Адсорбция на поверхности твердого тела имеет ряд особенностей. В отличие от жидкостей, поверхность твердого тела имеет сложный, неоднородный характер. Адсорбция происходит не на всей поверхности, а лишь на активных центрах. Также имеет место и физическая, и химическая адсорбции. Очень часто поверхность адсорбента бывает пористой. Наличие пор приводит к тому, что адсорбция сопровождается капиллярной конденсацией.

Адсорбция на твердой поверхности из раствора или из газообразной среды определяется эмпирическим уравнением Фрейндлиха. Для адсорбции из раствора уравнение Фрейндлиха имеет вид:

                                      (2.4.1)

где а – адсорбция, то есть количество вещества, поглощенное 1кг адсорбента, моль/кг; х – общее количество поглощенного вещества на взятой навеске адсорбента, моль; m – масса адсорбента, кг; С_р – концентрация раствора после завершения адсорбции (равновесная), моль/л; К – постоянная, численно равная адсорбции, если равновесная концентрация равна единице;  − постоянная, выраженная правильной дробью.

Уравнение Фрейндлиха представляет собой уравнение параболы. С его помощью можно описать не всю изотерму адсорбции, а только ее криволинейный участок 2 (рис. 2.2).

Постоянные К и  можно определить, графически решив уравнение Фрейндлиха (рис. 2.3). Прологарифмируем его. После логарифмирования оно преобразуется в уравнение прямой, не проходящей через начало координат:

Рис. 2.3. Графический метод определения констант в уравнении Фрейндлиха

Следует отметить, что для описания адсорбции на твердых адсорбентах справедливо фундаментальное уравнение Гиббса. Однако практическое применение этого уравнения затруднено из-за невозможности непосредственного измерения поверхностного натяжения на границе «твердое тело – газ, жидкость».

Лабораторная работа № 8.  Изотерма поверхностного натяжения раствора поверхностно-активного вещества и адсорбция на границе жидкость - газ

Цель работы: определить поверхностное натяжение методом сталагмометрии (метод подсчета капель);

изучить зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ в растворе;

построить изотермы поверхностного натяжения и адсорбции;

определить предельную адсорбцию;

графическим методом определить коэффициенты в уравнении Ленгмюра.

Приборы: сталагмометр, закрепленный на штативе, химический стакан на 100 мл, груша.

Реактивы: растворы ПАВ различной концентрации (шесть растворов), дистиллированная вода.

Поверхностное натяжение определяется методом счета капель; для этого используют прибор сталагмометр.

Порядок выполнения работы

1. Определяют количество капель сначала для воды, а затем для исследуемых растворов. Начинают с самого разбавленного раствора ПАВ и последовательно переходят к растворам большей концентрации. Предварительно промывают прибор исследуемым раствором.

2. Рассчитывают поверхностное натяжение растворов разной концентрации по формуле (Л.1.2).

3. Строят изотерму поверхностного натяжения. По оси ординат откладывают , по оси абсцисс – концентрацию.

4. Определяют поверхностную активность  как производную из графика изотермы поверхностного натяжения. Поверхностную активность рассчитывают в джоулях на метр к киломолю [Дж·м/кмоль].

5. По уравнению (2.2.6) рассчитывают поверхностный избыток Г (R = 8,31·10^{3 [}Дж/ (кмоль·К).

6. Строят изотерму адсорбции (рис. 2.2) (по оси ординат откладывают величину адсорбции, по оси абсцисс – концентрацию). Определяют значение предельной адсорбции.

Далее определяют другим графическим способом величину предельной адсорбции (графический метод решения уравнения Ленгмюра). Все графики выполняются на миллиметровой бумаге с помощью линейки и карандаша.

7. Экспериментальные данные сводят в табл. 7 и анализируют полученные результаты.

Т а б л и ц а 7

8. Отчет оформляется в соответствии с требованиями к оформлению отчетов.