Лекция №11 Физико-химия поверхностных явлений . Адсорбция

реклама
Лекция №11
Физико-химия поверхностных явлений .
Адсорбция
Подготовили:
к.х.н., доц. Иванец Л.Н.,
Асс. Козачок С.С.
План
1. Поверхностая энергия и поверхностное натяжение
2. Классификация и характеристика сорбционных процессов
3. Адсорбция: основные понятия и определения
4.
Поверхностно-активные
і
поверхностно-неактивные
вещества (ПАВ і ПНАВ)
5. Адсорбция газов на твердых поверхностях.
6. Адсорбция из растворов
Межмолекулярные силы,
действующие на молекулу
жидкость
а, б) – в объеме жидкости
в) – в поверхностном слое
Капля жидкости в состоянии
невесомости принимает
форму сферы
Благодаря неподвижной опоре внутри
жидкости создается давление
(гидростатическое), максимальное у
нижнего слоя и убывающее в
направлении к верхнему.
По закону Паскаля давление в жидкости на
данной высоте одинаково во всех ее
точках, а значит, по всем направлениям.
Силы гидростатического давления F1 и F2,
действующие на жидкость в
горизонтальном направлении, приводят к
ее растеканию. По этой причине жидкость
на опоре не имеет сферической формы, а
растекается; налитая же в сосуд, она
принимает форму этого сосуда.
• Растеканию капли жидкости на опоре
препятствуют силы, действующие в
поверхностных слоях жидкости, которые
стремятся сократить площадь
поверхности капли.
Эта энергия пропорциональна поверхности жидкости S. Uпов ~ S =>
U ïîâ
 const
S
Отношение поверхностной энергии к площади поверхности
называется удельной поверхностной энергией и обозначают
греческой буквой (сигма):
U ïîâ
 
S
В СИ единицей удельной поверхностной энергии является 1
Дж/м2.
Поверхностной энергией обладают как жидкие, так и твердые
тела.
Особые условия, в которых находятся молекулы на поверхности
жидкости, характерны также и для поверхности твердых тел.
Зависимость поверхностного
натяжения от температуры
Сталагмометричний метод
измерения поверхностного
натяжения
n0 
 0
n 0
n0, ρ0, σ0 – количество
капель, плотность и
поверхностное
натяжение воды,
n, ρ, σ – исследуемой
жидкости
Самопроизвольные поверхностные
явления
Слипание мелких частиц, капель или
пузырьков газа в агрегаты
Адгезия и когезия - слипание соответствии
разнородных и однородных тел
Гетерогенное образование зародышей новой фазы
(в микропорах - капиллярная конденсация)
Растекание жидкости по поверхности другой
жидкости
Приобретение каплями сферической формы
Сорбционные процессы
Адсорбция - процесс произвольного
поглощения вещества поверхностью
Абсорбция - процесс произвольного
поглощения вещества объемом
Хемосорбция - химическое
взаимодействие адсорбента с
адсорбатом
Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ) — химические
соединения, которые, концентрируясь на поверхности
раздела фаз, вызывают снижение поверхностного
натяжения.
Основной количественной характеристикой ПАВ является
поверхностная активность — способность вещества
снижать поверхностное натяжение на границе раздела
фаз — это производная поверхностного натяжения по
концентрации ПАВ при стремлении С к нулю.
Поверхностно-активные вещества - обычно амфифильные
органические соединения (амфифильность означает, что
они содержат как гидрофильные группы («хвосты»), так и
гидрофобные группы («головки»). Через такое строение
они растворяются как в неполярных жирах и
органических растворителях, так и в полярной воде.
Ориентация молекул ПАВ на
поверхности жидкости при
увеличении концентрации
В результате исследований зависимости
поверхностного натяжения от концентрации
водных растворов органических веществ Дюкло и
Траубе установил правило:
В любом гомологического ряда при малых
концентрациях удлинение углеводородной цепи на
СН2 приводит к увеличению поверхностной
активности в 3,0-3,5 раза.
Как видно из рисунка, на котором изображены
кривые σ = f (c) для ряда водных растворов
насыщенных жирных кислот.
Изотермы поверхностного
натяжения для растворов ПАВ с
разной длиной радикала
Классификация ПАВ
Молекулярные (неионогенных) нейтральные молекулы спиртов,
карбоновых кислот, белков
Ионогенные катионактивние (поверхностноактивный катион) Органические N-содержащие основы й их соли
Ионогенные анионактивные
(поверхностно-активный анион) мыла, сульфокислоты и их соли
Изотермы поверхностного натяжения
1 – для раствора поверхностно-активного
вещества,
2 - поверхностно-неактивного вещества,
3 - поверхностно-индифферентного вещества
Основные понятия
• Сорбент – поглотитель
• Сорбтив (сорбат) – поглощаемое
вещество
• Сорбция – процесс поглощения одного
вещества другим
• Адсорбция – поглощение
поверхностью сорбента
• Абсорбция – поглощение всем
сорбентом
Зависимость адсорбции от концентрации
ПАВ описывается уравнением Гиббса:
C d
Г 

RT dC
где Г – адсорбция, моль/м2;
С – концентрация ПАВ, моль/л;
σ - поверхностная активность ПАВ,
d Дж·м/моль;

Т dC
– температура, К; R = 8.314 Дж/(моль·К)
Основные положения теории
адсорбции Ленгмюра:
Адсорбция локализована на
адсорбционных центрах, которые
являются энергетически
равноценны
Каждый адсорбционный центр
взаимодействует с одной
молекулой
Адсорбированные молекулы не
взаимодействуют между собой
Адсорбция - процесс обратимый
Уравнение Ленгмюра :
KС
Г  Г
1  KС
При С <<1:
Г  Г KC
При С >>1:
Г  Г
1
Ê
C
, если Г = Г∞/2
Линейная форма уравнения:
1 1
1
1
 

à Ã∞ Ã  Ê C
Уравнение Фрейндлиха:
x
1/ n
à   kC
m
k = Г, когда С = 1
Линейная форма уравнения:
ln Г = ln k + 1/n lnC
Изотерма адсорбции Фрейндлиха
Г
Г
С
С
Полимолекулярных адсорбция
Г
С
А + В↔ АВ
АВ + В ↔ АВ2
АВ2 + В ↔ АВ3
Ориентация молекул ПАВ на
поверхности адсорбента
уголь, тальк
силикагель, глина
Гидрофобизация
гидрофильной поверхности
силикагель, глина
Хроматография
Хроматография - динамический метод
анализа, основанный на многократно
повторяющихся процессах сорбции и
десорбции.
А+В
А
В
Сорбенты медицинского назначения
Гемосорбция
Биоспецифичний антипротеиназний гемосорбент
ОВОСОРБ
С кровяного русла удаляется избыток патогенных
сериновых протеиназ.
Показания: сепсис, общий гнойный перитонит,
острый панкреатит, ожоги, лучевая болезнь,
отторжения после трансплантации органов и
тканей
Медико-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 желудочнокишечном тракте.
6. Хроматография:
- разделение смесей аминокислот;
- очистка лекарственных препаратов;
- количественное определение витаминов, гормонов;
- диагностика заболеваний
Контрольные вопросы по данной
лекции
1) Перечислите методы и приборы, для
определения поверхностного натяжения.
2) Какие факторы влияют на поверхностное
натяжение жидкости?
3) Перечислить сорбционные процессы?
Дайте им определение.
4) Какими свойствами обладают
поверхностно-активные вещества (ПАВ).
СПАСИБО
ЗА ВНИМАНИЕ
Скачать