Лабораторная работа № 5. Адсорбция уксусной кислоты активированным углем (2 часа)
Адсорбцией обычно называют обратимый процесс, при котором в поверхностном слое одного вещества концентрируются другие вещества, поглощаемые из окружающей среды. Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией.
Вещество, на поверхности которого происходит поглощение других веществ, называется адсорбентом, а поглощаемое адсорбентом вещество называют адсорбтивом.
Особый практический интерес представляет адсорбция растворенных веществ в виде молекул или ионов на твердых поверхностях.
В результате адсорбции часть растворенного вещества поглощается адсорбентом, исходная концентрация раствора уменьшается и наступает адсорбционное равновесие. Зависимость величины адсорбции от равновесной концентрации при постоянной температуре изображается плавной кривой -изотермой адсорбции, где х - количество адсорбированного вещества на единицу массы адсорбента, а с - равновесная концентрация.
Рис. 1. Изотерма адсорбции
Рассмотрение изотермы адсорбции показывает, что при малых концентрациях растворенного вещества наблюдается прямолинейная зависимость величины адсорбции от концентрации (левая часть кривой), при больших концентрациях (правая часть кривой) количество адсорбированного вещества достигает максимума.
При средних концентрациях величина адсорбции растет пропорционально дробной степени концентрации (средняя часть кривой). Для средних концентраций применимо предложенное Фрейндлихом эмпирическое уравнение
Х =kc1/n
где k и 1/n — эмпирические константы.
Построение изотерм адсорбции и определение констант уравнения Фрейндлиха позволяют дать количественную сравнительную характеристику различных процессов адсорбции, различных адсорбентов и адсорбтивов.
Адсорбция представляет собой избирательное явление, зависящее от свойств адсорбента и адсорбтива. Сильнее поглощаются вещества, сходные по химической природе с адсорбентом.
Поглощение происходит лучше и в том случае, когда адсорбент не имеет сродства к растворителю (не поглощает растворитель). Так, например, один из наиболее часто применяемых адсорбентов, активированный уголь, обладает гидрофобными свойствами, поэтому он хорошо поглощает различные вещества из водных растворов и плохо - из органических растворителей.
Поглощение зависит также от заряда адсорбента и адсорбтива. Оно идет лучше в том случае, когда эти заряды противоположны.
Особенно хорошо адсорбируются крупные окрашенные ионы различных органических красителей. Положительно заряженными адсорбентами хорошо адсорбируются кислые красители (например, эозин, флюоресцеин), которые диссоциируют как кислоты и имеют окрашенный анион: HR ← Н+ + R-.
На отрицательно заряженных поверхностях лучше адсорбируются основные красители (например, метиленовая синь), так как эти красители диссоциируют как основания, образуя окрашенный катион: ROH ← R+ + ОН-.
Избирательная адсорбция различных веществ и способность адсорбированных молекул и ионов вытесняться с поверхности адсорбента другими молекулами и ионами широко используются в хроматографическом анализе для разделения компонентов сложных смесей органических и неорганических веществ, для выделения отдельных соединений,, для очистки воды и реактивов от примесей и т. д.
Цель работы: Вычислить количество уксусной кислоты, адсорбированной активированным углем из растворов различной концентрации, и графически определить константы уравнения Фрейндлиха.