Адсорбция на границе раздела твердое тело – жидкий раствор – это процесс самопроизвольного увеличения концентрации растворенного вещества вблизи поверхности твердого адсорбента. Этот вид адсорбции осложняется не только особенностями твердой поверхности адсорбентов, но и тем, что при адсорбции из растворов происходит одновременная адсорбция как растворителя, так и растворенного вещества.
На границе твердое тело – раствор различают два вида адсорбции – молекулярную, или адсорбцию неэлектролитов, когда твердое тело адсорбирует молекулы адсорбтива, и адсорбцию ионную, когда адсорбент избирательно адсорбирует из раствора электролита один из видов ионов.
Количественно адсорбцию растворенного вещества на твердом адсорбенте оценивают следующим уравнением:
где a – количество вещества, адсорбированного одним граммом адсорбента, моль/г; m – масса адсорбента, г; – начальная концентрация раствора, моль/дм3; – равновесная концентрация раствора после адсорбции, моль/дм3; V – объем раствора адсорбтива, дм3.
В области средних концентраций адсорбтива адсорбция растворенного вещества на твердом адсорбенте описывается уравнением Фрейндлиха:
где , 1/n – эмпирические константы, зависящие от природы адсорбента и адсорбтива, значения которых находят экспериментально. Для того чтобы определить значения и 1/n, уравнение Фрейндлиха логарифмируют, преобразуя его в линейное:
Тогда, построив график зависимости lga = f( ), получают прямую линию, которая отсекает на оси ординат отрезок, равный , а тангенс угла равен 1/n (рис. 13).
Для описания адсорбции из раствора на твердом адсорбенте применимо также уравнение Ленгмюра:
Наряду с концентрацией раствора на адсорбцию из раствора на твердом адсорбенте влияют природа растворителя, растворенного вещества, адсорбента, время адсорбции и температура.
Так как молекулы растворителя и растворенного вещества конкурируют при адсорбции, то, чем хуже адсорбируется растворитель, тем лучше будет адсорбироваться растворенное вещество. Правило Шилова гласит: чем лучше растворитель растворяет вещество, тем хуже это вещество адсорбируется из раствора.
Для прогнозирования адсорбции с учетом влияния природы растворителя и растворенного вещества используют правило уравнивания полярностей Ребиндера, которое говорит о том, что процесс адсорбции протекает в сторону уравнения полярности фаз и тем сильнее, чем больше первоначальная разность полярностей. Таким образом, чем больше разность полярностей между растворителем и адсорбентом, тем лучше растворенное вещество будет адсорбироваться. Именно на этом свойстве основано практическое применение полярных адсорбентов (силикагель, оксид алюминия) для адсорбции малополярных дифильных молекул (спиртов, карбоновых кислот) из неполярных сред и неполярных адсорбентов (уголь) для адсорбции тех же веществ из полярных сред. Например, масляную кислоту из бензола необходимо адсорбировать на силикагеле, а из воды – на угле или гидрофобном силикагеле с привитыми алкильными группами.
Объяснение:
1. Напишіть рівняння електролітичної дисоціації речовин:
а) кислот: нітратної, сульфітної, фторидної, сульфідної, карбонатної;
HNO3 ⇄ H+ + NO3(-)
H2SO3 ⇄2H+ + SO3(2-)
HF ⇄H+ + F -
H2S ⇄ 2H+ + S(2-)
H2CO3 ⇆ 2H+ + CO3(2-)
б) гідроксидів: літію, натрію, кальцію;
LiOH ⇄ Li+ + OH -
NaOH ⇄ Na+ + OH -
Ca(OH)2 ⇄ Ca2+ + 2OH -
в) солей: калій сульфату, ферум (II) хлориду, манган броміду, цинк нітрату, алюміній нітрату, натрій карбонату, калій фосфату, барій сульфіду.
K2SO4 ⇄ 2K+ + SO4(2-)
FeCl3 ⇄ Fe3+ + 3Cl(-)
MnBr2 ⇄ Mn2+ + 2Br(-)
Zn(NO3)2 ⇆ Zn2+ + 2NO3(-)
Al(NO3)3 ⇆ Al3+ + 3NO3 (-)
Na2CO3 ⇆ 2Na+ + CO3(2-)
K3PO4 ⇆ 3K+ + PO4 (3-)
BaS ⇆ Ba2+ + S (2-)
2. В якій із зазначених груп знаходяться лише аніони:
а) K+, Cl–, Mg2+, H+; б) OH–, SO42–, Cl–, PO43–; в) Na+, Zn2+, Ba2+, Al3+?
б) OH–, SO42–, Cl–, PO43–;
3. У результаті дисоціації сульфатної кислоти утворюються йони:
а) Cu2+ і SO42–; б) 2H+ і SO42–; в) H+ і SO32–.
б) 2H+ и SO42-
4. У результаті дисоціації калій гідроксиду утворюються йони:
а) K– і Cl–; б) K+ і SO42–; в) K+ і OH–.
в) K+ и OH -
5. Вкажіть формулу сильного електроліту:
а) H2SO4; б) H2SO3; в) Cu(OH)2.
a) H2SO4
6. Виберіть аніони серед наведених йонів:
б) NO3 - в) SO42-
а)Na+; б)NO3–; в) SO42–; г) Ba2+.
7. Які з речовин у водному розчині дисоціюють з утворенням йонів:
a)
а) Cu(OH)2; б) FeCl3; в) ZnSO4; г) KOH; д) Ba(OH)2. б
а) CuCl2; б) Fe3(PO4)2; в) ZnS; г) Cr(OH)3; д) BaO.
а) CuO; б) Fe2O3; в) ZnO; г) H2O; д) BaSO4?
8. Напишіть формули сполук, що дисоціюють в розчині на іони:
а) Al3+ і SO42–; б) H+ і SO42–; в) Ca2+ і OH–; г) K+ і CrO22–; ґ) Fe3+ і NO3–; д) Zn2+ і Cl–.
a) Al2(SO4)3 б) H2SO4 в) Ca(OH)2 г) K2CrO2 г) Fe(NO3)3 д)ZnCl2
9. Складіть формули сполук, що можуть бути утворені такими йонами: CO32–, Cu2+, NO3–, Cr3+, Br–, Li–.
Cr(NO3)3 LiBr
10. Вкажіть, що означають такі позначення: Fe0, Fe2+, Fe3+.
железо ион железа (II) ион железа (III)
11. При розчиненні речовин у воді утворилися йони: катіони Na+, H+, Mg2+, аніони: Cl–, NO3–, SiO32–. Напишіть усі можливі формули сполук, які були в розчині.
NaCl HCl MgCl2 NaNO3 HNO3 Mg(NO3)2
12. Як назвати і чим відрізняються між собою частинки, що зображені такими символами:
а) Cl–, ион хлора Cl, атом хлора Cl2; молекула хлора
б) S, атом серы S2–? сульфид-ион
13. Серед нижчевказаних формул речовин виберіть формули електролітів і напишіть їх дисоціацію:
BaSO4;
Fe2(SO4)3 ⇄ 2Fe3+ + 3SO4 2-
FeCl3; ⇄ Fe3+ + 3 Cl -
FeSO3;
Cr(NO3)3; Cr3+ + 3NO3 -
Fe(OH)2Cl; ⇄ Fe(OH)2 + Cl-
Mg3(PO4)2;
MgI2. ⇄ Mg2+ + 2I -
3. У результаті дисоціації сульфатної кислоти утворюються йони:
а) Cu2+ і SO42–; б) 2H+ і SO42–; в) H+ і SO32–.
4. У результаті дисоціації калій гідроксиду утворюються йони:
а) K– і Cl–; б) K+ і SO42–; в) K+ і OH–.
5. Вкажіть формулу сильного електроліту:
а) H2SO4; б) H2SO3; в) Cu(OH)2.
6. Виберіть аніони серед наведених йонів:
а)Na+; б)NO3–; в) SO42–; г) Ba2+.
7. Які з речовин у водному розчині дисоціюють з утворенням йонів:
а) Cu(OH)2; б) FeCl3; в) ZnSO4; г) KOH; д) Ba(OH)2.
а) CuCl2; б) Fe3(PO4)2; в) ZnS; г) Cr(OH)3; д) BaO.
а) CuO; б) Fe2O3; в) ZnO; г) H2O; д) BaSO4?
8. Напишіть формули сполук, що дисоціюють в розчині на іони:
а) Al3+ і SO42–; б) H+ і SO42–; в) Ca2+ і OH–; г) K+ і CrO22–; ґ) Fe3+ і NO3–; д) Zn2+ і Cl–.
9. Складіть формули сполук, що можуть бути утворені такими йонами: CO32–, Cu2+, NO3–, Cr3+, Br–, Li–.
10. Вкажіть, що означають такі позначення: Fe0, Fe2+, Fe3+.
11. При розчиненні речовин у воді утворилися йони: катіони Na+, H+, Mg2+, аніони: Cl–, NO3–, SiO32–. Напишіть усі можливі формули сполук, які були в розчині.
12. Як назвати і чим відрізняються між собою частинки, що зображені такими символами:
а) Cl–, Cl, Cl2; б) S, S2–?
13. Серед нижчевказаних формул речовин виберіть формули електролітів і напишіть їх дисоціацію:
BaSO4; Fe(SO4)3; FeCl3; FeSO3; Cr(NO5)3; Fe(OH)2Cl; Mg3(PO4)2; MgI2.