости от преобладающего процесса:
1. Физическая адсорбция
2. Химическая адсорбция (хемосорбция)

Слайд 22Применение адсорбции:
для очистки газовых промышленных выбросов от вредных примесей (SO2, SH2

и др.). Например, для очистки от SO2 в качестве адсорбента применяют активированный уголь, цеолиты. Процесс проводят в адсорбционных колоннах, заполненных адсорбентом;
очистка воды (фильтры);
адсорбция сопровождает любые гетерогенные химические реакции, в том числе гетерогенный катализ;
в лабораторной практике для разделения и анализа смесей (хроматография);
в природных процессах. Например, при дыхании кислород адсорбируется на поверхности легких. Углекислый газ адсорбируется на поверхности листа;
иммобилизация ферментов;
в быту (мытье рук, стирка).
 

Слайд 233. Адсорбция на границе раствор-газ
Процесс адсорбции на границе описывается уравнение изотермы

адсорбции Гиббса:

С – равновесная концентрация адсорбтива в объеме фазы, граничащей с адсорбирующей поверхностью, моль/ м3;
σ – поверхностное натяжение, Н/м;
R – универсальная газовая постоянная

Слайд 24Из уравнения следует, что если:
(с повышением концентрации σ

понижается),
то Г>0 – адсорбция идет

(с повышением концентрации σ увеличивается),
то Г<0 – десорбция

< 0

> 0

Чем выше температура, тем меньше адсорбция.

Слайд 25Значение производной dσ/dC, взятой с обратным знаком называется, поверхностной активностью (g):


g = - dσ/dC

Поверхностная активность является важнейшей адсорбционной характеристикой вещества, определяющей их свойства и области применения.

Слайд 26Графический метод определения адсорбции
Находят экспериментально зависимость σ = f (C) (изотерма

поверхностного натяжения).
Проводят графическое дифференцирование зависимости σ = f (C). Для этого в нескольких точках кривой σ = f (C) проводят касательные и определяют тангенс угла наклона по отношению к оси х, которые соответствуют значениям производной dσ/dC в данных точках

Слайд 294. Классификация веществ по поверхностной активности. Правило Дюкло-Траубе
Поверхностно-активные вещества – это

вещества, добавление которых к жидкости уменьшает ее поверхностное натяжение. ПАВ самопроизвольно концентрируются на границе раздела фаз

< 0

g > 0

Г > 0

Например: Спирты, жирные кислоты, сложные эфиры, липиды, белки, мыла

Слайд 30Большой поверхностной активностью обладают вещества дифильного строения

Слайд 33ПАВ адсорбируются на поверхности раздела фаз, ориентируясь полярной частью к полярной

среде, неполярной – неполярной.

Слайд 35Классификация ПАВ по типу гидрофильных групп

Слайд 36-По типу гидрофильных групп различают неионные (неионогенные) и ионные (ионогенные) ПАВ.
Неионогеные существуют в растворе в виде

недиссоциированных молекул (например, спирты, сложные эфиры, липиды).
Ионогенные диссоциируют в растворе на ионы, одни их которых собственно и обладают поверхностной активностью, а другие - нет. В зависимости от знака заряда поверхностно-активного иона ПАВ делят на катион-активные, анион-активные и амфотерные.

Слайд 37Анионактивные ПАВ: карбоновые кислоты и их соли (мыла), алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты,

фенолы и др.

Катионактивные ПАВ: производные алкиламинов, первичных, вторичных и третичных.

Амфотерные ПАВ: аминокислоты, белки. К катионактивным ПАВ относятся и многие алкалоиды

Слайд 38Поверхностно-инактивные вещества – это вещества, добавление которых к жидкости увеличивает ее

поверхностное натяжение. ПАВ самопроизвольно переходят в глубь раствора

> 0

g < 0

Г < 0

Например: Неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, аминокислоты

Слайд 39Поверхностно-неактивные вещества – это вещества, добавление которых к жидкости не изменяет

ее поверхностное натяжение. ПАВ равномерно распределено в растворе и у раздела фаз.

= 0

g = 0

Г = 0

Например: Сахароза

Слайд 41При экспериментальном изучении адсорбции на границе жидкость-газ Дюкло и Траубе установили

следующую зависимость:
поверхностная активность в гомологическом ряду карбоновых кислот, аминов, спиртов возрастает в 3,2 раза при переходе к каждому следующему гомологу.
Или:
увеличение углеводородной части молекулы ПАВ на одно звено – СН2- повышает поверхностную активность в 3,2 раза.

Слайд 42Правило выполняется при следующих условиях:
при комнатной температуре;
при малых концентрациях ПАВ (при

больших концентрациях достигается значение предельной адсорбции, одинаковой для всех членов гомологического ряда);
только для полярных растворителей (в случае неполярных правило становится обратным, т.к. увеличение углеводородной цепи приводит к увеличению растворимости, что способствует уходу в глубь раствора).

Слайд 43Адсорбция газов и жидкостей на поверхности твердого тела
Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.
В

1915 году И. Ленгмюр предложил теорию мономолекулярной адсорбции. Уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра справедливо для широкого интервала концентраций и для границ раздела ж–г, ж–ж, т–г, т–ж.

Слайд 44Основные положение теории Ленгмюра:
1). Поверхность адсорбента ограничена. Адсорбция вещества происходит не на

всей поверхности, а только на активных центрах. Такими центрами могут служить отдельные атомы или группы атомов, выступающих над поверхностью адсорбента.
2). Каждый активный центр удерживает только одну молекулу.
3). Когда все активные центры заняты и поверхность адсорбента покрыта слоем толщиной в одну молекулу (мономолекулярный слой), наступает адсорбционное равновесие и дальнейшее увеличение адсорбции невозможно.
4). Процесс адсорбции имеет динамический характер. При равновесии скорость адсорбции и десорбции одинакова. Адсорбированные молекулы остаются некоторое время связанными с активными центрами, а затем покидают поверхность (десорбируются) и их место занимают другие молекулы Время пребывания молекулы на активном центре зависит от температуры.
5). Адсорбированные на активных центрах молекулы не взаимодействуют друг с другом.

Слайд 45Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции Ленгмюра имеет вид:
где А и А∞ ‑ соответственно

величина адсорбции газа или пара при данном и предельном заполнении монослоя
К – константа адсорбционного равновесия

р – равновесное давление газа или пара.

Слайд 46Уравнение Лэнгмюра для адсорбции из растворов:
где Г – Гиббсовская адсорбция при

концентрации С;
Г∞– максимальная или предельная адсорбция, соответствующая образованию монослоя,
С – равновесная концентрация вещества в растворе.

Уравнение Лэнгмюра применяют при очень низких или высоких давлениях (концентрациях)

Слайд 47Зависимость величины адсорбции от концентрации 
Уравнение Лэнгмюра в линейной форме:

Слайд 48В координатах С/Г — С получаем прямую, и из графика находим величины Г∞ и К 

Слайд 49Уравнением Фрейндлиха
Адсорбция из растворов может быть описана уравнением Фрейндлиха, которое в

данном случае имеет вид

где х – количество адсорбировавшегося адсорбтива, ммоль;
m – масса адсорбента, г;
С – равновесная концентрация адсорбтива (растворенного вещества), ммоль/л;
К, 1/n – константы, характерные для данного процесса адсорбции; определяют экспериментально.

Уравнение применяют при средних концентрациях

Слайд 50По экспериментальным данным строят кривую – изотерму адсорбции, выражающую зависимость массы

адсорбированного вещества от равновесной концентрации его в растворе

Слайд 51Чтобы найти К и 1/n, уравнение логарифмируют:
tg φ = 1/n.

Слайд 52Полимолекулярная адсорбция (теория БЭТ). Основные положения.


Слайд 53Адсорбция из растворов электролитов
Адсорбция из водных растворов электролитов происходит, как правило,

таким образом, что на твердом адсорбента 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 специфическую адсорбцию ионов. 

Слайд 54Обменная 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. Для данного адсорбента к обмену способны только определенные ионы; обменная адсорбция обычно необратима.

Слайд 55При специфической адсорбции адсорбция на поверхности твердой фазы ионов какого-либо вида 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.
Для случая специфической адсорбции электролита Песковым и Фаянсом было сформулировано следующее эмпирическое правило (правило Пескова – Фаянса):

На поверхности кристаллического твердого тела из раствора электролита специфически адсорбируется ион, который способен достраивать его кристаллическую решетку или может образовывать с одним из ионов, входящим в состав кристалла, малорастворимое соединение.

Слайд 56Пример. Рассмотрим адсорбцию ионов раствора КI на поверхности кристалла AgI. На

поверхности кристаллов иодида серебра в определенном порядке расположены ионы Аg+ и I–. Иодид-ионы, которые могут образовать с ионами-серебра, находящимися в кристаллической решетке, малорастворимое соединение, адсорбируются на поверхности создавая на ней избыток отрицательных зарядов. Ионы калия не адсорбируются, так как они не образуют с ионами иода нерастворимое соединение, но под действием электростатического притяжения они располагаются вблизи поверхности. Иодид-ионы, сорбированные поверхностью, и ионы калия, находящиеся в жидкой фазе, образуют двойной электрический слой.

Слайд 58Если кристаллы AgI находятся в контакте с раствором AgNO3, то на

поверхности кристаллов будут адсорбироваться ионы Ag+, ионы NO3- остаются в жидкой фазе.
Таким образом, на поверхности кристаллического твердого тела из раствора адсорбируются тот ион, который входит в состав кристаллической решетки или может образовывать с одним из ионов решетки малорастворимое соединение.

Слайд 59Мицеллообразование в растворах ПАВ
Под мицеллой (МЦ) ПАВ понимают ассоциат дифильных молекул, лиофильные группы которых

обращены к растворителю, а лиофобные группы соединяются друг с другом, образуя ядро мицеллами.

Число молекул в мицелле n – число агрегации (она чаще в пределах n= 20-100), а сумма молекулярных масс молекул в мицелле определяет молярную массу мицеллы.

МЦ, образующиеся в водном растворе, называются прямыми, а в неполярной – обратными.

Слайд 60Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) — концентрация поверхностно-активного вещества в растворе, при которой образуются

устойчивые мицеллы.

Слайд 61Растворы МЦобразующих ПАВ делят на 2 группы:

1) гомогенные при С< СККМ
2)

микрогетерогенные при С> СККМ

Слайд 62При увеличении концентрации СПАВ мицеллы проходят ряд равновесных состояний, различающихся по n, размеру и форме

МЦ. МЦ стремятся принять цилиндрическую, палочкообразную, пластинчатую форму

Строение мицелл: а) – сферические (мицелла Гартли); б) - дискообразные; в) - цилиндрические; г) - обращенные мицеллы

Слайд 64При ↑ концентрации СПАВ, превышающую ККМ в 10-50 раз в системе,

↓ подвижность мицелл и ↑ их сцепление, молекулы принимают цепочечную ориентацию, при этом образуется сетка – возникает структура (гель) с определенными механическими свойствами: пластичностью, прочностью, тиксотропией.

При дальнейшем удалении дисперсионной среды гель переходит в твердую макрофазу – кристалл со слоистым строением.

Слайд 65Мицеллы ионогенных ПАВ обычно заряжены, их заряд зависит от кислотно-основных свойств

функциональных групп ПАВ и других факторов.

При этом возможны электрофоретическая подвижность. Положительно заряженные мицеллы движутся к катоду и наоборот

Слайд 66Явление растворения веществ в МЦПАВ называется солюбилизацией.

В водных МЦ ПАВ солюбилизируются

вещества, нерастворимые в воде: С6Н6, органические красители, жиры и т.д.). В органических МЦ растворах солбилизируются молекулы воды.

Вещество, солюбилизируемое раствором ПАВ называется солюбилизатом, а МЦ ПАВ – солюбилизатором.

Слайд 67Способы включения в водных растворах солюбилизата :
1) неполярные углеводороды внедряется в ядра

МЦ;
2) полярные органические вещества встраиваются в МЦ между молекулами ПАВ так, чтобы их полярные группы были обращены в воду, а липофильные части молекул ориентированы параллельно радикалам ПАВ;
3) иногда солюбилизат закрепляется на поверхности МЦ.

Слайд 68Применение явления солюбилизации:
получении фармацевтических препаратов, пищевых продуктов;
солюбилизация – важнейший фактор моющего

действия ПАВ, звено процесса обмена веществ.

Похожие презентации

Вклад ученых Казахстана в развитие органической химии 1578
Нитраты в сельскохозяйственной продукции 357
Электролиз кезіндегі химиялық процестер 1254
Фармаколого-фармакогностическое исследование биологически активных добавок, применяемых для похудения 394
Азотовмісні сполуки 631
Исследовательский проект определение качества питьевой воды в домашних условиях 406

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