1

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего и профессионального образования

«Хабаровский государственный технический университет»

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

Программа, методические указания и контрольные задания

для студентов ускоренной формы заочного обучения

специальности 320700 «Охрана окружающей среды»

технического университета

Хабаровск

Издательство ХГТУ

2003

2

УДК 541. 183(075)

Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы: Про-

грамма, методические указания и контрольные задания для студентов ускоренной

формы заочного обучения специальности 320700 «Охрана окружающей среды»

технического университета / Л. В. Сеничева. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос.

техн. ун-та, 2003. – с.

Программа, методические указания и контрольные задания для студентов

ускоренной формы заочного обучения специальности 320700 «Охрана окружаю-

щей среды» могут быть рекомендованы студентам – заочникам других специаль-

ностей, изучающим курс коллоидной химии в целом или отдельные его разделы.

Печатается в соответствии с решением кафедры химии и методического со-

вета факультета математического моделирования и процессов управления.

Издательство Хабаровского

государственного технического

университета, 2003

3

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Коллоидная химия – это наука о поверхностных явлениях и дисперсных си-

стемах, многообразие которых определяет их широкое распространение в приро-

де. Значение поведения и свойств дисперсных систем, а также условий протека-

ния поверхностных явлений поможет объяснить, предотвратить или прогнозиро-

вать многие изменения в окружающей среде, выбрать или разработать методы ее

защиты.

В соответствии с учебным планом специальности 320700 «Охрана окружа-

ющей среды» студент должен посещать лекции, выполнить одну контрольную

работу, выполнить лабораторный практикум, получить индивидуальную или

групповую консультацию и сдать экзамен по курсу.

Основной составляющей учебного процесса является самостоятельная ра-

бота студента – заочника с учебной, методической или справочной литературой,

которую он может получить в библиотеке университета.

Лекции читают преподаватели кафедры по важнейшим разделам курса: од-

на лекция - установочная, другие - читаются во время экзаменационной сессии.

Лабораторные работы студент выполняет по основным разделам курса на

листах формата А-1. Перед выполнением лабораторной работы студент проходит

инструктаж по технике безопасности и собеседование по выполненной и рецензи-

рованной контрольной работе. Студенты, пропустившие занятие, отрабатывают

его по согласованию с преподавателем или во время повторной сессии, назначен-

ной деканатом.

Контрольная работа включает восемь задач в соответствии с вариантом,

выполняется в отдельной тетради с полями 40 мм.

Условие задачи переписывается полностью. Решение задач и ответы на вопросы

должны быть обоснованы с использованием основных теоретических положений.

При решение числовых задач приводится весь ход решения и математического

преобразования, указываются единицы измерения всех величин.

В конце работы приводится список использованной литературы (автор, название,

издательство, год издания) и ставится подпись с указанием даты. Выполненная

работа представляется в методический кабинет факультета для рецензирования.

Если контрольная работа не зачтена, то неверно решенные задачи исправ-

ляются студентом в этой же тетради на чистых листах. Контрольная работа, вы-

полненная не по своему варианту, не рецензируется.

Экзамен. К сдаче экзамена допускаются студенты, которые выполнили и

защитили на собеседовании контрольную работу, получили зачет по лаборатор-

ному практикуму, имеют экзаменационный лист и зачетную книжку.

4

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Овладение основами коллоидной химии предполагает приобретение сту-

дентами теоретических знаний, практических навыков, экспериментальной рабо-

ты, умений производить расчеты, графически представлять результаты работы и

делать выводы.

Следует знать, что в последние годы коллоидную химию чаще называют

физико – химией дисперсных систем и поверхностных явлений, которые являют-

ся предметом изучения этой науки.

1. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

При изучении этого раздела следует особое внимание обратить на понятие

дисперсные системы [4, рис.1], на причины их многообразия [4, рис.2] и широко-

го распространения подобных систем в природе, производстве и жизни человека

[4, табл.4, рис.22].

Основными признаками дисперсных систем являются:

- гетерогенность, обусловленная нерастворимостью дисперсной фазы в дисперс-

ной среде;

- дисперсность, зависящая от размера частиц дисперсной фазы;

- термодинамическая неустойчивость как результат стремления системы

к уменьшению свободной поверхности энергии на границе раздела фаз.

Наряду с дисперсными системами в коллоидной химии изучаются высоко-

молекулярные вещества (ВМВ), их растворы и растворы поверхностно – актив-

ных веществ (ПАВ). Гомогенные растворы ВМВ часто называют молекулярными

коллоидами: молекулярными потому, что получены путем самопроизвольного

диспергирования , т.е. растворения ВМВ в определенном растворителе, а коллои-

дами – из-за соизмеримости размеров молекул ВМВ и частиц дисперсной фазы,

что обуславливает их общие свойства.

В растворах ПАВ при критической концентрации мицеллообразования

(ККМ) или выше образуются мицеллы, т.е. образуется мицеллярная гетерогенная

система, подобная золю.

1.1.Методы получения дисперсных систем.

Основными условиями получения дисперсных систем являются: наличие

взаимно – нерастворимых веществ, определенная степень дисперсности или раз-

мер частиц дисперсной фазы и равномерное распределение этих частиц в объеме

дисперсионной среды.

Методы получения лиофобных дисперсных систем, приводящие к получе-

нию частиц, определенного размера принято делить на три группы.

1.Методы конденсации заключаются в объединении молекул нерастворимого ве-

щества в частицу, осуществляются разными путями, протекают самопроизвольно.

5

2.Методы диспергирования, т.е. раздробления нерастворимого вещества, проте-

кают не самопроизвольно, только при механическом, электрическом, ультразву-

ковом или другом воздействии.

3.Методы пептизации заключаются в переводе свежеосажденного вещества, со-

держащего частицы определенного размера, в объем дисперстонной среды под

действием пептизаторов, например, электролитов, воды.

Равномерное распределение частиц дисперсной фазы в объеме дисперсной

среды достигается путем введения в дисперсную систему в процессе ее получения

стабилизатора: электролита, ПАВ, ВМВ и других веществ.

Стабилизаторы называют диспергаторами, если получают дисперсную си-

стему с твердой дисперсной фазой, эмульгаторами при получении эмульсий, пе-

нообразователями при получении пен.

По механизму действия на устойчивость дисперсной системы стабилизатор

может быть:

- электролит, один из ионов которого придает частицам одноименный положи-

тельный или отрицательный заряд (электростатический фактор устойчивости);

- ПАВ, молекулы которого образуют ориентированный адсорбционный слой на

поверхности каждой частицы (структурно–адсорбционный фактор устойчивости);

- ВМВ, молекулы которого образуют вокруг частицы плотный адсорбционный

слой, придавая частицам некоторые свойства самого ВМВ – это коллоидная за-

щита (структурно – механический фактор).

1.2.Устойчивость и разрушение дисперсных систем.

Под устойчивостью дисперсной системы понимают способность системы:

- сохранять постоянный размер частиц дисперсной фазы, т.е. агрегативную устой-

чивость;

- сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы в объеме дис-

персионной среды, т.е. кинетическую устойчивость.

Эти два вида устойчивости взаимосвязаны, т.к. нарушение одной устойчи-

вости приводит к нарушению другой.

Разрушение дисперсных систем происходит при потере их устойчивости в

результате дестабилизации и чаще всего проявляется в процессах коагуляции, т.е.

в процессах связанных с укрупнением частиц дисперсной фазы за счет их слипа-

ния.

Различают электролитную коагуляцию, электрокоагуляцию, спонтанную

коагуляцию, гетерокоагуляцию и другие виды коагуляции.

Электролитная коагуляция в золях наиболее изучена и протекает по дей-

ствием растворов электролитов – коагуляторов, содержащих ион – коагулятор, за-

ряд которого противоположен заряду частицы дисперсной фазы: анионы - коагу-

ляторы вызывают коагуляцию положительных частиц, а катионы – отрицатель-

ных частиц. Механизм действия ионов – коагуляторов состоит в снижении заряда

одноименно – заряженных частиц, что облегчает слипание этих частиц при столк-

новении.

6

Для оценки влияния иона – коагулятора на устойчивость золя введены по-

нятия:

- порог коагуляции Ск – минимальная концентрация иона – коагулятора,

необходимая для коагуляции золя;

- коагулирующая способность иона – коагулятора кС

1 .

Теория устойчивости и коагуляции гидрофобных дисперсных систем ДЛФО

(Дерягина – Ландау – Фервея –Овербеки) объясняет механизм электролитной коа-

гуляции на основе строения двойного электрического слоя (ДЭС) [4, рис.12.].

В соответствии с теорией ДЛФО различают нейтрализационную коагуля-

цию под действием неиндифферентных электролитов и концентрационную под

действием индифферентных электролитов.

Из теории следует закон шестой степени, который можно выразить уравне-

нием вида 6к

Z

constС ; где Z – заряд иона коагулятора по модулю, const - вклю-

чает температуру и некоторые постоянные, характеризующие межмолекулярные

взаимодействия.

Эмпирические закономерности электролитной коагуляции лиофобных зо-

лей отражают особенности действия многозарядных ионов – коагуляторов, смеси

ионов – коагуляторов, ионов – коагуляторов одного лиотропного ряда и т.д.

Разрушение низкодисперсных систем (суспензий, эмульсий, ион) связано с

изменением химической природы стабилизатора или заменой его на другое – де-

стабизирующее вещество.

1.3.Свойства дисперсных систем.

В зависимости от типа воздействия на системы различают оптические, мо-

лекулярно – кинетические, электрокинетические, структурно – механические

свойства. Все свойства зависят от размера частиц, изменчивы, невоспроизводимы

как сами системы.

1.3.1.Оптические свойства дисперсных систем.

Проходя через дисперсную систему, свет определенных длин волн () мо-

жет рассеиваться, отражаться или поглощаться в зависимости от типа системы, ее

дисперсности и формы частиц.

Высокодисперсные (коллоидные) системы с размером частиц ≤ 0,1 рас-

сеивают свет за счет дифракции в соответствии с законом Релея. Такое светорас-

сеяние называют опалесценцией [4, рис.6].

В низкодисперсных системах ( ) происходит отражение света частица-

ми или преломление, если частицы прозрачны.

Окрашенные частицы в дисперсных системах могут наряду со светорассея-

нием поглощать видимый свет определенных длин волн. Вещества в коллоидном

состоянии имеют высокую интенсивность окраски.

7

1.3.2. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем.

В свободнодисперсных системах проявляются следующие молекулярно-

кинетические свойства:

- броуновское движение частиц дисперсной фазы (∆ средний сдвиг частиц) под

действием молекул дисперсной среды;

- диффузия частиц дисперсной фазы при наличии градиента концентраций, (Д –

коэффициент диффузии частиц);

- седиментация частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести

( Uceд – скорость оседания или всплывания частиц);

- осмос, т.е. односторонняя диффузия молекул дисперсионной среды через полу-

проницаемую мембрану, приводящая к созданию осмотического давления .

Теоретической основой этих свойств являются уравнения Энштейна, Смо-

луховского, Стокса, Вант – Гоффа [4, рис.5].

Броуновское движение, диффузия и седиментация при одновременном про-

явлении приводят к распределению частиц дисперсной фазы по высоте дисперс-

ной системы согласно гипсометрического закона Лапласа и установлению в си-

стеме седиментационно-диффузного равновесия.

Молекулярно-кинетические свойства имеют большое значение при опреде-

лении размера частиц, для оценки кинетической устойчивости дисперсных си-

стем.

1.3.3. Электрокинетические свойства дисперсных систем.

Электрокинетические свойства в дисперсных системах проявляются при

протекании электрокинетических явлений в двух вариантах:

1. электрический ток приводит к относительному перемещению заряженных

фаз дисперсной системы:

- процесс движения частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной сре-

ды под действием электрического тока называется электрофарезом;

- процесс движения дисперсионной среды через неподвижную дисперсную фазу

называется электроосмосом;

2. относительное перемещение фаз дисперсной системы приводит к возник-

новению электрического ток:

- движение частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды напри-

мер, седиментация частиц) приводит к возникновению потенциала седиментации.

- движение дисперсионной среды через пористое твердое тело приводит к возник-

новению потенциала течения.

Причиной электрокинетических явлений ялвляется существование двойно-

го электрического слоя (ДЭС) на границе раздела фаз в дисперсионной системе, а

величина электрокинетического потенциала в ДЭС пропорциональна заряду ча-

стицы и скорости электрофореза, объему переносимой жидкости при электроос-

мосе, потенциала течения и седиментации.

8

1.3.4. Структурно-механические свойства дисперсных систем.

Структурообразование в дисперсных системах протекает в результате

взаимодействия частиц дисперсной фазы [4, рис.15, 18].

Структурно-механические свойства дисперсных систем проявляются при

механическом воздействии (например, напряжение сдвига). К структурно-

механическим свойствам дисперсных систем относятся вязкость, текучесть, проч-

ность, твердость [4, рис.16].

Для некоторых дисперсных характерны такие свойства, как тиксотропия и си-

нерезис. Тиксотропия – это процесс перехода золя в гель в состоянии покоя, а ге-

ля в золь при механическом воздействии. Синерезис – это процесс уплотнения

студня или геля с выделением дисперсионной среды.

2. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Особое состояние вещества в поверхностных слоях на границах раздела фаз

является причиной протекания поверхностных явлений. Молекулы поверхностно-

го слоя в отличие от молекул в объеме фазы находятся в нескомпенсированном

силовом поле, т.е. обладают избыточной поверхностной энергией.

2.1. Общая характеристика поверхностных явлений.

Поверхностные явления многообразны и сложны; местом их протекания яв-

ляется поверхностный слой в гетерогенных системах. Энергетическое состояние

поверхностного слоя определяется величиной поверхностного или межфазного

натяжения.

2.1.1. Поверхностное натяжение.

На поверхностное натяжение влияют химическая природа пограничных фаз,

температура, природа и концентрация растворенных веществ, давление, если одна

из фаз газообразна [3].

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), адсорбирующиеся в поверх-

ностном слое, уменьшают поверхностное натяжение. Следует обратить внимание

на особенности строения молекул ПАВ, состояние ПАВ в растворе, их классифи-

кацию по способности диссоцировать в растворе и технологическому использова-

нию. Основными свойствами ПАВ являются поверхностная активность, связанная

со способностью ПАВ адсорбироваться на границах раздела фаз, и мицеллообра-

зование, приводящее к коллоидному растворению нерастворимых веществ.

2.1.2. Когезия. Адгезия. Смачивание.

9

Когезия – характеризует внутрифазные взаимодействия. Агдезия – это про-

цесс молекулярного притяжения между поверхностями двух соприкасающихся

разнородных твердых или жидких веществ. Результатом адгезионно-когезионных

взаимодействий являются такие поверхностные явления, как смачивание, расте-

кание, склеивание, прилипание. Следует обратить внимание на процессы гидро-

филизации и гидрофобизации поверхности и их практическое значение.

2.2. Адсорбция

Адсорбция, абсорбция, хемосорбция, каппилярная конденсация – все это

сорбционные процессы.

Адсорбция – это процесс концентрирования адсорбата в поверхностном

слое адсорбента. Адсорбционные процессы классифицируются по различным

признакам; из них наибольшее практическое значение имеют адбсорция газов,

ионообменная и молекулярная адсорбция.

Прогнозировать возможность адсорбции можно на основе эмпирических

правил и закономерностей. Для расчета адсорбции используют уравнения Гиббса,

Ленгмура, Фрейндлиха, Бет.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример 1. Коллоидный раствор (гидрозоль) получили при смешивании 10

мл 0,01 М раствора Na3AsO4 и 20 мл 0,013 М раствора AgNO3.

1. Напишите уравнение реакции и определите, какой из продуктов реакции обра-

зует гидрозоль.

2. Рассчитайте, какое из исходных веществ – Na3AsO4 или AgNO3 – взято в из-

бытке.

3. Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя, укажите заряд коллоидной

частицы (гранулы).

Р е ш е н и е. 1. Na3AsO4 + 3AgNO3 = Ag3AsO4 + 3NaNO3

гидрозоль образует Ag3AsO4, т. к. плохо растворяется в воде.

2. Рассчитываем, какое из исходных веществ взято в избытке, для этого находим

число моль эквивалентов каждого из исходных веществ:

nэк(В) = VCмZ, где V – объем раствора, л; См – молярная концентрация, моль/л;

Z – число эквивалентности вещества.

nэк (Na3AsO4) = 1010–30,013 = 310

–4 моль

Z(Na3AsO4) = 3

nэк (AgNO3) = 2010–30,0131 = 2,610

–4 моль

Z(AgNO3) = 1

В избытке взят Na3AsO4.

10

3. Формула мицеллы золя арсената серебра (см. рис. 4)

3xNax)Na3(nnAsOAsOAg m 3x

3

443

Потенциалопределяющими ионами (ПОИ) являются 34AsO , т. к. они взяты

в избытке.

Заряд коллоидной частицы – отрицательный.

Пример 2. При изучении зависимости адсорбции А и десорбции Д паров

диэтилового эфира на активированном угле при Т = 303 К от давления паров эфи-

ра Р получены следующие данные:

Р10-2

, Па 10 15,2 25,4 30,0 45,8 60,5 80 89,4

А, моль/кг 2,3 3,6 4,95 5,4 7,8 10,2 14,4 16,6

Д, моль/кг 2,3 3,6 5,0 6,0 9,5 12,5 14,8 16,6

Охарактеризуйте процесс сорбции.

1. Постройте изотермы адсорбции и десорбции и определите тип сорбции по

всем классификационным признакам.

2. Постройте изотермы адсорбции в координатах линейной формы уравнения

Ленгмюра (Р/А – Р) и в координатах линейной формы уравнения Фрейнд-

лиха (lg A – lg P) и выберите. Какое из уравнений (Ленгмюра или Фрейнд-

лиха) точнее характеризует процесс адсорбции.

3. Рассчитайте пористость адсорбента, радиусы пор и постройте кривые рас-

пределения пор адсорбента по радиусам пор.

Изотерма адсорбции – это график зависимости адсорбции А паров эфира от

давления этих паров. Изотерма десорбции – это график зависимости десорбции Д

паров эфира от давления этих паров.

1. Изотерма адсорбции – нижняя кривая, изотерма десорбции – верхняя

кривая. Несовпадения изотерм адсорбции и десорбции свидетельствуют о нали-

чии явления, называемого гистерезисом адсорбции.

Явление гистерезиса свидетельствует о том, что активированный уголь –

пористый адсорбент. Вид сорбции – капиллярная конденсация. Адсорбция диэти-

лового эфира на активированном угле по классификационным признакам является

молекулярной, физико-химической, протекающей на границе газ-твердое тело, по

механизму – полимолекулярная адсорбция.

3. Для построения изотермы адсорбции в координатах линейной формы урав-

нений Ленгмюра и Фрейндлиха пересчитаем величины адсорбции и давле-

ния в соответствии с требуемыми координатами.

Р10-2

, Па 10,0 15,2 20,2 25,4 30,0 45,8 60,5 80,0 89,4

11

lg P 3,00 3,18 3,31 3,40 3,48 3,66 3,78 3,90 3,95

А

Р 435 422 421 513 555 587 593 555 542

lg А 0,36 0,55 0,68 0,69 0,73 0,89 1,01 1,15 1,21

Построим графики РfА

Р и lgА = f (lg P).

3. Расчеты пористости адсорбента и радиусов пор проводятся по следую-

щим формулам:

Wп = АVm; Vm = ρ

М; In

sР

Р =

RTr

V2 mб- уравнение Томсона-Кельвина,

где Wп – пористость адсорбента, м3/кг;

А – адсорбция, моль, кг;

Vm – молярный объем адсорбата, м3/моль;

М – молярная масса адсорбата, кг/моль;

– плотность адсорбата, кг/м3;

Р – давление паров адсорбата при данной температуре, Па;

Рs – давление насыщенных паров адсорбата при данной температуре, Па;

б – поверхностное натяжение адсорбата, Дж/м2;

r – радиус пор адсорбента, м;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК);

Т – температура, К.

Рассчитываем пористость Wп и радиус пор r при различных значениях ад-

сорбции диэтилового эфира на активированном угле. Для диэтилового эфира

находим из справочника [11]: = 707 кг/м3; М = 74,1210

-3 кг/моль; б

= 17,0110-3

Дж/м2; Рs = 5,310

4 Па. (Для некоторых веществ эти величины пред-

ставлены в табл.3 настоящих методических указаний).

Рассчитываем по приведенным выше формулам Vm, Wп и r для Р10-2

, Па; А

= 2,3 моль/кг:

Vm = ρ

М = 3

3

10104,0707

1012,74

м3/моль;

Wп = АVm = 2,30,10410-3

= 0,2410-3

м3/кг;

r = 9

4

2

33

s

m 1046,3

105,3

1010,0In3038,31

100,1041017,012

)In(p/PRT

V2

б м.

Аналогично рассчитываем Wп и r для других значений давления и адсорб-

ции диэтилового эфира на активированном угле. Рассчитанные величины пред-

ставляем в следующем виде.

12

Р10-2

, Па 10,0 15,2 20,0 25,4 30,0 45,8 60,5 80,0 89,4

Wп103, м

3/кг 0,24 0,37 2,1 2,64 3,12 4,76 6,29 8,32 9,29

r109, м 3,46 3,66 3,98 4,29 4,53 5,32 6,19 6,88 7,34

610Δr

ΔWп 0,06 0,65 5,41 1,74 2,0 2,07 1,76 2,94 2,10

Общая пористость адсорбента Wп складывается из объема пор разных ра-

диусов r. Чтобы узнать, поры каких радиусов преобладают в адсорбенте, необхо-

димо построить интегральную (Wп – r) и дифференциальную (Wп/r) – r кривые

распределения пор по радиусам.

Пример 3. Рассчитайте динамическую обменную емкость катионита и ани-

онита, если для полного обессоливания воды методом ионного обмена через ко-

лонку с 2 кг катионита и через колонку с 3 кг анионита можно пропустить только

10 м3 воды, содержащей 0,024 г/л MgSO4 и 0,011 г/л FeCl3.

Р е ш е н и е. Уравнения ионообменных реакций имеют вид:

2R-H + MgSO4 = MgR2 + H2SO4 на катионите

3R-H + FeCl3 = MgR3 + 3HCl на катионите

2R-OH + H2SO4 = R2SO4 + H2O на анионите

R-OH + HCl = RCl + H2O на анионите.

В соответствии с закономерностями адсорбции на катионите адсорбируется

в первую очередь ион железа, а затем ион магния, на анионите – сульфат-ион, а

затем – хлорид-ион. Обмен ионов протекает с эквивалентных количествах, поэто-

му вначале пересчитываем концентрацию С, выраженную в г/л, в молярную кон-

центрацию эквивалентов Сэк по формуле

Сэк = М

СZ

М

С эк

эк

,

где Мэк – молярная масса эквивалентов, г/моль;

Zэк – число эквивалентности, равное заряду иона по модулю.

Сэк(MgSO4) = 4

4

104120

024,02

)М(MgSO

С2

моль/л;

Сэк(FeCl3) = 4

3

102162

0,0113

)М(FeCl

С3

моль/л.

По закону эквивалентов

Сэк(MgSO4) = Сэк(Mg2+

) = Сэк(SO 2

4 );

13

Сэк(FeCl3) = Сэк(Fe3+

) = Сэк(Cl–).

Динамическую обменную емкость ионита Q рассчитываем по формуле

Q = ионита

экводы

m

ΣСV,

где Сэк – суммарная молярная концентрация эквивалентов всех катионитов

или всех анионитов, моль/л;

Vводы – объем воды, пропускаемой через ионит, л;

Mионита – масса катионита или анионита, кг.

Qкатионита = 0,32

]104102[1010

m

)](MgC)(Fe[СV 443

катионита

2

эк

3

экводы

моль/кг;

Qанионита = 0,23

]104102[1010

m

)](SOC)(СС[СV 443

анионита

2

4экэкводы

моль/кг.

С целью многократного использования ионитов их можно регенерировать

путем проведения ионообменной адсорбции в обратном направлении, т. е. через

катионит пропустить раствор кислоты, а через анионит – раствор щелочи.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Какие системы называют дисперcными ? Назовите признаки, характерные для

таких систем. Приведите примеры.

2. Назовите условия и методы получения дисперсных систем.

3. Классификация дисперсных систем по степени дисперсности.Определите тип

системы по этой классификации: гидрозоль, аэро золь, суспензия, эмульсия.

4. По какому признаку дисперсные системы делят на лиофильные и лиофоб-

ные? Определите тип систем по этому признаку: гидрозоль серы, гидрозоль

Fe(OH)3, раствор высокомолекулярного вещества (ВМВ).

5. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной

фазы и дисперсионной среды. Определите тип систем по этой классифика-

ции: аэрозоль, гидрозоль, пемза, пена.

14

6. По какому признаку дисперсные системы делят на свободнодисперсные и

связнодисперсные? Определите тип систем по этому признаку: золь, гель,

студень, раствор высокомолекулярного вещества (ВМВ).

7. Что такое мицелла? Напишите формулу мицеллы в гидрозоле AgCl, стаби-

лизированном избытком KСl.

8. Перечислите оптические свойства дисперсных систем. Что такое опалесцен-

ция?

9. Какие молекулярно-кинетические свойства характерны для свободнодис-

персных систем? Охарактеризуйте состояние диффузионно-

седиментационного равновесия в дисперсной системе.

10. Какие электрокинетические свойства проявляют дисперсные системы?

Назовите общие и отличительные признаки электрофореза и потенциала се-

диментации.

11. Какие процессы называют электрофорезом, а какие – электроосмосом?

Перечислите их общие и отличительные признаки. Каково практическое

значение этих процессов?

12. Что происходит в дисперсных системах при структурообразовании? Чем ге-

ли отличаются от студней?

13. Какие свойства дисперсных систем называются структурно-

механическими? Как влияет образование структур на вязкость дисперсных

систем?

14. Что понимают под агрегативной и кинетической устойчивостями дисперс-

ных систем? Перечислите факторы устойчивости дисперсных систем.

15. Чем отличаются растворы высокомолекулярных веществ (ВМВ) от дис-

персных систем? Какие процессы называют набуханием ВМВ, а какие – за-

студневанием?

16. Какие вещества являются полиэлектролитами? Как влияют pH на состояние

белков в растворе? Что такое pH(ИЭТ)?

17. Какие процессы протекают при разрушении дисперсных систем? Что про-

исходит при коагуляции, коалесценции, коацервации, деэмульгировании?

18. Электролитная коагуляция. Каковы принципы выбора коагулятора? Что

называется порогом коагуляции и коагулирующей способностью коагуля-

тора?

19. C позиции теории ДЛФО, ответьте, какую электролитную коагуляцию

называют нейтрализационной , а какую – концентрационной? Какие элек-

тролиты являются индифферентными а какие –неиндифферентными?

20. Дайте классификацию эмульсии. Что такое «обращение фаз эмульсии»?

21. Какие системы называют пенами? Какие пути получения стабилизации и

разрушения пен имеют практическое значение?

22. К какому типу дисперсных систем относится СМОГ? Приведите примеры

аэрозолей, используемых человеком.

23. Объясните голубой цвет неба днем и желто-красные восходы и закаты на

основании основного закона светорассеяния Релея. Как изменяется интен-

сивность рассеянного света с длиной волны видимого света?

15

24. Почему в устье впадение рек в моря и океаны интенсивно протекают про-

цессы электролитной коагуляции? Какие примеси вод образуют отмели?

25. Какое электрокинетическое свойство дисперсных систем проявляется в виде

грома и молнии во время грозы? Объясните свой выбор.

26. Какова сущность понятии дисперсность и гетерогенность? В каком соотно-

шении находятся дисперсность и размер частиц? Рассчитайте дисперсность,

если радиус шарообразных частиц равен 2 10-5

м.

27. Назовите объекты изучения коллоидной химии. Почему эту науку называют

физико-химией дисперсных систем и поверхностных явлений?

28. Перечислите основные методы получения лиофобных и лиофильных дис-

персных систем. Каковы условия их получения.

29. Предложите методы определения размера частиц дисперсной фазы на осно-

ве оптических и молекулярно-кинетических свойств дисперсных систем.

30. Обоснуйте, можно ли отнести к дисперсным системам атмосферу, почву и

поверхностные воды? Какие признаки позволяют считать их дисперсными

системами?

Варианты 31-50. Коллоидный раствор (золь) АД получен при смешивании V1мл

водного раствора АС с молярной концентрацией эквивалентов С1 и V2 мл водного

раствора ВД с молярной концентрацией эквивалентов С2.

1. Напишите уравнение реакции получения вещества, образующего золь АД.

2. Рассчитайте, какое из исходных веществ АС или ВД в избытке. Определите

ионный состав раствора и выберите, какой из ионов будет потенциалопределяю-

щим (ПОИ).

3. Напишите формулу мицеллы в гидрозоле АД и назовите все ее составные

части.

4. Укажите заряд коллоидной частицы (гранулы) и определите, какой ион (ка-

тион или анион) будет ионом-коагулятором.

5. Расположите электролиты К2SO4, Nа3PO4, MgСl2, Сd(NO3)2, Аl2(SO4) в по-

рядке увеличения коагулирующей способности иона-коагулятора (или

уменьшение порога коагуляции золя).

Таблица 1.

Задания к вариантам 31-50

Вари-

ант

АД АС V1мл С1,

моль\л

ВД V2,

мл

С2 ,

моль\л

31 Fe(OH)3 FeCI3 10 0,01 KOH 15 0,010

32 Н2SiO3 HCI 8 0,06 Na2SiO3 12 0,015

33 ВаSO4 ВаCI2 12 0,03 K2 SO4 7 0.06

34 PbI2 Pb(NO3)2 10 0,01 KI 12 0,01

35 ZnS (NH4)2S 3 0,05 ZnCI2 10 0,01

36 Hg2SO4 H2SO4 9 0,02 Hg2(NO3)2 12 0,01

37 Ве(ОН)2 ВеСI2 15 0,01 NН4OH 10 0,02

38 Аg2CгO4 К2СгO4 7 0,03 АgNO3 8 0,02

39 Cг(ОН)3 СгСI3 10 0,01 NН4OH 16 0,02

16

40 CdS CdCI2 11 0,01 H2S 5 0,02

41 РbSO4 Рb(NO3)2 5 0,04 H2SO4 6 0,03

42 ВаF2 NaF 9 0,02 ВаСI2 8 0,02

43 Аg2C2 АgNO3 11 0,01 (NH4)2C2O4 5 0,03

44 NiS Na2S 8 0,02 NiSO4 10 0,01

45 Mg(OH)2 NaOH 12 0,02 MgCI2 5 0,03

46 HgI2 Hg(NO3)2 5 0,05 KI 10 0,03

47 Fe3[Fe(CN)6]2 FeSO4 6 0,04 K3[Fe(CN)6]2 12 0,02

48 Вi(OH)3 NaOH 7 0,03 Вi(NO3)3 9 0,01

49 Аg4[Fе(CH)6] Ag NO3 10 0.02 К4[Fe(CN)6] 6 0,03

50 Аg2SiO3 Nа2SiO3 15 0,01 Ag NO3 7 0,03

51. Определите диаметр частиц аэрозоля, используя результат исследования ме-

тодом поточной ультрамикроскопии: в объеме 2,210-2

мм3 подсчитано 87 частиц

аэрозоля (дыма мартеновской печи). Концентрация аэрозоля 110-4

кг/м3, плот-

ность дисперсной фазы 2 г/см3, форма частиц сферическая.

52. Удельная поверхность сферических частиц гидрозоля кремнезема составляет:

1,1104 м

2. Плотность кремнезема 2,7 г/см

3, вязкость дисперсионной среды

1103 Пас, температура 293 К. Определите проекцию среднего сдвига частиц золя

за время 4 с.

53. По данным Сведберга коэффициент диффузии коллоидных частиц золота в

воде при 298 К равен 2,710-7

м2/сут. Определите дисперсность частиц гидрозоля

золота. Вязкость воды при 298 К равна 8,8410-4

Пас.

54. Определите частичную концентрацию золя Al2O3, исходя из следующих дан-

ных: массовая концентрация 0,3 г/л, коэффициент диффузии сферических частиц

золя 210-6

м2/сут, плотность Al2O3 4 г/см

3, вязкость среды 110

-3 Паc, температура

293 К.

55. Используя закономерности светорассеяния в соответствии с теорией Рэлея и

ослабление светового потока в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера,

рассчитайте радиус частиц дивинилстирольного латекса, если концентрация ла-

текса 0,2 г/л, длина волны падающего света равна 400 нм, оптическая плотность

А равна 0,347 в кювете длиной 5,01 см. Показатель преломления воды равен

1,333, плотность и показатель преломления дисперсной фазы равны 0,945 г/см3 и

1, 653.

56. Удельная поверхность сферических частиц гидрозоля диоксида кремния со-

ставляет: 2,1105м

2/кг, плотность диоксида кремния 2,7 г/см

3, вязкость дисперси-

онной среды 110-3

Паc, температура 293 К. Определите проекцию среднего сдви-

га частиц золя за время 6 с.

17

57. Определите радиус частиц суспензии гуммигута в воде, если среднеквадратич-

ный сдвиг

равен 7,09 мкм за время 30 с, температура опыта 290 К, вязкость

среды 1,110-3

Пас.

58. Рассчитайте, за какое время сферические частицы Al2O3, распределенные в

среде с вязкостью 1,510-3

Пас, оседают на высоту 1 см, если удельная поверх-

ность частиц составляет 104 м

-1. Плотности дисперсной фазы и дисперсионной

среды равны соответственно 4 и 1 г/см3.

59. Определите радиус частиц суспензии коалина в воде, если среднеквадратич-

ный сдвиг

равен 12 мкм за время 120 с. Температура опыта 293 К, вязкость сре-

ды 1,110-3

Пас.

60. Рассчитайте электрофоретическую скорость передвижения частиц золя три-

сульфида мышьяка по следующим данным: электрокинетический потенциал ча-

стиц – 42,3 мВ, расстояние между электродами 0,4 м, внешняя разность потенциа-

лов 149 В, вязкость среды 1 10-3

Па с, относительная диэлектрическая проницае-

мость 80,1.

61. Рассчитайте электрокинетический потенциал поверхности частиц бентонито-

вой глины по результатам электрофореза при следующих условиях: расстояние

между электродами 25 см, напряжение 100 В, за 15 мин частицы перемещаются

на 6 мм к аноду, относительная диэлектрическая проницаемость среды 78,2 при

298 К, вязкость 8,84 10-4

Па с.

62. Рассчитайте электрокинетический потенциал поверхности кварца по данным

полученным при исследовании электроосмотического переноса жидкости через

кварцевую мембрану: сила тока 210-3

А, объемная скорость раствора KCl, пере-

носимого через мембрану, 0,02 мл/с, удельная электрическая проводимость рас-

твора 1,210-2

Смм-1

, вязкость раствора 110-3

Пас, относительная диэлектриче-

ская проницаемость 80,1.

63. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц кварцевого стекла, если

скорость передвижения этих частиц в водном растворе NaCl равна 2,2 мкм/с при

постоянной напряженности электрического поля 100 В/м. Вязкость раствора

1,1410-3

Пас, относительная диэлектрическая проницаемость 82, температура 288

К.

64. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц корунда в водном рас-

творе KCl по следующим данным: скорость электроосмоса через корундовую

мем- брану 0,02 мл/с , удельная электрическая проводимость раствора 1,210-2

18

Смм-1

, вязкость раствора 110-3

Пас, сила тока при осмосе 1,510-2

А, относитель-

ная диэлектрическая проницаемость среды 80,1.

65. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц золя Fe(OH)3 по данным

электрофореза: разность потенциалов 170 В, расстояние между электродами 0,45

м, смещение границы золя к катоду составило 12 мм за 30 мин. При температуре

опыта, равной 298 К, вязкость дисперсионной (водной) среды 8,9410-4

Пас и от-

носительная диэлектрическая проницаемость среды 78,2.

66. Рассчитайте электрофоретическую скорость частиц глины, если электрокине-

тический потенциал частиц 48,8 мВ, разность потенциалов между электродами

равна 220 В, а расстояние между ними 44 см, вязкость среды 1 10-3

Пас и от- но-

сительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1.

67. Рассчитайте напряженность электрического поля (градиент потенциала), если

электрокинетический потенциал частиц золя гидроксида железа равен 52,5 мВ,

электрофоретическая скорость частиц 3,7410-4

см/с, вязкость среды

1,00510-3

Пас, а относительная диэлектрическая проницаемость 80,1.

68. Определите электрокинетический потенциал на границе раздела фаз керами-

ческий фильтр-водный раствор KCl, если при протекании раствора скорость

электроосмоса 0,03 мл/с, удельная электрическая проводимость среды 1,310-2

Смм-1

, сила тока при осмосе 210-2

А, вязкость среды 110-3

Пас, относительная

диэлектрическая проницаемость 80,1.

69. Рассчитайте величину электрокинетического потенциала на границе кварцевое

стекло – водный раствор KCl. Процесс электроосмоса характеризовался следу-

ющими данными: сила тока 410-4

А, время перемещения 110-8

м3 раствора соста-

вило 12,4 с, удельная электрическая проводимость среды 1,810-2

Смм-1

, вязкость

среды 110-3

Пас, относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1.

70. Рассчитайте скорость электрофореза коллоидных частиц берлинской лазури в

воде, если электрокинетический потенциал составляет 58 мВ, напряженность

электрического поля 510-2

В/м, вязкость среды 110-3

Пас, относительная диэлек-

трическая проницаемость среды 80,1.

71. Перед подачей речной воды в цеха завода ее осветляют: вводят в нее электро-

лит коагулятор и образовавшийся ил отстаивают в специальных отстойниках.

Рассчитайте, расход Al2(SO4)3 (кг в сутки), если расход воды на предприятии

100000 м3/сут, а порог коагуляции по NaCl равен 288 моль/м

3. Считать знак элек-

трических зарядов коллоидных частиц отрицательным.

19

72. Отработанные растворы производства фотоматериалов содержат коллоидное

серебро в виде галогенидов. Рассчитайте расход Al2(SO4)3 в кг на 100 м3

сточных

вод, предполагая, что знак электрических зарядов коллоидных частиц положи-

тельный. Пороги коагуляции (в ммоль/дм3) для одновалентных ионов – 142; для

двухвалентных – 2,43; для трехвалентных – 0,068.

73. Рассчитайте расход 26 % раствора Al2(SO4)3 в м3 ( = 1300 кг/м

3) на подготов-

ку 1000 м3 сточных вод к очистке от коллоидных частиц, если знак их электричес-

ких зарядов отрицательный. Порог коагуляции рассматриваемого золя по отно-

шению к NaCl равен 235 моль/м3.

74. Производственные сточные воды содержат коллоидное серебро в виде галоге-

нидов. Рассчитайте расход Al2(SO4)3 на очистку 500 м3 сточных вод, предпола-

гая, что знак электрических зарядов коллоидных частиц отрицательный. Поро-ги

коагуляции (в моль/м3) для одновалентных ионов 142; для двухвалентных – 2,43;

для трехвалентных – 0,068.

75. Речная вода содержит коллоидные частицы органических примесей. Для ис-

пользования ее в целях завода предварительно проводят коагуляцию, а затем от-

стаивают в специальных отстойниках для удаления ила. Рассчитайте расход NaCl

(кг в сутки), если расход воды на предприятии 300000 м3/сут, а порог коагуляции

по NaCl – 52 моль/м3.

76. Для коагуляции 1010-6

м3 золя AgI с отрицательным зарядом частиц требуется

0,4510-6

м3 раствора Ba(NO3)2. Концентрация электролита равна 0,05 кмоль/м

3.

Найдите порог коагуляции золя под действием Ba(NO3)2.

77. Для осветления речной воды перед подачей ее в цеха завода используют спе-

циальные электролиты коагуляторы. Рассчитайте расход Na2SO4 и NaCl кг в сутки

для каждого электролита отдельно), если расход воды на заводе составляет

250000 м2/сут, а порог коагуляции по NaCl-52 моль/м

3, а по Na2SO4 – 0,68

моль/м3. Укажите знак электрических зарядов взвешенных частиц в речной воде.

78. Рассчитайте, какой объем (см3) раствора электролита 0,01 М K2Cr2O7 нужно

добавить к 10 л золя гидроксида алюминия, чтобы вызвать его коагуляцию. Порог

коагуляции по данному электролиту – 0,63 ммоль/л.

79. Сточные воды производства фотоматериалов содержат коллоидное серебро в

виде иодида серебра. Рассчитайте расход Al2(SO4)3 (кг) на очистку 1000 м3 сточ-

ных вод, предполагая, что знак электрических зарядов коллоидных частиц поло-

жительный. Пороги коагуляции (в моль/м3) для одновалентных ионов − 140; для

двухвалентных – 1,98; для трехвалентных – 0,052.

80. В три колбы налито 50 см3 золя Fe(OH)3, чтобы вызвать коагуляцию золя, пот-

ребовалось добавить в первую колбу 5,30 см3

1 М KCl, в другую 31,5 см3

20

0,01 М Na2SO4, в третью – 18,7 см3 0,01 М Na3PO4. Вычислите пороги коагу- ля-

ции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.

81. Рассчитайте, какой объем (м

3) раствора 0,01 М Al2(SO4)3 требуется для коагу-

коагуляции 10 м3 золя As2S3. Порог коагуляции равен 9610

-6 кмоль/м

3.

82. Для очистки сточных вод от коллоидного серебра в виде иодидов используют

хлорид железа (II). Рассчитайте расход на 500 м3 сточных вод, предполагая, что

знак электрических зарядов коллоидных частиц отрицательный. Пороги коагуля-

ции (в моль/м3) для одновалентных ионов – 120; для двухвалентных – 1,92; для

трехвалентных – 0,052.

83. К 5 см3 золя Fe(OH)3 для начала явной коагуляции необходимо добавить один

из следующих растворов: 4 см3 1М KCl, 0,5 см

3 0,01М K2SO4, 3,9 см

3 0,0005 М

K4[Fe(CN)6]. Вычислите пороги коагуляции для этих электролитов. Определите,

во сколько раз коагулирующая способность K4[Fe(CN)6] выше, чем у K2SO4 и KCl.

84. Для очистки природной воды, используемой в гальваническом производстве, в

нее вводят электролит коагулятор и образовавшийся ил отстаивают в специаль-

ных отстойниках. Рассчитайте расход Al2(SO4)3 и NaCl (каждого в отдельнос- ти),

если расход воды на предприятии составляет 200 000 м3/сут, а пороги коагуляции

равны: по NaCl – 52 моль/м3, по Al2(SO4)3 – 0,23 моль/м

3. Укажите знак электри-

ческих зарядов взвешенных частиц в природной воде.

85. Сточная вода содержит коллоидные частицы Al2S3. Порог коагуляции этого

золя по NaCl равен 50,4 моль/м3. Рассчитайте объем 30 % раствора CaCl2

( = 1280 кг/м3), необходимый, чтобы вызвать коагуляцию в 100 м

3 указанного

золя, если знак коллоидных частиц положительный.

86. Рассчитайте расход 26 % раствора Al2(SO4)3 в м3 ( = 1300 кг/м

3) на подготов-

ку 1000 м3 сточных вод, если знак электрических зарядов коллоидных частиц по-

ложительный. Пороги коагуляции для одновалентных ионов − 127 моль/м3, для

двухвалентных – 1,85 моль/м3, для трехвалентных – 0,042 моль/м

3.

87. В пробе сточных вод объемом 5,010-2

м3

после добавления к ней 2,310-3

м3

26 %-ного раствора NaCl ( = 1200 кг/м3) появляются хлопья. Определите порог

коагуляции рассматриваемого золя по отношению к NaCl.

88. Для осветления технической воды в нее вводят электролит-коагулятор и обра-

зовавшийся ил отстаивают в специальных отстойниках. Рассчитайте расход

Al2(SO4)3 и FeSO4 (кг в сутки), если знак коллоидных частиц отрицательный, от-

работанная техническая вода составляет 250000 м3/сут, порог коагуляции для

двухвалентных ионов равен 0,68 моль/м3, для трехвалентных – 0,012 моль/м

3.

21

89. В сточных водах содержится золь гидроксида алюминия. Рассчитайте порог

коагуляции этого золя по NH4Cl, если на коагуляцию частиц из 30 м3 этого золя

расходуется 0,33 м3 20 %-ного раствора NH4Cl ( = 1060 кг/м

3).

90. Рассчитайте расход 30 %-ного раствора Al2(SO4)3 в м3 ( = 1320 кг/м

3) на под-

го- товку 10000 м3 сточных вод, если знак заряда коллоидных ча-

стиц,содержащих- ся в этих сточных водах, является отрицательным. Пороги коа-

гуляции для одновалентных ионов -135 моль/м3, для двухвалентных – 1,89

моль/м3, для трехвалентных – 0,038 моль/м

3.

91. Правило Фаянса-Панета. Какой ион в соответствии с этим правилом будет

лучше адсорбироваться на известняке из природной воды, содержащей NаСI,

MgCI2, СaCI2?

92. Какие явления называются поверхностными? Приведите классификацию по-

верхностных явлений.

93. Дайте определение полной свободной поверхностной энергии. Как ее рас-

считывают? Предложите пути ее снижения .

94. Что понимают под поверхностным натяжением? Какие факторы и как влияют

на его величину?

95. Как влияет концентрация раствора на его поверхностное натяжение? Приве-

дите классификацию растворенных веществ по их влиянию на (раствора).

96. Почему адсорбционные слои поверхностно-активных веществ (ПАВ) называ-

ют ориентированными? Охарактеризуйте процессы гидрофилизации и гидрофо-

бизации поверхности.

97. Оцените состояние ПАВ в растворе. Какую концентрацию раствора ПАВ

называют критической концентрацией мицеллообразования (ККМ)? Каково стро-

ение мицелл ПАВ?

98. Каковы особенности ионообменной адсорбции? Напишите уравнение про-

цессов устранения кальциевой жесткости методом ионообменной адсорбции и

последующей регенерации ионита.

99. Какие процессы называются адгезией?

Перечислите основные виды агдезии. Какова роль агдезии в процессах прилипа-

ния, склеивания, смачивания?

100. Что называется смачиванием? Какие величины характеризуют смачивание?

Перечислите типы твердых поверхностей по их способности смачиваться жидко-

стью и укажите величины краевых углов смачивания.

22

101. Какой процесс называют флотацией? Перечислите условия флотации.

Назовите области использования флотации.

102. Что понимают под поверхностной активностью ПАВ? Оцените поверх-

ностную активность С8H17COOH и C6H13COOH на основе правила Дюкло-Траубе.

Можно ли рассчитать адсорбцию этих веществ по уравнению Гиббса?

103. Что называется солюбилизацией растворов ПАВ? Почему нефтепродукты, по

падающие в природный водоем, концентрируются как на поверхности, так и в

объеме воды?

104. Дайте определение сорбции. Приведите классификацию сорбционных про-

цессов.

105. Дайте определение адсорбции. Приведите классификацию адсорбционных

процессов. Можно ли адсорбцию назвать поверхностным явлением?

106. Назовите основные теории адсорбции; приведите соответствующии им

уравнения и типы изотерм адсорбции.

107. Как влияет природа адсорбата и адсорбента на величину адсорбции? На ос-

новании правила уравнения полярностей Ребиндера определите, на каком адсор-

бенте: активированном угле или силикагеле, будет лучше адсорбироваться

С8H7OH из водного раствора?

108. Какие адсорбенты называют ионитами?

Дайте классификацию ионитов. Какие ионы: Fe3+

или Са2+

, будут лучше адсорби-

роваться на катионите?

109. Каков механизм ионообменной адсорбции? Напишите уравнения реакций

ионного обмена, протекающие при обессоливании воды, содержащей MgSO4.

110. Напишите уравнения процессов обессоливания воды, содержащей CaCI2,

методом ионообменной адсорбции (ионного обмена).

Варианты 111-130. Дана система, состоящая из парообразного вещества и

твердого пористого адсорбента, при температуре Т.

1. Постройте изотермы адсорбции и десорбции.

2. Определите тип сорбции, возможность гистерезиса адсорбции и капилляр-

ной конденсации.

3. Рассчитайте пористость адсорбента по ветви десорбции, в случае ее отсут-

ствия – ветви адсорбции.

23

4. Рассчитайте радиусы пор по уравнению Томсона-Кельвина и постройте ин-

тегральную и дифференциальную кривые распределения пор адсорбента по

радиусам.

5. Определите тип адсорбента по величинам радиусов пор.

Таблица 2.

Задания к вариантам 111-130

Вари

ри-

ант

ТК Адсор-

бент

Адсор-

бат

Р\Рs Р 10-2

Па

А, моль\кг

Адсорция Десорбция

111 293 Уголь H2O

-

5,32

10,0

11,3

12,5

14,7

17,3

20,0

23,3

0,5

2,3

4,0

5,0

10,0

16,0

20,0

28,5

0,5

2,5

5,0

7,5

15,2

23,0

27,6

28,5

112 293 Уголь Бензол

С6H6

-

19,8

29,9

39,8

59,6

79,7

89,4

99,2

4,5

5,4

6,5

10,2

14,4

17,0

20,0

4,5

6,0

9,0

13,9

17,5

19,0

20,0

113 293 Уголь Н2O

-

4,65

9,3

14,0

18,7

20,9

23,3

0,5

1,5

8,5

20,0

24,0

28,5

0,5

1,5

13,5

27,0

28,0

28,5

114 293 Уголь CH3OH 64,0

76,8

90,0

102,5

114,5

128,0

24,0

28,3

31,0

36,0

46,0

55,0

24,0

30,0

37,5

44,0

50,0

55,0

115 293 Уголь CH3OH 12,8

25,6

38,4

52,2

64,0

7,5

8,0

8,3

8,6

9,4

7,5

8,3

9,0

9,6

10,2

24

76,8

90,0

102,0

10,2

11,4

13,0

11,0

11,7

13,0

116 293 Уголь H2O 0,1

0,2

0,4

0,6

0,8

0,9

1,0

6,5

9,0

11,5

14,0

22,5

26,5

30,0

7,0

10,3

13,5

16,5

25,0

27,6

30,0

117 293 Уголь CH3OH

-

16,0

32,0

64,0

79,0

96,0

110,0

128,0

2,5

3,5

4,8

6,3

13,0

19,0

22,5

2,5

3,5

4,8

6,5

17,5

20,2

22,5

118 293 Уголь H2O

-

2,93

5,56

11,7

17,5

20,2

23,4

1,0

1,4

1,7

2,3

3,0

5,0

1,0

1,5

2,0

2,6

3,5

5,0

119 293 Монтмо-

риллонит

Н2O

-

2,34

4,68

7,03

9,35

11,7

14,0

16,4

21,0

23,0

4,0

6,0

7,3

8,3

9,0

9,5

10,0

12,6

17,0

4,0

6,0

7,3

8,3

9,0

11,0

11,6

14,0

17,0

120 353 Цеолит H2O 1,33

2,66

5,32

6,65

9,30

13,30

17,30

7,0

7,7

8,34

8,63

8,90

9,12

9,33

121 298 Цеолит C2H6 50,0

100,0

150,0

200,0

300,0

2,0

2,37

2,53

2,63

2,77

-

25

500,0 2,87

122 293 Уголь CH3CI 0,0013

0,0051

0,0130

0,033

0,167

0,373

0,956

3,198

1,13

1,69

2,25

2,82

3,94

4,50

5,25

5,77

-

123 293 Силика-

гель

CH3OH

-

16,0

32,0

64,0

79,0

96,0

110,0

128,0

2,5

3,5

4,8

6,3

13,0

19,0

22,5

2,5

3,5

4,8

6,5

17,5

21,2

22,5

124 323 Уголь C6H6

-

0,0004

0,0030

0,0187

0,1470

0,495

1,029

2,725

7,214

0,41

0,68

1,36

2,38

3,26

3,80

4,61

5,09

125 293 Уголь H2O 0,1

0,2

0,4

0,6

0,8

0,9

1,0

-

6,5

9,0

11,5

14,0

22,5

26,5

30,0

7,0

10,3

13,5

16,5

25,0

27,6

30,0

126 293 Уголь H2O 0,1

0,2

0.3

0,5

0,7

0,9

1,0

3,75

5,30

6,20

8,75

10,4

12,5

13,2

5,70

7,00

7,90

10,0

11,50

13,00

13,20

127 293 Пшенич-

ный гле-

адин

H2O 0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

1,75

3,22

3,60

4,67

5,55

6,70

6,90

2,66

3,78

4,90

6,16

6,95

7,70

26

0,8 9,18 8,45

9,22

128 293 Силика-

гель

CH3OH 0,2

0,4

0,6

0,8

0,9

1,0

-

0,8

1,3

1,6

2,2

4,0

38,7

0,8

1,3

1,7

3,0

37,0

38,7

129 293 Сажа

каналь-

ная

C6H6 0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,7

-

0,4

0,59

0,65

0,70

0,85

1,35

-

130 293 Сажа CH3OH

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

-

1,75

2,15

2,42

2,66

2,80

3,20

3,50

3,80

-

Таблица 3.

Некоторые физические свойства адсорбатов

Адсорбат Т,

К V 10

-3

м

3\кмоль

РS 10

-2

Па 10

3

Дж/м2

Н2О

С6H6

С6H6

СН3ОH

С2Н6

СН3СI

293

293

323

293

298

64,0

18,0

89,0

92,0

40,6

64,0

80,7

23,4

99,3

354,8

128,0

37000,0

239,9

72,5

28,9

24,88

22,6

19,9

27,14

27

Варианты 131 - 150. Для полного обессоливания методом ионообменной

адсорбции V м3 природной или разбавленной сточной воды последовательно про-

пускают через колонки с m1 кг катионита в Н-форме и с m2 кг анионита в ОН-

форме. Динамические обменные емкости катионита равны:

А катионита кг

соли эквмоль ; В

анионита к кг

соли эквмоль .

Охарактеризуйте процесс ионообменной адсорбции из воды на ионитах (ва-

рианты заданий приведены в табл. 5).

1. Напишите уравнения ионообменных реакций, протекающих на катионите и

анионите с участием ионов каждой соли.

2. Определите, в какой последовательности будут адсорбироваться ионы на

катионите и анионите. Расположив их в ряд по уменьшению адсорбируемо-

сти.

3. Пересчитайте концентрацию солей в водном растворе, выраженную в г/л, в

молярную концентрацию эквивалентов (моль экв/л) и определите суммар-

ную концентрацию солей в (моль экв/л).

4. рассчитайте искомые величины х, указанные в варианте задания.

5. Предложите методы регенерации отработанных катионитов и анионитов и

напишите уравнения соответствующих ионообменных реакций.

Таблица 4

Задания к вариантам 131 – 150.

Ва-

риант

m1,

кг

m 2,

кг

А,

кг

эквмоль

В,

кг

эквмоль

V,

м3

Солевой состав водного

раствора

Формула

соли

С,

г/л

1 х х 4,2 3,5 100 NaCl

MgSO4

Ca(HCO3)2

FeCl3

0,025

0,04

0,012

0,006

2 1 1 4,8 4,0 х MgCl2

NaCl

MgSO4

Al(NO3)3

0,031

0,031

0,023

0,018

3 х х 4,0 3,8 50 MgCl2

H2[ZnCl4]

H2[CoCl4]

Na2SO4

0,012

0,021

0,030

0,025

4 1,5 2 4,3 3,9 х AlCl3

Sn(NO3)2

0,020

0,012

28

ZnCl2

Na2SO4

0,037

0,025

5 х х 4,2 4,7 150 CdCl2

MgCl2

KCl

FeCl3

0,015

0,02

0,03

0,018

6 1 1,5 3,5 3,8 х NaCl

MgCl2

CaSO4

AlCl3

0,025

0,03

0,01

0,021

7 х х 4,0 4,2 80 AgNO3

Hg(NO3)2

Pb(NO3)2

Fe(NO3)3

0,041

0,033

0,028

0,011

8 2 2,5 4,5 3,8 х CuSO4

NaCl

MgSO4

Fe2(SO4)3

0,015

0,022

0,013

0,032

9 х х 4,0 4,2 120 Pb(NO3)2

AgNO3

Hg(NO3)2

Al(NO3)3

0,01

0,04

0,021

0,012

10 2,0 2,0 3,9 4,0 х NaCl

MgCl2

MgSO4

AlCl3

0,022

0,04

0,021

0,018

11 х х 3,5 4,2 65 SnCl2

CdCl2

FeCl3

NaNO3

0,014

0,01

0,021

0,014

12 1,5 1,5 3,9 4,1 х KCl

Ni(HCO3)2

MgCl2

Al(NO3)3

0,02

0,012

0,031

0,017

13 х х 4,2 4,0 110 NaNO3

MgCl2

Cd(HCO3)2

Hg(NO3)2

0,04

0,01

0,015

0,002

14 1,0 1,0 4,0 3,8 х CuSO4

MgSO4

NaCl

Fe(NO3)3

0,012

0,025

0,015

0,012

15 х х 3,5 3,7 130 KCl

NiSO4

FeCl3

NaNO3

0,02

0,015

0,02

0,009

16 2,5 2,5 4,1 3,9 х KNO3

MgSO4

AlCl3

Fe(NO3)3

0,03

0,01

0,025

0,009

17 х х 3,7 4,2 90 Ca(HCO3)2

MgCl2

0,025

0,015

29

FeCl3

NaNO3

0,008

0,011

18 1,8 1,5 4,3 3,8 х CrCl3

Mg(NO3)2

NiCl2

KCl

0,008

0,001

0,01

0,02

19 х х 4,0 3,7 160 NaCl

Mg(NO3)2

Fe2(SO4)3

CuCl2

0,08

0,012

0,005

0,02

20 2,5 2,8 3,5 3,0 х Sn(NO3)2

MgSO4

NaCl

Al(NO3)3

0,011

0,022

0,052

0,018

ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Каждый студент выполняет свой вариант контрольных заданий. Вариант задания

выдается каждому студенту индивидуально на кафедре.

Варианты контрольных заданий

Номер ва-

рианта

Номера контрольных заданий

1 1 8 31 51 71 91 111 131

2 2 9 32 52 72 92 112 132

3 3 10 33 53 73 93 113 133

4 4 11 34 54 74 94 114 134

5 5 12 35 55 75 95 115 135

6 6 13 36 56 76 96 116 136

7 7 17 34 57 77 97 117 137

8 14 18 38 58 78 98 118 138

9 15 19 39 59 79 99 119 139

10 16 23 40 60 80 100 120 140

11 20 24 41 61 81 101 121 141

12 21 25 42 62 82 102 122 142

13 22 27 43 63 83 103 123 143

14 26 29 44 64 84 104 124 144

15 30 28 45 65 85 105 125 145

16 1 11 46 66 86 106 126 146

17 2 12 47 67 87 107 127 147

18 3 13 48 68 88 108 128 148

30

19 4 17 49 69 89 109 129 149

20 5 18 50 70 90 110 130 150

21 6 19 35 57 79 101 113 134

22 7 23 36 58 80 102 114 135

23 14 24 37 59 89 104 116 137

24 15 25 38 60 83 105 117 138

25 16 27 39 61 84 106 118 139

26 20 29 40 62 85 107 119 140

27 21 28 41 63 86 108 120 141

28 22 8 42 64 87 109 121 142

29 26 9 43 65 88 110 122 143

30 30 10 44 66 89 91 123 144

31 1 11 45 67 90 92 124 145

32 2 12 46 68 71 93 125 146

33 3 13 47 69 72 94 126 147

34 4 17 48 70 73 95 127 148

35 5 18 49 51 74 96 128 149

36 6 19 50 52 75 97 129 150

37 7 23 31 53 76 98 130 131

38 14 24 32 54 77 99 111 132

39 15 25 33 55 78 100 112 133

40 16 27 34 56 79 101 113 134

41 20 29 35 57 80 102 114 135

42 21 28 36 58 81 103 115 136

43 22 8 37 59 82 104 116 137

44 26 9 38 60 83 105 117 138

45 30 10 39 61 84 106 118 139

46 3 11 35 56 77 98 119 140

47 4 12 36 57 58 99 120 141

48 6 17 38 59 80 101 122 143

49 7 18 39 60 81 103 124 145

50 15 23 40 61 83 104 125 146

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

31

1. Фролов Ю.Г.: Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперс-

ные системы).: Учебник – М.: Химия, 1982. - 400 с.

2. Воюцкий С.С.: Курс коллоидной химии; Учебник – М.: Химия, 1976. – 574

с.

3. Сеничева Л.В., Яргаева В.А., Янковец Ж.Н.: Поверхностные явления. Ад-

сорбция.: Учебное пособие – Хабаровск, изд. ХГТУ, 1999. – 108 с.

4. Яргаева В.А., Сеничева Л.В.: Дисперсные системы.: Учебное пособие. – Ха-

баровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-т, 2003. – 137 с.

5. Евстратова К.И., Купина Н.Н., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная хи-

мия: Учебник: - М.: ВШ, 1990. – 488 с.

6. Поверхностно-активные вещества. Под. ред. А.А. Абрамзона, Г.М. Гаевско-

го: Справочник – Л.: Химия, 1979, - 376 с.

7. Рабинович В.А., Хавин З.Я.: Краткий химический справочник – Л.: Химия,

1994 – 432 с.