Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Tab.1. Wartości równoważnikowego przewodnictwa jonowego oraz ruchliwości jonów w roztworze nieskończenie rozcieńczonym w temp. 298K. Jon 0+ 0+ /V.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Tab.1. Wartości równoważnikowego przewodnictwa jonowego oraz ruchliwości jonów w roztworze nieskończenie rozcieńczonym w temp. 298K. Jon 0+ 0+ /V."— Zapis prezentacji:

1

2

3

4

5 Tab.1. Wartości równoważnikowego przewodnictwa jonowego oraz ruchliwości jonów w roztworze nieskończenie rozcieńczonym w temp. 298K. Jon /V (cm/s)/(V/cm) Jon /V (cm/s)/(V/cm) H+H+ 349,836,3OH ,5 Li + 38,74,01Cl - 75,27,91 Na + 50,15,19J-J- 76,87,95 K+K+ 73,527,61CH 3 COO - 40,94,23 Ag + 61,926,41SO ,88,27 NH ,47,6 Ca 2+ 59,56,16 La 3+ 69,67,21

6 Tab.2. Ilustracja prawa niezależnego ruchu jonów Kohlrauscha: 0 = dla temp. 298K. Elektrolit 0 = 0(K + ) - 0(Li + ) Elektrolit 0 = 0(Cl - ) - 0 (NO 3 - ) a) KCl148,72 a) LiCl113,9 b) LiCl113,9 a – b = 34,82 b) LiNO 3 109,0 a – b = 4,9 c) KClO 4 140,91 c) KCl148,72 d) LiClO 4 106,09 c – d = 34,82 d) KNO 3 143,82 c – d = 4,9 e) HCl425,0 f) HNO 3 420,1 e – f = 4,9

7 Zamiast ekstrapolacji zależności 0 = f(c) w praktyce wykorzystuje się prawo Kohlrauscha do obliczania wartości granicznego przewodnictwa równoważnikowego elektrolitów słabych np. kwasu octowego: 0(CH 3 COOH) = 0(CH 3 COONa) + 0(HCl) - 0(NaCl) stąd w temperaturze 298K: 0(CH 3 COOH) = 91,0 {50,1+40,9} + 425,0 {349,8+75,2} – 125,3 {50,11+75,2} = 390,7 bowiem: 0(Na + ) + 0(CH 3 COO - ) + 0(H + ) + 0(Cl - ) - 0(Na + ) - 0(Cl - ) = 0(CH 3 COO - ) + 0(H + )

8

9

10

11 Walther Nernst From Wikipedia, the free encyclopedia. Walther Hermann Nernst (June 25, November 18, 1941) was a Polish-German chemist who helped establish the modern field of physical chemistry. Nernst contributed to electrochemistry, thermodynamics, solid state chemistry and photochemistry. He is also known for discovering the Nernst equation.June November PolishGermanchemistphysical chemistryelectrochemistry thermodynamicssolid state chemistryphotochemistryNernst equation Nernst was born in Briesen, Prussia. He studied physics and mathematics at the universities of Zürich, Berlin and Graz. After some work in Leipzig, he founded the Institute for Physical Chemistry and Electrochemistry at Göttingen. Nernst invented, in 1898, the Nernst lamp, an electric lamp using an incandescent ceramic rod (the successor to the carbon lamp and the precursor to the incandescent lamp).BriesenPrussiaZürich BerlinGrazLeipzigGöttingeninvented1898Nernst lamplampcarbon lampincandescent lamp Nernst researched osmotic pressure and electrochemistry. Around 1906 he established what he referred to as a "heat theorem", later known as the Third law of thermodynamics (which describes the behavior of matter as temperatures approach absolute zero).osmotic pressureelectrochemistryThird law of thermodynamicsmatterabsolute zero In 1920, he received the Nobel Prize in chemistry in recognition of his work in thermochemistry. In 1924, he became director of the Physikalisch-Chemisches Institut in Berlin, a position from which he retired in Nernst went on to work in electroacoustics and astrophysics.Nobel Prize in chemistryelectroacousticsastrophysics Nernst invented an electrical piano, in 1930, replacing the sounding board with radio amplifiers. The piano used pickups to produce electronically modified and amplified sound resembling that of an electric guitar. His Nernst glower, important in the field of spectroscopy, is a solid-body radiator with a filament of rare-earth oxides. Continuous ohmic heating of the filament results in conduction. The glower operates best in wavelengths from 2 to 14 micrometers.pickups electric guitarNernst glowerspectroscopy

12

13

14 Elektrody drugiego rodzaju składają się z metalu, jego trduno rozpuszczalnej soli oraz elektrolitu zawierającego aniony wchodzące w skład trudno rozpuszczalnej soli. Rys.8 Schemat elektrody kalomelowej Przykładem elektrody drugiego rodzaju jest elektroda kalomelowa. Elektroda ta składa się z naczyńka, w którym w charakterze kontaktu, umieszczony jest drucik platynowy, zanurzony w rtęci znajdującej się na dnie naczynia. Rtęć pokryta jest warstwą mieszaniny rtęci i chlorku rtęciowego Hg 2 Cl 2 (kalomel) a nad tą mieszaniną znajduje się roztwór chlorku potasu KCl (rys. 8). Budowę elektrody kalomelowej mozna przedstawić następującym schematem. Hg, Hg 2 Cl 2(s) || KCl Reakcją połówkową redukcji w przypadku kalomelu jest; Hg 2 Cl 2(s) + 2e --> 2Hg (c) + 2Cl - (aq) E o = +0,27V O potencjale elektrody kalomelowej decyduje stężenie jonów chlorkowych, wobec których jest odwracalna.

15 Szereg napięciowy metali ElektrodaReakcja elektrodowaPotencjał standardowy Li/Li + Li Li + + e- 3,05 K/K + K K + + e- 2,93 Ca/Ca 2+ Ca Ca e- 2,84 Na, Na + Na Na + + e- 2,71 Mg/Mg 2+ Mg Mg e- 2,37 Al/Al 3+ Al Al e- 1,66 Zn/Zn 2+ Zn Zn e- 0,76 Cr/Cr 3+ Cr Cr e- 0,71 Fe/Fe 2+ Fe Fe e- 0,44 Cd/Cd 2+ Cd Cd e- 0,43 Co/Co 2+ Co Co e- 0,25 Ni/Ni 2+ Ni Ni e- 0,24 Sn/Sn 2+ Sn Sn e- 0,14 Pb/Pb 2+ Pb Pb e- 0,13 H 2 /H + H 2 2H + + 2e- 0,00 Cu/Cu 2+ Cu e Cu+ 0,345 Hg/Hg 2+ Hg e Hg+ 0,854 Ag/Ag + Ag + + e Ag+ 0,800 Au/Au + Au + + e Au+ 1,420

16

17 Anode: Ag = Ag + + e Cathode: Ag + + e = Ag

18

19

20

21

22

23

24 Procesy sorpcji wykorzystuje się m.in.: - w pochłaniaczach typu maski przeciwgazowe; podczas I wojny światowej Prusy zastosowały gaz bojowy fosgen, a maski do jego pochłaniania wypełnione były węglem aktywnym o powierzchni właściwej dochodzącej do m 2 (1ha)/g, - w procesach oczyszczania wody i ścieków złoże (np. piasek) sorbuje lub filtruje, a koloidalne micelle {Al(OH) 3 } i {Fe(OH) 3 } powstałe w wyniku procesu koagulacji- flokulacji sorbują organiczne zanieczyszczenia wody i ścieków, -w procesach oczyszczania produktów ciekłych np. żywności, -w analitycznych metodach typu chromatografii - w katalizie i katalizatorach heterofazowych (np. samochodowych).

25

26 Wyniki ilościowych badań sorpcji (zjawisk powierzchniowych) przyjęto przedstawiać za pomocą następujących zależności: a) izoterma adsorpcji, czyli zależność adsorpcji x/m=f(p) przy T=const, b) izobara adsorpcji ("izopikna") x/m=f(T) przy p=const, c) izostera adsorpcji (izochora) p=f(T) przy x/m=const.

27 Generalnie teorię Langmuira można zgrupować w trzech postulatach: 1. W procesie sorpcji udział bierze część powierzchni zwana centrami aktywnymi (które wyobrażać można sobie np. jako "dziuple" w powierzchni adsorbenta), a na jednostkę powierzchni adsorbenta przypada ściśle określona liczba centrów aktywnych. 2. Warstwa adsorpcyjna jest monomolekularna tzn. na jedno centrum aktywne przypada jedna cząsteczka, atom lub jon adsorbatu. 3. Adsorpcja jest procesem odwracalnym tzn. adsorpcja desorpcja podobnie jak kondensacja parowanie. Według Langmuira szybkość adsorpcji w stałej temperaturze zależy od ciśnienia cząstkowego lub stężenia substancji adsorbowanej oraz od ułamka wolnej powierzchni adsorbenta.

28 IZOTERMA LANGMUIRA Założenia: 1. Całkowita powierzchnia adsorbentu: S = S z + S 0 2. Ułamek powierzchni zajętej (przez adsorbat): z = S z /S 3. Ułamek powierzchni niezajętej: z 0 = S 0 /S stąd: z + z 0 = 1 a) szybkość adsorpcji: V a = k a (1-z) p, lub V a = k a (1-z) c b) szybkość desorpcji: V d = k d z zgodnie z postulatem nr 3 teorii Langmuira w stanie równowagi: V a = V d stąd: k a (1-z) p = k d z, więc k a p – k a z p = k d z i dalej k a z p + k d z = k a p w końcu: z = k a p/(k d + k a p) (1)

29 Zakładając, że adsorpcja (x/m) zawsze jest częścią tzw. adsorpcji maksymalnej tzn.: x/m = z (x/m) max, skąd z = (x/m)/(x/m) max i wstawiając to w miejsce z w równaniu (1) otrzymujemy równanie (2): x/m = (x/m) max k a p/(k d + k a p) (2) po podzieleniu licznika i mianownika przez k d otrzymuje się kolejne r-nie: x/m = (x/m) max (k a /k d ) p/[1 + (k a /k d ) p] (3) zakładając, że: (x/m) max (k a /k d ) = a, zaś k a /k d = b otrzymujemy w końcu równanie izotermy Langmuira: x/m =

30

31 ZASTOSOWANIE RÓWNANIA LANGMUIRA a) sprecyzowania mechanizmu badanego procesu sorpcji, b) określenia struktury powierzchni badanego adsorbenta (np. średniego rozmiaru/średnicy centrów aktywnych sorbenta), c) wyznaczenia rozmiaru cząstek sorbatu, d) oznaczenia energii wiązania sorbent-sorbat etc. etc..

32 Jeżeli cząsteczki w warstwie adsorpcyjnej wykazują pewną ruchliwość na powierzchni, to najpierw zostają wysycone te centra adsorpcyjne, które charakteryzują się największą energią adsorpcji, a następnie kolejno te o coraz mniejszej energii adsorpcji. W szczególnym przypadku, gdy energia adsorpcji maleje liniowo z logarytmem liczby zaadsorbowanych cząsteczek, równanie izotermy przybiera postać: dla gazów: x/m = k p (1/n) dla roztworów: x/m = k c (1/n) gdzie: n>1 {najczęściej zaś 0,2<(1/n)<0,9} p – ciśnienie cząstkowe gazu c – stężenie roztworu sorbatu po zlogarytmowaniu: lg (x/m) = lg k + (1/n) lg p lub: lg (x/m) = lg k + (1/n) lg c

33 WYBRANE CECHY CHEMISORPCJI chs 1.chs ma charakter chemiczny, 2.do detekcji zmian stanu elektronowego w chs służyć mogą takie metody fizyczne jak: spektroskopia mikrofalowa lub w podczerwieni, pomiar przewodnictwa, rezonans magnetyczny etc., 3.na przykład w wyniku dysocjacji na granicy faz adsorbent-adsorbat w procesie chs mogą zmieniać się właściwości chemiczne adsorbentu i adsorbatu, 4.właściwości te mogą się zmieniać również w wyniku reakcji nieodwracalnych i w tym sensie adsorpcja i desorpcja chemiczna nie są zespołem procesów odwracalnych, 5.energia chs jest wielkością rzędu ciepła reakcji chemicznej, co oznacza że chs może być egzotermiczna bądź endotermiczna, a zmiany energii towarzyszące chs mieszczą się w zakresie od bardzo niskich do bardzo wysokich, 6.podstawowy akt chs często wymaga energii aktywacji, 7.przy wysokiej energii aktywacji chs tj. w procesie tzw. adsorpcji aktywowanej, stan równowagi osiąga się bardzo wolno i w praktyce nie do końca, 8.dla chs gazu na ciele stałym przy stałym wzroście ciśnienia w określonym zakresie temperatur chs rośnie wraz ze wzrostem temperatury 9.przy wysokiej energii aktywacji procesu desorpcji chemicznej całkowite usunięcie zaadsorbowanych cząstek gazu z powierzchni stałego adsorbentu jest możliwe jedynie w warunkach: a) ekstremalnych temperatur, b) wysokiej próżni, c) odpowiedniej chemicznej obróbki powierzchni adsorbentu, 10.w procesie chs pojedyncze cząstki adsorbatu najczęściej łączą się z powierzchnią adsorbentu za pomocą wiązań kowalencyjnych zapełniając poszczególne miejsca adsorpcyjne (centra aktywne) tej powierzchni formując tzw. monowarstwę; chs prowadzi najczęściej do monomolekularnej warstwy adsorbatu na powierzchni adsorbentu.

34 WYBRANE CECHY ADSORPCJI FIZYCZNEJ fs 1. określone oddziaływania w fs mogą wynikać z geometrycznych i/lub fizykochemicznych właściwości adsorbentu i/lub adsorbatu, 2. w procesie fs nie obserwuje się istotnych zakłóceń w chmurach elektronowych adsorbentu i adsorbatu, 3. chemiczna natura i struktura cząstek przed fs jest identyczna z naturą i strukturą cząstek po fs, 4. energia oddziaływań cząstek adsorbatu i adsorbentu w fs jest rzędu energii kondensacji adsorbatu, chociaż zwykle jest nieco większa, 5. podstawowy akt fs nie wymaga energii aktywacji, 6. szybkość fs uzależniona jest od szybkości przemieszczania się cząstek, a stan równowagi, uzależniony od temperatury, w fs osiąga się powoli, 7. w fs gazu na ciele stałym w obszarze niskich ciśnień ze wzrostem ciśnienia fs rośnie, a ze wzrostem temperatury fs maleje; w przypadku układów wykazujących histerezę fs stan równowagi może okazać się metastabilny, 8. w określonym zakresie ciśnienia i temperatury cząstki gazu mogą być adsorbowane fizycznie z obszaru bezpośredniego kontaktu z powierzchnią adsorbentu, co prowadzi zwykle do adsorpcji wielowarstwowej (multimolekularnej), lub do stopniowego wypełniania porów adsorbentu przez kolejne cząstki adsorbatu.

35

36

37

38 Tabela 1. Rozpuszczalność a adsorpcja jodu z roztworów. Rozpusz- czalnik Rozpuszczal- ność jodu Adsorpcja jodu z roztworu ========== disiarczek węgla ========== 4,5 ========== 1,0 ___________ chloroform ___________ 2,0 ___________ 1,8 tetrachlorek węgla 1,04,8 Jak widać z danych tabeli 1 adsorpcja jodu z odpowiedniego roztworu rośnie wraz ze zmniejszaniem się rozpuszczalności jodu w odpowiednim rozpuszczalniku.

39

40

41

42 faza ośrodek dyspersyjny rozproszonaciekłystałygazowy ciekła emulsje koloidy: zole, emulsoidy np. minerały z ciekłymi wrostami mgła koloidy: aerozole stała zawiesiny koloidy: zole, suspensoidy mieszaniny koloid: szkło złoto-rubinowe dym, pył kolidy: aerozole gazowa piany dyspersje gazowe stałe piany pianka morska (krzemian magnezu) brak

43 Właściwości zoli liofobowych i liofilowych. Zole liofoboweZole liofilowe określona powierzchnia rozdziału faz stabilne na skutek ładunku elektrycznego koagulacja przy małym stężeniu elektrolitu "izolabilne" tzn. cząsteczki koagulują w punkcie izoelektrycznym jony tego samego znaku podwyższają stabilność zdolność koagulacyjna jonu mocno uzależniona jest od jego wartościowości małe ciśnienie osmotyczne często optycznie dostrzegalne aż do 10 m po wysuszeniu przeważnie ponownie nierozpuszczalne powierzchnia rozmyta otoczką solwatacyjną, utworzoną przez rozpuszczalnik stabilne na skutek otoczki solwatacyjnej koagulacja tylko przy dużym stężeniu elektrolitu "izostabilne" tj. trwałe również w punkcie izoelektrycznym zdolnośc koagulacyjna jonu nie zależy od jego wartościowości duże ciśnienie osmotyczne działanie ochronne na zole liofobowe często rozpuszczalne ponownie często samorzutnie rozpuszczalne koloidowo

44 2. Otrzymywanie układów koloidalnych. Zasadniczo wyróżnia się dwie metody otrzymywania układów zdyspergowanych koloidowo: 1) Metoda kondensacyjna. Ogólnie w metodzie tej wychodząc z obszaru rozdrobnienia cząsteczkowego dochodzimy do układu koloidowego poprzez agregację, polikondensację lub polimeryzację jonów, cząsteczek lub atomów. Efekt ten uzyskujemy w różnorodny sposób: a)przez obniżenie rozpuszczalności - ciało które chcemy zdyspergować przenosi się ze środowiska w którym jest ono dobrze rozpuszczalne do takiego w którym jest ono nierozpuszczalne np. wlanie alkoholowego roztworu żywicy do wody, b) metodami redukcyjnymi np. otrzymywanie zoli złota lub zoli siarki: 2HAuCl 4 + 3H 2 O 2 = 2Au + 8HCl + 3O 2 Na 2 S 2 O 3 + 2HCl = S + SO 2 + 2NaCl + H 2 O c) metodami oksydacyjnymi np. otrzymywanie zoli siarki: SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 O d) metodami hydrolitycznymi np. otrzymywanie zolu {Fe(OH) 3 }: FeCl 3 + 2H 2 O = Fe(OH)Cl 2 + HCl + H 2 O = Fe(OH) 2 Cl + 2HCl =... e) przez reakcje podwójnej wymiany np. otrzymywanie kwasu krzemowego: Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 + 2NaCl f) metodami polikondensacyjnymi i polimeryzacyjnymi.

45 2) Metoda dyspersyjna. W metodzie tej wychodząc z układów gruboziarnisto zdyspergowanych rozdrobnienie koloidowe uzyskujemy przez rozdrobnienie już istniejących, rozgraniczonych powierzchniami rozdziału cząstek lub przez rozpuszczenie substancji makrocząsteczkowych. Efekt ten osiągamy: a) sposóbem mechanicznym - przez mielenie np. krzemu, arsenu, antymonu czy grafitu w młynach kolidowych - przez zastosowanie ultradźwięków np. do otrzymywania emulsji rtęci, czy dyspergowania miki, hematytu, grafitu, lub siarki - w otrzymywaniu tzw. aerodyspersoidów, gdy z cieczy tworzy się mgłę za pomocą rozpylacza - przez otrzymywanie emulsji np. oleju w wodzie z zastosowaniem tzw. emulgatora w postaci mydła, saponiny, gumy arabskiej, kleju, czy żelatyny, b) metodami peptyzacyjnymi, w których osad przeprowadza się w zol za pomocą tzw. peptyzatorów (np. cukier i inne bogate w grupy OH związki, pirofosforan sodowy, cytryniany, mydła) - tak otrzymać można zol AgCl czy CdS, c) za pomocą dyspersji termicznej lub za pomocą promieniowania np. koloidalny roztwór fosforu otrzymać można ogrzewając fosfor do temp. 475K i następnie szybko go schładzając.

46 Procesy dyspersyjne związane są ściśle z procesami kondensacyjnymi w elektrycznych metodach otrzymywania układów koloidalnych. Metody elektryczne obejmują: a) rozpylanie prądem stałym polegające na wytworzeniu łuku elektrycznego pomiędzy elektrodami wykonanymi z rozpylanego metalu, znajdującymi się w ośrodku dyspersyjnym. Tak otrzymuje się zole praktycznie wszystkich metali ciężkich oraz pewnych siarczków nieorganicznych (błyszcz ołowiowy), b) rozpylanie prądem zmiennym o dużej częstotliwości. Tą metodą poza zolami metali ciężkich otrzymać można również zole metali alkalicznych oraz siarczki antymonu i miedzi, c) rozpylanie katodowe metali (metaloidów) np. w wodnym ośrodku dyspergującym, najczęściej w obecności elektrolitu.

47 {[BIAŁKO - NH 3 ] +x }nH 2 O {[BIAŁKO - COO] -y }nH 2 O {[(jądro miceli + n jonów) + m przeciwjonów] + x przeciwjonów} gdzie: nawias zwykły określa zakres elektrycznie naładowanej cząstki koloidalnej, nawias kwadratowy zakres granuli (również elektrycznie naładowanej), zaś nawias sześcienny zakres (trudny do uchwycenia, ze względu na "rozmycie" warstwy dyfuzyjnej) elektrycznie obojętnej micelli koloidalnej. Poniżej zamieszczono przykłady micelli wraz z metodą ich otrzymywania: 1) nadmiar AgNO 3 + KCl = AgCl + KNO 3 : {[(AgCl) y nAg + ; (n-x)NO 3 - ] x+ xNO 3 - } 2) nadmiar KCl + AgNO 3 = AgCl + KNO 3 : {[(AgCl) y mCl - ; (m-z)K + ] z- zK + } Zróżnicowanie symboli w przykładach 1) i 2) ma na celu zilustrowanie różnej wielkości (promieni) jonów srebra i jonów chlorkowych. Przestrzennie wielkość jonu może limitować w pewnym zakresie możliwość jego sorbowania na jądrze micelli.

48 3) nadmiar K 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2KCl {[(BaSO 4 ) y nSO 4 2- ; 2(n-x)K + ] 2x- 2xK + } 4) "hydroliza FeCl 3 " tj. FeCl 3 + 3H 2 O = Fe(OH) 3 + 3HCl: {[(Fe(OH) 3 ) y nFe 3+ ; 3(n-x)Cl - ] 3x+ 3xCl - } Zole 1) i 4) to zole elektrododatnie (w polu elektrycznym wędrujące do katody w procesie tzw. kataforezy), zaś zole 2) i 3) to zole elektroujemne (w polu elektrycznym wędujące do anody w procesie tzw. anaforezy). Przy powyższym sposobie otrzymywania zoli w procesach 1), 2) i 3) możliwe jest tzw. przeładowanie koloidu.

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59


Pobierz ppt "Tab.1. Wartości równoważnikowego przewodnictwa jonowego oraz ruchliwości jonów w roztworze nieskończenie rozcieńczonym w temp. 298K. Jon 0+ 0+ /V."

Podobne prezentacje


Reklamy Google