2 Тәжірибе. Тионинның фотохимиялық тотықсыздануы

Жұмыстың мақсаты: жарықтың әсерінен химиялық тепе-теңдіктің ығысу бағытын анықтау

Құрал-жабдықтар: көлемдері 500мл және 1000мл өлшеуіш цилиндрлер, 500мл-к химиялық стакан, жарық көзі (300-500Вт шамы), қара қағаздан жасалған қалпақ.

Реактивтер: тионин (0,02г 100мл суда ерітеді), темір сульфаты (2г FeSO₄*7H₂O 500мл суда ерітеді), күкірт қышқылының (1:5) ерітіндісі.

Жұмыс барысы:

Стаканға темір сульфатының 480 мл ерітіндісін құйып, оған тионин мен күкірт қышқылының ерітінділерінен әр қайсысынан 10 мл қосады. Ерітіндіні араластырған соң ол күлгін түске боялады. Енді ерітіндіні жарықтың астына қойғанда, ол бірден түссізденіп кетеді. Егер сол стаканды қара қағаздан жасалған қалпақпен жауып қойса, бірнеше секунд ішінде ондағы ерітінді қайтадан күлгін түске бояла бастайды. Бұл операцияны көп рет қайталауға болады.

Түсініктеме. Тиониннің (C₁₂H₉N₃S) фотохимиялық тотықсыздану реакциясы келесі теңдеу бойынша жүреді:

Fe²⁺ + тионин Fe³⁺ + тионин (тотықсыз)

күлгін бояу түссіз

Реакция сол жақтан оң жаққа қарай тиониннің жарық сәулелерін сіңіруімен жүреді. Ал кері реакция қараңғыда өтеді. Қышқыл ортада тионин пурпурлы катион түзеді. Тионинге бір электрон қосылғанда ол түссіз семитионинге айналады.

Беттік құбылыстар. Сорбция процестері

Екі немесе бірнеше заттардың ұсақ бөлшектерінен тұратын дисперстік жүйелердің беткі қабатындағы жүретін құбылыстардың маңызы зор. Бұл құбылыстар заттардың табиғаты мен беткі қабаттың мөлшеріне тікелей байланысты.

Беткі қабаттағы молекулалар саны көп болғандықтан жұмсалынбай қалған керіліс күштерінің арқасында беткі қабаттың еркін энергия деп аталатын энергияға ие болады.

Еріген заттың немесе газдың өздігінен қатты заттың немесе сұйықтың бетіне өздігінен сіңірілуі сорбция деп аталады. Өз бойына газбен сұйықты сіңіретін зат сорбент, ал сіңірілетін зат сорбтив деп аталады. Сорбцияға кері процесс десорбция деп аталады. Сорбциялық процестер адсорбцияға және абсорбцияға бөлінеді. Адсорбция процесінде зат дененің бетінде сіңіріледі, абсорбция процесінде зат дененің барлық көлемімен сіңіріледі. Сорбент және сорбтивтің әрекеттесуінің сипатына байланысты сорбция физикалық (Ван-дер-Ваальс күштері) және химиялық немесе хемосорбция деп бөлінеді. Химиялық сорбция абсорбциялық және адсорбциялық деп бөлінеді.

Физикалық сорбция мен хемосорбция арасында нақты шекара жүргізу қиын, сондықтан мұндай бөлу шартты болып келеді. Хемосорбция – деп сіңірілетін затпен сіңіретін заттың бір-бірімен жаңа зат түзу арқылы химиялық әрекеттесуін айтады.

Айтылған процестердің ішінен адсорбция процесі маңызды болып келеді. 1м² адсорбенттің аудан бетімен сіңірілетін заттың мөлшері меншікті адсорбция деп аталады. Кез келген адсорбенттің бетін өлшеу қиын болғандықтан адсорбцияны 1 кг адсорбентке сәйкес моль санымен көрсетеді (моль/кг) және Г әрпімен белгілейді:

Г – меншікті адсорбция, моль/см²; х- адсорбцияланған заттың моль саны;

S – адсорбенттің беттік ауданы ;

m – адсорбенттің массасы (кг).

Меншікті адсорбция температураға, қысымға тәуелді (егер адсорбтив газ болса), ал адсорбция ерітіндіде жүрсе температураға, концентрацияға және адсорбенттің беткі ауданына тәуелді.

Адсорбция процестері қайтымды. Адсорбция процесі экзотермиялық, яғни Ле-Шателье принципі бойынша оны төмен температурада жүргізген тиімді. Адсорбция процесі келесі фазалар шекарасында өту мүмкін: қатты зат – газ, қатты зат – сұйық, сұйық – газ.

Қатты дененің бетіндегі газдардың адсорбциясы Ленгмюр теңдеуімен сипатталанады:

мұндағы Г – адсорбция шамасы (моль/кг)

Г_max – максимальды адсорбция шамасы (моль/кг)

С – тепе-теңдік концентрация

К – тұрақты шама

Кеуекті және порошок тәріздес адсорбенттермен сұйықтардың адсорбциясы Фрейндлихтің эмпирикалық теңдеуімен жақси сипатталанады:

немесе логарифмденген түрі

мұндағы Х – адсорбцияланған заттың моль саны

m – адсорбенттің өлшендісі, кг

С_p – адсорбциялық тепе-теңдік орнаған соң ерітіндідегі заттың концентрациясы, кмоль/м³

K және 1/n – эмпирикалық константалары

Сұйықтардың бетіндегі газдардың адсорбциясын зерттеудің ең қолайлы әдісі – адсорбция шамасымен байланысқан сұйықтардың беттік керілуін өлшеу болып табылады. Адсорбцияланған заттың беттік концентрациясы мен беттік керілу арасындағы тәуелділік Гиббс теңдеуімен анықталады:

мұндағы Г – 1м² беттік ауданға сәйкес келетін адсорбцияланған заттың кмоль саны, R – газ тұрақтысы (8,313*10³ Дж/град*кмоль),

Т – абсолюттік температура,

С – тепе-теңдік концентрация (кмоль/м³),

– беттік керілу шамасы (н/м).