Адсорбционные процессы

Основные уравнения по теме: «Физико-химия поверхностных явлений в функционировании живых систем»

1. поверхностная активность

2. относительная адсорбция на подвижных поверхности раздела фаз (уравнение Гиббса)

3. расчёт площади одной молекулы занимаемой в адсорбционном слое

4. расчёт толщины одной молекулы

5. расчёт адсорбции жидких веществ твёрдыми поверхностями

(уравнение Ленгмюра)

6) расчёт адсорбции газообразных веществ твёрдыми поверхностями

(ур-ние Ленгмюра)

7) Г = К_ф×Сⁿ уравнение Фрейндлиха

Обучающие задачи.

Задача 1.Определить величину адсорбции при 10⁰С для раствора, содержащего 0,05 г в литре нонановой (пеларгоновой) кислоты C₈H₁₇COOH. Поверхностное натяжение воды при данной температуре 74,2×10^-3 н/м, а исследуемого раствора 57× 10^-3 Н/м

Решение: Уравнение Гиббса для адсорбции на границе жидкость-газ имеет вид:

Определяем концентрацию кислоты в растворе

Ответ:Г=7,3×10^-6 моль/м²

Задача 2.Пользуясь правилом Дюкло-Траубе, определите во сколько раз поверхностная активность пальмитиновой кислоты (С₁₅Н₃₁СООН) меньше поверхностной активности арахиновой кислоты (С₁₉Н₃₉СООН).

Решение: Согласно правилу Дюкло-Траубе - при увеличении углеводородного радикала на одну метиленовую группу -СН₂- поверхностная активность увеличивается в 3,2 раза, то в нашем случае

G С₁₅Н₃₁СООН

¾¾¾¾¾¾¾ = 3,2⁴ = 104,85 раза.

G С₁₉Н₃₉СООН

Ответ:увеличивается в104,85 раза

Задача 3.Найдите площадь, приходящуюся на одну молекулу в насыщенном адсорбционном слое анилина на поверхности его водного раствора, если предельная адсорбция равна 6,0 × 10^-6 моль/см²

Решение:

Ответ:S₀= 2,7×10^-19 см²

Задание 4. Опишите поведение приведенных ниже структур в системе вода-липид. В каком качестве они применяются медицине (в хирургии, в частности).

I – бензалкония хлорид (N-бензил-N, N-диметил-N- октадецил аммония хлорид);

II –цистеинилэтил-N, N -диметил-N-цетил аммония хлорид

Ответ: Соединения в своей структуре содержат катион (гидрофильный фрагмент молекулы, склонный растворяться в воде) (полярная головка) и длинный углеводородный «хвост», имеющий гидрофобные свойства (стремящийся максимально отдалиться от воды). В связи с особенностями своего строения соединения обладают дифильными свойствами. Они легко встраиваются в биологические мембраны вирусов и бактерий и способствуют их гибели за счет разрушения биологических мембран. Применяются в медицине, в том числе в хирургии, в качестве антисептических и фунгицидных средств.

Задачи для самостоятельной работы

Задача 1. Пользуясь правилом Дюкло-Траубе, определите во сколько раз поверхностная активность амилового спирта СН₃(СН₂)₃СН₂ОН больше поверхностной активности этилового спирта СН₃СН₂ОН.

Задача 2. Опредлите, во сколько раз поверхностная активность цетилового спирта (С₁₆Н₃₃ОН) больше поверхностной активности гептанола (С₇Н₁₅ОН).

Задача 3. Определите величину адсорбции водного раствора капроновой кислоты (С₅Н₁₁СООН) при 15^оС, если ее концентрация составляет 0,25 моль/л, поверхностное натяжение раствора 35´10^-3 Н/м, а поверхностное натяжение воды равно 73,4´10^-3 Н/м.

Задача 4. Определите величину адсорбции водного раствора пеларгоновой кислоты (С₈Н₁₇СООН) при 10^оС, если ее концентрация составляет 0,05 г/л, поверхностное натяжение воды при указанной температуре равно 74,2´10^-3 Н/м, поверхностное натяжение раствора 57´10^-3 Н/м.

Задача 5. Г_max для изоамилового спирта равна 7×10^-6 моль/см², молярная масса 88 г/моль, r=0,81 г/см³. Определите толщину и площадь, занимаемую одной молекулой на поверхности раздела.

Задача 6. Найдите площадь, приходящуюся на 1 молекулу в насыщенном адсорбционном слое анилина (С₆Н₅NH₂) на поверхности его водного раствора, если предельная адсрбция равна 6,0´10^-6 моль/см².

Тестовые вопросы

1. Какие вещества могут адсорбироваться на угле из крови при гемосорбции?

1) полярные 2) неполярные 3) малополярные

2. Вещество, которое адсорбируется на поверхности адсорбента, называют_______.

1) катализатором; 3) поверхностно-неактивным;

2) адсорбатом; 4) электролитом;

3. При растворении поверхностно-активных веществ поверхностное натяжение____.

1) увеличивается; 2) уменьшается;

3) не изменяется; 4) становится равным нулю.

4. Площадь, занимаемая одной молекулой адсорбтива в насыщенном адсорбционном слое, определяется по формуле:

1) ; 3)

2) 4) .

5. Выберите уравнение Лэнгмюра для расчёта адсорбции газообразных веществ:

1) 2)

3) 4)

6. Какой из растворителей будет лучше адсорбироваться на активированном угле:

1) ацетон (e = 20,7); 2) вода (e = 80,9);

2) хлороформ (e = 4,7); 4) бутанол (e = 12,2)

7. Подобрать адсорбент (уголь или МgО) и растворитель (вода (ε=80) или этанол (ε= 24)) для адсорбции диэтилового эфира (ε=4,3).

1) МgО и вода; 2) уголь и вода;

3) уголь и этанол; 4) МgО и этанол

8. Характерной особенностью поверхностно-активных веществ является:

1) природное происхождение; 2) дифильность;

3) высокая летучесть; 4) наличие окраски

9. Зависимость величины адсорбции от равновесной концентрации или парциального давления называется _______адсорбции

1) изохорой 2) изотермой 3) изобарой 4) адиабатой

10. Зависимость величины адсорбции от равновесной концентрации или парциального давления при постоянной температуре называется ___ адсорбции.

1) адиабатой 2 изобарой 3 изотермой 4 изохорой

11. Изотерму адсорбции описывают уравнением:

1) Ван-дер-Ваальса 3) Аррениуса

2) Лэнгмюра 4) Смолуховского

12. Какое определение подходит для характеристики поверхностно-активных веществ (ПАВ)?

1) вещества, адсорбция которых на поверхности раздела фаз приводит к значительному повышению поверхностного натяжения

2) вещества, адсорбция которых на поверхности раздела фаз приводит к значительному понижению поверхностного натяжения

3) вещества, концентрирующиеся в объеме раствора, приводящие к значительному понижению поверхностного натяжения

4) вещества, адсорбирующиеся на поверхности раздела фаз и не влияющие на величину поверхностного натяжения

13. Что понимают под дифильностью структуры ПАВ ?

1) наличие в структуре гидрофильных групп и гидрофобных фрагментов (длинноцепочечных радикалов)

2) наличие в структуре ионогенных групп

3) наличие в структуре длинноцепочечных радикалов (гидрофобных «хвостов»)

4) наличие в структуре катионов и анионов

14. Какое определение подходит для катионактивных ПАВ

1) молекулы ПАВ диссоциируют в водном растворе с образованием катиона с длинной гидрофобной цепью

2) молекулы ПАВ диссоциируют в водном растворе с образованием аниона, связанного с длинной гидрофобной цепью и катиона

3) молекулы ПАВ содержат 2 и более катиона, связанных с длинной гидрофобной цепью

4) молекулы ПАВ диссоциируют с образованием аммонийной и гидроксильной группы

15. Что понимается под поверхностной активностью?

1) способность вещества снижать поверхностное натяжение растворителя на границе раздела фаз

2) способность вещества изменять (снижать или увеличивать) поверхностное натяжение растворителя на границе раздела фаз

3) способность растворенного вещества снижать плотность раствора

4) способность вещества изменять оптические свойства раствора по сравнению с растворителем

16. По какой формуле определяется поверхностная активность?

1) производная поверхностного натяжения от концентрации ПАВ, взятая со знаком минус

2) отношение поверхностного натяжения к концентрации растворенного вещества

3) величина поверхностного натяжения, отнесенная к низкой концентрации ПАВ

4) отношение плотности раствора к концентрации растворенного ПАВ

17. Среди приведенных соединений выберите поверхностно-активное вещество__

1) глицерин 3) сахароза

2) фосфолипиды 4) серная кислота

18. Каким образом ориентированы молекулы фосфолипидов в биологических мембранах

1) образуют бислой с ориентацией полярных головок к водной фазе, а длинноцепочечных хвостов внутрь бислоя

2) образуют мономолекулярные слои с ориентацией длинноцепочечных хвостов к водной фазе внутри клетки

3) образуют мицеллы с ориентацией полярных головок внутрь надмолекулярной структуры

4) образуют бислой с ориентацией длинноцепочечных хвостов к водной фазе, а полярных головок – внутрь бислоя

19. Укажите ответ, правильно отражающий применение ПАВ в медицине

1) в качестве дезодорантов 3) в качестве смягчающих повязки веществ

2) в качестве антисептиков 4) в качестве инсектицидов

20. Какое из приведенных поверхностно-активных веществ участвует в образовании биологических мембран

1) п-додецилбензолсульфокислота 2) бензалкония гидрохлорид

3) фосфатидилхолин 4) твин

21. Каким образом согласно правила Дюкло-Траубе меняется поверхностная активность веществ одного гомологического ряда при увеличении углеводородной цепи на одну метиленовую группу (–СН₂-) ?

1) увеличивается в 10³ раз 3) уменьшается в 9 раз

2) увеличивается в 3 раза 4) увеличивается в 9 раз

22. Какое вещество называют адсорбентом

1) вещество, которое адсорбируется на поверхности твердого тела

2) твердое вещество, на поверхности которого происходит адсорбция

3) вещество, образующее нерастворимый комплекс с раствореным в растворе соединением

4) вещество, в котором растворяют поглотитель

23. Для наилучшей адсорбции растворенное неполярное вещество следует экстрагировать растворителем, характеризующимся

1) низкой полярностью 3) высокой полярностью

2) смесью растворителей с низкой и высокой полярностью; 4) водой

24. Укажите катионы, адсорбция которых на поверхности адсорбента, несущего отрицательный заряд, будет наибольшей

1) К⁺ 3) Cu²⁺

2) Fe³⁺ 4) Cu⁺

25. Укажите анионы, которые будут лучше извлекаться адсорбентом, поверхность которого заряжена положительно?

1) PO₄^3- 3) S²-

2) SO₄^2- 4) J-

26. Укажите правильную формулировку правила выравнивания полярностей (правило Ребиндера)

1) чем лучше в данном растворителе растворяется данный адсорбат, тем он хуже адсорбируется, чем хуже растворяется – тем лучше адсорбируется

2) чем лучше в данном растворителе растворяется данный адсорбат, тем он лучше адсорбируется, чем хуже растворяется – тем хуже адсорбируется

3) подобное адсорбируется подобным

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 1327; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!