Кеуекті адсорбенттер

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

Реферат

Газдардың қатты дене бетіндегі адсорбциясы

Орындаған: Сапаралиева Сулухан ТФП-24
Қабылдаған: Айтбекова Д.Е

Қарағанды
2018-2019 оқу жылы

Жоспар:
Кіріспе
Негізгі бөлім
Тұрақты температура кезіндегі газ адсорбциясының оның концентрациясына тәуелділігі
Ленгюмордың мономолекулярлы адсорбция теориясы
Полимолекулярлы адсорбция теориясы
Каппилярлы конденсация
Газ адсорбциясының тәжірибелік қолданысы
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе
Газдардың қатты дене бетіндегі адсорбциясы
Қатты заттардың бетінде газбен немесе бумен байланыста болғанда оң адсорбция орын алады, яғни, тепе-теңдік жағдайында газ бетінің шоғырлануы жүйенің көлеміне қарағанда жоғары болады.

Газдардың қатты дене адсорбетіндегі адсорбция ерекшеліктері
1. Қатты заттың беті сұйықтық бетіне қарағанда күрделі, гетерогенді сипатқа ие. Тіпті жылтыраған айна бетіне см-ге дейін өлшемдері бар проекциясы бар.
2. Адсорбция бүкіл бетте емес, тек белсенді орталықтарда пайда болады.
3. Адсорбция кинетикалық түрде қалпына келеді - газ адсорбциясымен қатар, оның десорбциясы жүреді. Адсорбция тепе-теңдігі өте тез орнатылады. Газ молекуласы адсорбцияланған деп саналады, егер ол белгілі бір уақыт ішінде беткей қабатында болса, адсорбция уақыты τ деп аталады. Тәжірибелі анықтау әдістері де бар. Осылайша, әйнекке сіңдірілген кадмий буы үшін τ=10-6-10-12 температурасына байланысты; шыныда аргон буларының үшін 90К кезінде τ=3*10-5 және 78К3 кезінде τ=75*10-5
Адсорбциялық күштердің сипатына қарай газдар мен булардың адсорбциясы физикалық және химиялық болуы мүмкін.
Жоғары температура кезінде физикалық адсорбция азаяды, себебі газ молекулаларының жылу қозғалысы қарқындылығы артып, жүйенің бүкіл көлемі бойынша бірте-бірте таратылады. Бұл адсорбция уақытының төмендеуіне, демек, адсорбцияланған зат мөлшерінің азаюына әкеледі.
Хемосорбция кезінде адсорбат молекулалары адсорбентпен химиялық қосылыстарды құрайды. Хемосорбция беткей болуы мүмкін (химиялық реакция беткей қабатында ғана орын алады). Мысалы, алюминий бетіндегі оттегінің адсорбциясы барысында келесі реакция болады:
4Al +3O2 = 2Al2O3
соның нәтижесінде алюминий күшті оксидті пленкамен жабылады.
Хемосорбция бетіндегі реакция нәтижесінде пайда болған заттың қабаты қатты адсорбенттің көлеміне газдың енуіне кедергі келтірмейді, мысалы:
CaO(тв)+СО2(г)= CaCO3(тв)
Физикалық адсорбцияға қарағанда, хемосорбция кері қайтарылмайды.
Аралық жағдайларда әдетте адсорбентті заттардың үлкен бөлігі адсорбентпен әлсіз байланысқан және оның іздері мықтап жалғанған және тек ұзақ жылыту және эвакуациялау арқылы жойылуы мүмкін болған кезде пайда болады. Төмен температураларда никельдегі сутегі химиялық реакцияның төмен жылдамдығынан физикалық сіңіріледі, бірақ температура жоғарылағанда, адсорбция химиялық реакциялар түрі бойынша айқын белсендіру энергиясымен пайда болады.
4. Адсорбенттің беті жиі кеуекті болып табылады. Кеуектердің болуы капиллярлы конденсациямен бірге адсорбцияның жүруіне алып келеді.
5. Беттік процесс болып табылатын адсорбциямен қатар, газдың немесе булардың тұтас көлемімен (мысалы, металдан жасалған палладий немесе платина арқылы сутектің сіңірілуі) жұтып қоюға болады. Бұл құбылыс адсорбция деп аталады.
Қатты адсорбентте газдың адсорбциясы а сандық сипатымен көрсетеді:
аі=vimмольг
онда v - қатты адсорбентте i-ші газдың сіңірілуі мөлшері; м - адсорбент массасы.
Кейде газдың орнына массасы (m) көрсетілген:
аі=mimгг
Жиі газдың көлемі қалыпты жағдайларға дейін төмендейді:
аі=22400vimсм3г
Адсорбция сипатын берілген мәннің өлшемі бойынша анықтау оңай.
Қатты адсорбенттегі газ адсорбциясының мөлшері келесі факторларға байланысты:
:: температура;
:: үстіңгі қабаттағы будың немесе газдың концентрациясы (тепе-теңдік қысымы);
:: қатты заттың сипаты;
:: газдың сипаты.

Негізгі бөлім
Тұрақты температура кезіндегі газ адсорбциясының оның концентрациясына тәуелділігі
Газ адсорбциясы сипатталуы мүмкін:

1. Адсорбирлеген заттардың мөлшерінің температураның тұрақты тепе-теңдік р қысымынан тәуелділігі. а = f (p) қисықтары адсорбциялық изобар деп аталады. Жоғарыда айтылғандай, физикалық адсорбция кезінде температураның жоғарылауы кезінде адсорбция төмендейді: d dT 0.
2. Адсорбцияланған зат мөлшерінің тұрақты температурада тепе-теңдік қысымына тәуелділігі. T = const кезінде a = f (p) графиктері адсорбциялық изотермалар деп аталады. Изотерма адсорбцияны зерттеуде шешуші рөл атқарады, сондықтан біз бұл қисықтарды қарастырамыз.
1-суретте температурада физикалық адсорбцияның типтік изотермалары көрсетілген.
Изотермалардың үш бөлімі бар. Бастапқы дерлік І тікелей аймақ төмен қысымдар кезінде адсорбция қысымға пропорционалды екенін көрсетеді. Бұл адсорбенттің беті іс жүзінде еркін болған жағдайға сәйкес келеді. III көлденең қима жоғары қысымда адсорбция іс жүзінде қысымнан тәуелсіз екенін көрсетеді. Бұл оның беткейі адсорбтивпен толтырылғандығына байланысты. II қисықтың аралық бөлігі беттің ішінара толтырылуына сәйкес келеді.
Жоғарыда көрсетілген температураға байланысты адсорбцияға әсер ету туралы 1-суретте көрсетілген жоғарғы қисық, төменгі температураға сәйкес - төменгіден жоғары тұр.

1-сурет. Екі температура кезіндегі адсорбция изотермасы
Т1 температурасы кезіндегі изотерма
Т2 температурасы кезіндегі изотерма
Адсорбцияның аналитикалық сипаттамасы үшін Фрейндлих эмпирикалық теңдеуді жасады: a=b*p1n
мұндағы b және 1 n - газ мен температура сипаттамасына және жүйеде тепе-теңдік газ қысымына тәуелді емес тұрақты.
Фрейндлих теңдеуі - параболалық теңдеу. Ол барлық изотерманы емес, оның қисық сызықты бөлімін сипаттау үшін қолданылуы мүмкін. I сызықтық сегмент үшін, тұрақты 1 n бірге тең болуы керек.

Сонда Фрейндлих теңдеуі мына түрді алады:
a=b*p
Осылайша, төмен газ қысымындағы адсорбцияның мөлшері қысымға тікелей пропорционалды (Генри заңы).
III көлденең қиманы сипаттау үшін тұрақты 1 н нөлге тең болуы керек. Сонда a=b*p0=b.
Осылайша, Фрейндлих теңдеуі изотерманың қисық бөлігіне ғана жарамды.
lna=lnb+1nlnp
2-сурет. Логарифмдік концентрациядағы адсорбция изотремасы
ln a - ln p координаттарында бұл бастапқыдан өтпейтін түзу сызықтың теңдеуі (2-сурет). Қисық бұрыштың тангенесі 1 н құрайды, ал ординат осінде кесілген сегмент ln b. Фрейндлих теңдеуі тәжірибелік нәтижелерді өңдеу кезінде жиі қолданылады. Негізгі Гиббс теңдеуі қатты адсорбенттерде адсорбцияны сипаттау үшін де орынды екенін ескеру керек, бірақ бұл теңдеудің практикалық қолданылуы күрделі, өйткені "қатты зат-газ" беткейінде беттік кернеуді тікелей өлшеу мүмкін емес.

Ленгюмордың мономолекулярлы адсорбция теориясы
Біз осы теорияны сұйықтық бетіндегі ерігіштігі адсорбциясына қатысты қарастырдық. Мономолекулярлы газ адсорбциясының қатты адсорбентіне арналған теориясын әзірлеу кезінде И. Ленгмюр келесі болжамдардан тұрды:
адсорбция бөлек адсорбциондық орталықтарда локализацияланған (молекулалар беті бойынша қозғалмайды), олардың әрқайсысы тек бір газ молекуласымен өзара әрекеттеседі; нәтижесінде мономолекулалық қабат қалыптасады;
адсорбциондық орталықтар энергетикалық балама болып табылады - адсорбенттің беті эквипотенциалды;
адсорбирлеген молекулалар бір-бірімен өзара байланыспайды;
қатты адсорбенттегі газ адсорбциясы квазихимиялық реакция ретінде қарастырылуы мүмкін, оның теңдеуі келесідей жазылуы мүмкін:

газ молекуласы+белсенді орталық -- адсорбционды комплекс

Газ концентрациясының (қысымының) артуымен тепе-теңдік адсорбциялық кешеннің қалыптасуына ауысады, ал еркін белсенді орталықтар кішірек болады.
Адсорбцияның тепе-теңдік тұрақтысы:

4-сурет. Сатылық адсорбция изотермасы
5-сурет. Адсорбцияның S тәрізді изотермасы
мұнда, - кешеннің бетіндегі концентрациясы, сВ - газ концентрациясы. Мономолекулярлық адсорбция теориясын қолданып, сатылы адсорбцияны сипаттауға болады, оның изотермасы 4-суретте көрсетілген. Изотерманың табиғаты адсорбент бетінде белсенді орталықтар топтары бар екендігін түсіндіреді, олардың адсорбциялық белсенділігіне күрт айырмашылығы бар. Осылайша, I сатысы белсенді орталықтар толтырылуына, ІІ кезеңге - келесі белсенді орталықтарды толтыру үшін және т.б.
Ленгмюр теңдеуі тек заттың адсорбциясы мономолекулалық қабаттың қалыптасуымен бірге жүрсе ғана қолданыла алады. Бұл жағдай химиялық жіктеу кезінде және газдардың физикалық адсорбциясы кезінде төмен қысымдар мен сыни температуралардан (адсорбенттің бетіндегі конденсация болмағанда) физикалық түрде қанағаттандырылады.
Тәжірибе көрсеткендей, 1 мен 2-суретте көрсетілген адсорбциялық изотермалармен бірге, S-тәрізді изотермалар бар, онда қысым осіне параллель орналасқан және адсорбент бетінің адсорбционды молекулалармен қаныққанына сәйкес келетін аймақ жоқ. Мұндай изотермалардың формасы 5-суретте көрсетілген. Осы изотермалардың табиғатын түсіндіру қажеттілігіне байланысты басқа теорияларға қажеттілік туындайды.

Бұл теңдеу Ленгмюрдің мономолекулалық адсорбциясының изотермалық теңдеуі деп аталады.

Полимолекулярлы адсорбция теориясы

5- суреттегі A нүктесінде изотерма жоғары көтеріледі, адсорбтивтің адсорбентпен байланыстыру молекулалық қабат қалыптасқаннан кейін тоқтамайтынын көрсетеді.
Мұны түсіндіру үшін 1915 жылы Поляни полимолекулярлық адсорбция теориясын ұсынды, ол да потенциалды деп аталды.
Поляни теориясының негізгі ережелері:
1) адсорбция таза физикалық күштерге байланысты;
2) адсорбенттің бетінде белсенді орталықтар жоқ, адсорбциялық күштер беткейге жақын жерде әрекет етеді және осы беткейдің жанында үздіксіз күш өрісін құрайды;
3) адсорбциялық күштер жеке адсорбциялық молекулалардың мөлшерінен асатын салыстырмалы түрде үлкен қашықтықта әрекет етеді, сондықтан адсорбент молекулалары толтырылған адсорбенттің бетіне жақын адсорбция көлемі туралы айтуға болады;
4) адсорбциялық күштердің әсері бетінің қашықтығымен азаяды және кейбір қашықтықта нөлге тең болады;
5) адсорбенттің беті арқылы берілген молекуланы тарту ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.