Лекция №11 Физико-химия поверхностных явлений . Адсорбция
advertisement
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
