Адсорбция на границе раздела твердое тело – жидкий раствор – это процесс самопроизвольного увеличения концентрации растворенного вещества вблизи поверхности твердого адсорбента. Этот вид адсорбции осложняется не только особенностями твердой поверхности адсорбентов, но и тем, что при адсорбции из растворов происходит одновременная адсорбция как растворителя, так и растворенного вещества.
На границе твердое тело – раствор различают два вида адсорбции – молекулярную, или адсорбцию неэлектролитов, когда твердое тело адсорбирует молекулы адсорбтива, и адсорбцию ионную, когда адсорбент избирательно адсорбирует из раствора электролита один из видов ионов.
Количественно адсорбцию растворенного вещества на твердом адсорбенте оценивают следующим уравнением:
где a – количество вещества, адсорбированного одним граммом адсорбента, моль/г; m – масса адсорбента, г; – начальная концентрация раствора, моль/дм3; – равновесная концентрация раствора после адсорбции, моль/дм3; V – объем раствора адсорбтива, дм3.
В области средних концентраций адсорбтива адсорбция растворенного вещества на твердом адсорбенте описывается уравнением Фрейндлиха:
где , 1/n – эмпирические константы, зависящие от природы адсорбента и адсорбтива, значения которых находят экспериментально. Для того чтобы определить значения и 1/n, уравнение Фрейндлиха логарифмируют, преобразуя его в линейное:
Тогда, построив график зависимости lga = f( ), получают прямую линию, которая отсекает на оси ординат отрезок, равный , а тангенс угла равен 1/n (рис. 13).
Для описания адсорбции из раствора на твердом адсорбенте применимо также уравнение Ленгмюра:
Наряду с концентрацией раствора на адсорбцию из раствора на твердом адсорбенте влияют природа растворителя, растворенного вещества, адсорбента, время адсорбции и температура.
Так как молекулы растворителя и растворенного вещества конкурируют при адсорбции, то, чем хуже адсорбируется растворитель, тем лучше будет адсорбироваться растворенное вещество. Правило Шилова гласит: чем лучше растворитель растворяет вещество, тем хуже это вещество адсорбируется из раствора.
Для прогнозирования адсорбции с учетом влияния природы растворителя и растворенного вещества используют правило уравнивания полярностей Ребиндера, которое говорит о том, что процесс адсорбции протекает в сторону уравнения полярности фаз и тем сильнее, чем больше первоначальная разность полярностей. Таким образом, чем больше разность полярностей между растворителем и адсорбентом, тем лучше растворенное вещество будет адсорбироваться. Именно на этом свойстве основано практическое применение полярных адсорбентов (силикагель, оксид алюминия) для адсорбции малополярных дифильных молекул (спиртов, карбоновых кислот) из неполярных сред и неполярных адсорбентов (уголь) для адсорбции тех же веществ из полярных сред. Например, масляную кислоту из бензола необходимо адсорбировать на силикагеле, а из воды – на угле или гидрофобном силикагеле с привитыми алкильными группами.
Соляную кислоту HCl получают из газообразного хлороводорода HCl. Хлороводород получают из хлорсодержащих солей, в данном случае из NaCl, MgCl2, CaCl2. Остальные примеси не имеют значение. На эту смесь действуют конц. серной кислотой и при этом выделится газ хлороводород. Причём, NaCl + … = HCl + … 1 моль соли – 1 моль газа CaCl2 + … = 2 HCl + … 1 моль соли – 2 моль газа MgCl2 + … = 2 HCl + … 1 моль соли – 2 моль газа (по числу атомов хлора в молекулах) Теперь расчёты. m(NaCl)=1000 г * 0,97= 970 г; m(MgCl2) = 1000 г * 0,0018 = 1,8 г m(CaCl2) = 1000 г * 0,0019 = 1,9 г По формуле n=m/M где: n – количество вещества, моль m – масса соли, г M – молярная масса соли, г/моль (по таблице Менделеева) найдём количество вещества каждой соли. n(NaCl)= 970/58,5 = 16,581 моль n(MgCl2)= 1,8/95 = 0,019 моль n(CaCl2)= 1,9/111 = 0,017 моль С учётом сказанного выше мы получим: 16,581 + 0,019*2 + 0,017*2 = 16,65 моль газа HCl, что соответствует массе газа: m(HCl)=M(HCl)*n(HCl)=16,65*36,5=607,8 г газа HCl m(раствора) =m(газа) /(массовую долю газа в растворе) = m(раствора) =607,8 г / 0,36 =1688,5 г ОТВЕТ: Из 1 кг аральской поваренной соли можно получить 1688,5 г 36 %-ной соляной кислоты.
Адсорбция на границе раздела твердое тело – жидкий раствор – это процесс самопроизвольного увеличения концентрации растворенного вещества вблизи поверхности твердого адсорбента. Этот вид адсорбции осложняется не только особенностями твердой поверхности адсорбентов, но и тем, что при адсорбции из растворов происходит одновременная адсорбция как растворителя, так и растворенного вещества.
На границе твердое тело – раствор различают два вида адсорбции – молекулярную, или адсорбцию неэлектролитов, когда твердое тело адсорбирует молекулы адсорбтива, и адсорбцию ионную, когда адсорбент избирательно адсорбирует из раствора электролита один из видов ионов.
Количественно адсорбцию растворенного вещества на твердом адсорбенте оценивают следующим уравнением:
где a – количество вещества, адсорбированного одним граммом адсорбента, моль/г; m – масса адсорбента, г; – начальная концентрация раствора, моль/дм3; – равновесная концентрация раствора после адсорбции, моль/дм3; V – объем раствора адсорбтива, дм3.
В области средних концентраций адсорбтива адсорбция растворенного вещества на твердом адсорбенте описывается уравнением Фрейндлиха:
где , 1/n – эмпирические константы, зависящие от природы адсорбента и адсорбтива, значения которых находят экспериментально. Для того чтобы определить значения и 1/n, уравнение Фрейндлиха логарифмируют, преобразуя его в линейное:
Тогда, построив график зависимости lga = f( ), получают прямую линию, которая отсекает на оси ординат отрезок, равный , а тангенс угла равен 1/n (рис. 13).
Для описания адсорбции из раствора на твердом адсорбенте применимо также уравнение Ленгмюра:
Наряду с концентрацией раствора на адсорбцию из раствора на твердом адсорбенте влияют природа растворителя, растворенного вещества, адсорбента, время адсорбции и температура.
Так как молекулы растворителя и растворенного вещества конкурируют при адсорбции, то, чем хуже адсорбируется растворитель, тем лучше будет адсорбироваться растворенное вещество. Правило Шилова гласит: чем лучше растворитель растворяет вещество, тем хуже это вещество адсорбируется из раствора.
Для прогнозирования адсорбции с учетом влияния природы растворителя и растворенного вещества используют правило уравнивания полярностей Ребиндера, которое говорит о том, что процесс адсорбции протекает в сторону уравнения полярности фаз и тем сильнее, чем больше первоначальная разность полярностей. Таким образом, чем больше разность полярностей между растворителем и адсорбентом, тем лучше растворенное вещество будет адсорбироваться. Именно на этом свойстве основано практическое применение полярных адсорбентов (силикагель, оксид алюминия) для адсорбции малополярных дифильных молекул (спиртов, карбоновых кислот) из неполярных сред и неполярных адсорбентов (уголь) для адсорбции тех же веществ из полярных сред. Например, масляную кислоту из бензола необходимо адсорбировать на силикагеле, а из воды – на угле или гидрофобном силикагеле с привитыми алкильными группами.
На эту смесь действуют конц. серной кислотой и при этом выделится газ хлороводород.
Причём, NaCl + … = HCl + … 1 моль соли – 1 моль газа
CaCl2 + … = 2 HCl + … 1 моль соли – 2 моль газа
MgCl2 + … = 2 HCl + … 1 моль соли – 2 моль газа
(по числу атомов хлора в молекулах)
Теперь расчёты.
m(NaCl)=1000 г * 0,97= 970 г;
m(MgCl2) = 1000 г * 0,0018 = 1,8 г
m(CaCl2) = 1000 г * 0,0019 = 1,9 г
По формуле n=m/M
где:
n – количество вещества, моль
m – масса соли, г
M – молярная масса соли, г/моль (по таблице Менделеева)
найдём количество вещества каждой соли.
n(NaCl)= 970/58,5 = 16,581 моль
n(MgCl2)= 1,8/95 = 0,019 моль
n(CaCl2)= 1,9/111 = 0,017 моль
С учётом сказанного выше мы получим:
16,581 + 0,019*2 + 0,017*2 = 16,65 моль газа HCl,
что соответствует массе газа:
m(HCl)=M(HCl)*n(HCl)=16,65*36,5=607,8 г газа HCl
m(раствора) =m(газа) /(массовую долю газа в растворе) =
m(раствора) =607,8 г / 0,36 =1688,5 г
ОТВЕТ: Из 1 кг аральской поваренной соли можно получить 1688,5 г 36 %-ной соляной кислоты.