1. WSTĘP TEORETYCZNY
Na powierzchni ciała stałego, niezależnie od rodzaju sieci krystalicznej, panują siły wywołujące gromadzenie się cząsteczek z fazy gazowej lub roztworu. Jeżeli siły te mają charakter fizyczny, to mówimy o adsorbcji fizycznej, jeżeli oddziaływanie jest chemiczne to mówimy o chemisorbcji. W przypadku adsorbcji fizycznej występują oddziaływania typu jon - dipol, dipol - dipol, dipol - dipol indukowany i wreszcie uniwersalne oddziaływania dyspersyjne Londona. Najbardziej znanym, a przy tym prostym modelem jest ujęcie zaproponowane przez Langmuira. W modelu tym zakłada się, że powierzchnia adsorbentumzawiera ustaloną liczbę miejsc dla adsorbowanych cząsteczek i każde takie miejsce może być obsadzone przez jedną cząsteczkę. W równowadze termodynamicznej szybkość adsorbcji równa jest szybkości desorbcji. Szybkość adsorbcji powinna być proporcjonalna do ciśnienia ( jeżeli adsorbcja zachodzi ze stanu gazowego ) lub stężenia
( z roztworu ) oraz do ułamka miejsc niezajętych na absorbencie:
vads = kap (1 - )
gdzie - ułamek miejsc zajętych.
W przypadku adsorpcji substancji z roztworów stosuje się dość powszechnie empiryczne równanie Freundlicha
w = kc1/n
gdzie w oznacza liczbę moli lub masę substancji zaadsorbowanej na gram adsorbenta,
c -- stężenie substancji adsorbowanej w równowadze, k i n -- stałe charakterystyczne dla danego układu, które wyznacza się eksperymentalnie; 1/n jest na ogół mniejsze od jedności.
Rozszerzeniem teorii adsorpcji Langmuira na przypadki adsorpcji wielowarstwowej jest teoria Brunauera, Emmetta i Tellera określona w skrócie BET.
Teoria ta, choć oparta jest na wielu upraszczających założeniach, jest nader użyteczna w ilościowym opisie adsorpcji gazów na różnorodnych adsorbentach. Przyjęte założenia są następujące:
1) powierzchnia adsorbentu jest jednorodna, tzn. każda zaadsorbowana cząsteczka w pierwszej monomolekularnej warstwie adsorpcyjnej zajmuje równoważne miejsce w sensie przestrzennym, jak i energetycznym,
2) cząsteczki w pierwszej monowarstwie są zlokalizowane, tj. nie mają stopni swobody ruchu translacyjnego,
3) każda cząsteczka w pierwszej monowarstwie jest miejscem do adsorpcjicząsteczki w drugiej warstwie, cząsteczki zaś w drugiej warstwie są miejscem do adsorpcji cząsteczek w kolejnej trzeciej warstwie itd. Oznacza to, że liczba cząsteczek znajdujących się w kolejnych monowarstwach jest taka sama,
4) nie ma oddziaływań pomiędzy cząsteczkami znajdującymi się na tej samej warstwie,
5) energia adsorpcji cząsteczek w pierwszej monowarstwie jest większa od energii przyłączenia cząsteczek następnych warstw, które już nie różnią się między sobą
i odpowiadają energii kohezji cząsteczek w cieczy. Tak więc tworzenie się drugiej
i następnych warstw traktuje się jak wykraplanie gazu.
Wyprowadzona na podstawie takich założeń izoterma adsorpcji ma postać:
gdzie Θma taki sam sens jak w izotermie adsorbcji Langmuira, tzn. określa stopień pokrycia powierzchni, a więc liczbę zaadsorbowanych cząsteczek na liczbę miejsc będących do dyspozycji w pierwszej monowarstwie .
2. Opracowanie wyników:
Stężenia przed adsorbcj¹ [g/dm3] |
Stężenia po adsorbcji [g/dm3] |
0.02 |
0.0024 |
0.016 |
0.00065 |
0.012 |
0.00046 |
0.008 |
0.00037 |
0.006 |
0.00017 |
0.004 |
0.000085 |
Stężenie po adsorbcji obliczono na podstawie zmierzonej wartości absorbancji.
Liczba moli zaadsorbowana
I r-r 5.5 * 10-6 mola
II r-r 4.8 * 10-6 mola
III r-r 3.6 * 10-6 mola
IV r-r 2.4 * 10-6 mola
V r-r 1.8 * 10-6 mola
VI r-r 1.2 * 10-6 mola
Wartości współczynników k oraz n wyznaczono za pomocą metody regresji liniowej korzystając z programu Easy plot.
log k = -2.375
Współczynnik k wynosi 4.266* 10-3
1/n = 0.438
Wspólczynnik n odpowiednio 2.283
Błąd, który wystąpił w tej metodzie wynosi 0.122 (wykres).
3. Omówienie wyników
Uzuskane wyniki nie są zbyt dobre (dość duży błąd w porównaniu z wartościami otrzymanymi). Może być to wynikiem z niezbyt dokładnym wyborem długości fali przy której wykonywane były pomiary, oraz z samym procesem adsorbcji (mogły wystąpić niewielkie różnice w czasie adsorbcji na weglu aktywnym)