• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Змочування

Явище змочування обумовлене величиною міжфазної вільної енергії і співвідношенням сил когезії та адгезії, діючих між фазами. Когезія – це сила притягання між однаковими молекулами фази. Адгезія – це сила, що діє між молекулами, які знаходяться в різних фазах.

Якщо молекули рідини взаємодіють з молекулами твердого тіла сильніше, ніж між собою, то переважає сила адгезії і рідина розтікається по поверхні твердого тіла, тобто змочує його.

Якщо ж молекули рідини взаємодіють одна з одною сильніше, ніж з молекулами твердого тіла, то переважає сила когезії і рідина не розтікається по поверхні твердого тіла.

Змочування твердого тіла рідиною характеризується крайовим кутом змочування (θ), який можна визначити за рівнянням Юнга

соs θ =, (1.13)

де - поверхнева енергія на межі поділу тверде тіло – газ, яка намагається розтягнути краплю уздовж поверхні твердого тіла; міжфазна поверхнева енергія на межі тверде тіло – рідина, яка намагається стягнути краплю; поверхневий натяг рідини.

Якщо , то тверде тіло буде змочуватись рідиною, крайовий кут змочування буде гострим. При повному змочуванні θ = 0⁰, а соs θ = 1. Щоб рідина розтікалась і змочувала поверхню твердого тіла потрібно, щоб енергія системи зменшувалась.

Якщо , то рідина розтікатись не буде. При цьому крайовий кут змочування буде тупим. Рідина зовсім не змочує поверхню твердого тіла, якщо θ = 180⁰, а соs θ = 1.

На крайовий кут змочування впливає хімічна природа рідини, природа і структура поверхні твердого тіла, наявність тонких оксидних плівок на його поверхні, домішків, які забруднюють поверхню тощо.

На явищі вибіркового змочування засноване збагачення ряду корисних копалин: залізних руд, вугілля. Цей процес називається флотацією. Для збагачення руди використовують пінну флотацію, суть якої полягає в тому, що в суспензію мінералу (флотаційну пульпу) вводять бульбашки повітря. Спливаючи, бульбашки повітря збирають на своїй поверхні ті частинки руди, на якій вода утворює великий крайовий кут, тобто не змочує їх. В результаті на поверхні пульпи утворюється мінералізована піна, насичена частинками руди, що знімається спеціальним пристроєм. Частинки пустої породи добре змочуються водою і осідають на днище агрегату. Оптимальний розмір частинок руди при збагачуванні складає 0,01–0,15 мм. Таким чином, збагачування руди відбувається за рахунок різного змочування частинок руди і пустої породи.

Розв¢язання типових задач

Задача 1. 50 см³ 0,2н. розчину оцтової кислоти змішали з 5 г активованого вугілля. Після досягнення адсорбційної рівноваги на титрування 10 см³ розчину кислоти пішло 15 см³ 0,1н. розчину NaOH. Визначте величину адсорбції кислоти 1г активованого вугілля.

Розв¢язання. Величину адсорбції оцтової кислоти активованим вугіллям визначимо за рівнянням (1.8)

,

де С₀ і С – відповідно початкова концентрація і концентрація розчину після встановлення адсорбційної рівноваги, моль-екв/л; V - об¢єм розчину, з якого відбувається адсорбція, см³; m – маса адсорбенту, г.

Концентрацію розчину оцтової кислоти після встановлення адсорбційної рівноваги розрахуємо за рівнянням

моль-екв/л.

Підставимо в рівняння (1.8) числове значення і отримаємо

моль-екв/г.

Таким чином, 1 г активованого вугілля адсорбує 5×10^-4 моль-екв оцтової кислоти.

Задача 2.При тисках 31 900, 130 500 і 290 000 Па величина адсорбції аргону коксовим вугіллям при 195 К становить 5,0; 15,4 та 24,0 мг/г. Визначте величину граничної адсорбції аргону та константу адсорбційної рівноваги в рівнянні Ленгмюра.

Розв¢язання. Визначимо сталі величини рівняння Ленгмюра графічним методом за допомогою рівняння (1.6)

,

що є рівнянням прямої в координатах

Для побудови графіка розрахуємо величини та .

г/мг	0,2	0,06	0,04
105, 1/Па		0,7	0,3

Відрізок, який відсікає пряма на осі ординат, дозволяє визначити величину граничної адсорбції: г/мг, тоді мг/г.

Кутовий коефіцієнт прямої дозволяє визначити константу адсорбційної рівноваги. Розрахуємо тангенс кута нахилу прямої

За отриманими даними будуємо графік

г/мг

0,2 -

- А

0,1-

- α

С В

1,0 2,0 3,0

Рис. 1.2. Ізотерма адсорбції

Таким чином звідки Па^-1.

Задача 3.Визначте величину адсорбції масляної кислоти при 298 К на межі поділу водний розчин-повітря з концентрацією кислоти 0,15 кмоль/м³. Встановлено, що при концентраціях масляної кислоти 0,000; 0,021; 0,050; 0,104; 0,246 і 0,489 кмоль/м³ поверхневий натяг розчину дорівнює 0,074; 0,069; 0,064; 0,060; 0,051 і 0,044 Дж/м² відповідно.

Розв¢язання. Величину адсорбції масляної кислоти визначимо за рівнянням Гіббса (1.9)

де С – концентрація розчину, кмоль/м³; R – універсальна газова стала, дорівнює 8,31 Дж/моль^.К; Т – температура, К; поверхнева активність, Дж^.м/кмоль.

Знайдемо поверхневу активність кислоти графічним методом.

За експериментальними даними будуємо графік залежності поверхневого натягу розчину кислоти від її концентрації,

Дж/м²

0,1 0,5 С, кмоль/м³

Рис. 1.3 Залежність поверхневого натягу розчину від концентрації

До отриманої кривої через точку, яка відповідає заданій концентрації (0,15кмоль/м³), проводимо дотичну. Поверхнева активність кислоти буде дорівнювати тангенсу кута нахилу цієї дотичної

Дж^.м/кмоль.

Підставимо числові значення в рівняння (1.9) і отримаємо величину адсорбції.

моль/м².

Задача 4.Який об¢єм аміаку адсорбується на поверхні 45 г активованого вугілля при 273 К і 1,013Па, якщо при цьому уся поверхня вугілля повністю покривається NH₃. Поверхня 1 г активованого вугілля дорівнює 1000 м². Діаметр молекули NH₃ дорівнює 3×10^{-10 м}. Молекули газу торкаються одна одної в площині так, що центри чотирьох сусідніх сфер розташовуються в кутах квадрата.

Розв¢язання.Об¢єм адсорбованого газу розрахуємо за формулою (1.2)

де S_пит.- питома поверхня твердого адсорбенту, м²/г; m – маса адсорбенту, г; 22,4 л - об¢єм 1 моль газу за нормальних умов; число Авогадро, дорівнює 6,02×10²³ молекул/моль; площа, яку займає 1 молекула, м².

Визначимо площу, яку займає 1 молекула, за рівнянням

м².

Підставимо числові значення у формулу (1.2) та отримаємо об¢єм адсорбованого газу

Таким чином, для повного покриття поверхні вугілля потрібно 18,6 л аміаку.

Задача 5.Використовуючи рівняння ізотерми адсорбції теорії БЕТ, розрахуйте об¢єм аргону, який адсорбується 1г платинового каталізатора при 100 К і 120 Па.

Тиск насиченої пари аргону 380 Па. Об¢єм аргону, що покриває поверхню каталізатора суцільним моношаром, дорівнює 0,2 см³/г, а константа адсорбційної рівноваги дорівнює 191.

Розв¢язання.Об¢єм адсорбованого аргону розрахуємо за рівнянням (1.12)

де і - відповідно об¢єм адсорбованого газу та об¢єм газу при утворенні на поверхні адсорбенту суцільного мономолекулярного шару адсорбтиву, см³/г; івідповідно рівноважний тиск адсорбованого газу і тиск насиченої пари газу при даній температурі, Па; константа адсорбціиної рівноваги.

Підставимо у рівняння числові значення

см³/г.

Таким чином, при 100 К та 120 Па 1 г платинового каталізатора адсорбує 0,289 см³ аргону.

Переглядів: 1173