Chimie Fizica Mart.

8/6/2019 Chimie Fizica Mart.

1/39


2/39

temperatura este proporional ,la p = constant, cu volumul, iar la v = cons presiunea, constanta de proporionalitate fiindR 1/n . Se observ c T nu poateavea valori negative, deoarece nici v i nici p nu pot fi negative. Unitaimsurare a temperaturii s-au ales dupCelsius, mprind intervalul dintre punctul de nghe i cel de fierbere ale apei (la presiunea de o atmosfer)

prti egale. Intervalul astfel obinut reprezint 1 Kelvin,K sau 1o

C. Scara Celsius,utilizat inca n practic (meteorologie, medicin, metalurgie), are origi punctul de inghe al apei, iar scara Kelvin , adoptat nSI, are originea la-273,15oC. n unele ri (SUA) se folosete i scaraFahrenheit, conform creiaoF = 32+1,8oC.

1.1.2. Presiunea, p, se defineste ca fora exercitat perpendicular pe unitatea dsuprafat.

S F p = (1.4.)

Unitatea de masur n SI este un pascal , Pa, dar n mod curent se folosescsi alte unitati de masura cum ar fi : atmosfer fizica (atm), bar, torr, mcoloan de mercur (mm Hg), etc., intre care exist urmatoarele corela

2 N/m1Pa1 =Hgmm760 bar 1.013Pa5101,0131atm ===

Pa133,4Hg1mmtorr 1 ==

1.1.3 Concentraiareprezint modul cantitativ de exprimare acompoziiei unui

amestec omogen. Amestecurile omogene lichide i uneori i cele solide se n soluii . Substana lichid (n cazul soluiilor solide substana solid) care predomin se numeste solvent , iar celelalte substane, aflate n cantitai mai mici,se numesc solvai sau substane dizolvate .

Exista mai multe moduri de exprimare a concentraiei soluiilor pentrcare se folosesc urmatoarele notaii: m masa; v volumul; n numrul dIndicele 1 se refer la solvent, iar ceilali (2, 3...) la solvai. Lipsa indicilor c raportarea se face la ntregul amestec n cazul masei sau la suma numrumoli.

Cele mai utilizate moduri de exprimare a concentraiei sunt:

Fracia molar , xi, reprezint numarul de moli ai componentuluii ntr-unmol de amestec:

ni

n

ix = (1.5.)

Concentraia molar , ci, este numrul de moli ai componentuluii ntr-unlitru de soluie:

2


3/39


4/39

Energia intern a unui sistem este suma energiilor interne ale molilsubstane care l compun, corectat cu energia schimbat la formarea lcomponeni. n practic ne intereseaz nu att valoarea absolut a energiei ici transferul acesteia de la un sistem (corp) la altul.

Pentru fenomenele fizico chimice, cele mai importante forme de tra

ale energiei interne sunt:cldura Qlucrul mecanic de volum W Sistemul termodinamic reprezint o parte din univers, cruia i se aplica

legile termodinamicii.Mediul inconjurtor se consider zona din univers cu care sistemul v

efectiv n contact i interacioneaz. Lucrul mecanic , W , se intlnete n termodinamic sub forma de lucru d

volum, ca produsul dintre presiunea p i variaia de volum V:

V p-W = (1.9.)

n care: V1-V2V = unde indicele 1 se refer la starea initial, iar indicele 2 la starea finsistemului care sufer transformarea.

Pentru exprimarea lucrului mecanic elementar se foloseste diferensistemului:

dV p-dW = (1.10.)

Semnul minus arat ca atunci cand volumul crete (dV>0), nvin presiunea p, sistemul cedeaz lucrul mecanic spre exterior (altui sistemediului), decidW0.

Cldura , Q, este o alta form sub care un sistem poate primi sau ceenergie, adica i mrete sau i micoreaz energia intern i care potransformat n lucru mecanic.

Principiul I al termodinamicii stipuleaz :- energia nu poate fi nici creata i nici distrusa, ci numaitransformat, enun care confirm echivalena dintre cldur ilucru mecanic.

Principiul I al termodinamicii instituie c energia interneste funcie de stare , deoarece depinde numai de starea de moment a sistemului, nu de evolanterioar. Expresiile matematice sunt:

dWdQdU +=

sau dV p dQdU = (1.11.)

Pentru un proces de transformare finit, relaiile sunt:4


5/39

WQU +=sau dVQU = p (1.12)

Se constat c la volum constant (dV=0 sauV=0), energia intern, U, aunui sistem crete cnd absoarbe cldura i scade atunci cand n urma unuisistemul degaj caldur, deci cldura schimbat de sistem cu mediul inconmsoar variaia energiei sale interne.

1.2.2 Entalpia - HPentru procesele care se produc la volum constant se poate s

relaia: v(dQ)v(dU) = (1.13.)

Deoarece majoritatea fenomenelor studiate de termodinamica chimi petrec la presiune constant, cresterea energiei interne nu poate fi cuantnumai prin schimburi de cldura i trebuie luat n considerare i lucrul mefectuat de sistem. Pentru facilitatea calculelor s-a introdus o noua funcie d entalpia care cuprinde un termen de corecie pentru lucrul mecaniefectuat de sistem ca s-i ocupe volumul pe care l are la presiunea de lumajoritatea cazurilor presiunea atmosferic) i se definete cu formula:

pVUH += (1.14.)

sau: dpVdV pdUdH ++= (1.15.)

Prin trecerea termenului V*dp cu semn schimbat n membrul stal ecuaiei se obine:

dV pdUdpV dH += (1.16.)

sau: dpV-dHdQ = (1.17.)

deci, la presiune constant, dp=0, cldura primit, dQ, servete integcreterea entalpiei sistemului:

(dQ)p(dH)p = (1.18.)Pentru un proces finit care trece de la starea 1 la starea 2, cret

de entalpie va fi egala chiar cu cldura procesului, Q: (dQ)p(dH)p = (1.19.)

Conventia de zero a entalpiei

Dupa cum nu se cunoate valoarea absolut a energiei internese poate determina nici valoarea absolut a entalpiei, de aceea s-a con

5


6/39

s se considere :entalpia molar a substanelor simple este egal cu zero,n condiii standard de temperatur (25 oC) i presiune (1 atm).

Entalpia molar standard, Ho298, a substanelor compuse este datde entalpia procesului de formare din elemente a substanei, numentalpie de formare.

Pentru determinarea entalpiei de formare a unei substanelementele din care se compune trebuie sa reacioneze ntre ele i msoare cldura degajat de sistem. Dac se absoarbe cldura va re


7/39

transformarea : diamant grafit mol kJ H /9.1= arderea hidrogenului :

(g)O2H 21/2O2H+ mol kJ H /8.241=

desocierea hidrogenului : 2H 2H mol kJ H /434+= neutralizarea :

O2H OaH ++ H

q mol kJ H /6.57=

Se observ c entalpiile de reactie (ale proceselor chimice) depescentalpiile proceselor fizice cu un ordin de mrime.

In cazul reacilor chimice, valoarea entalpiei procesului este influenanatura lgaturilor chimice. Astfel, la disocierea moleculei de hidrogen in atrupe complet legtura i n consecina entalpia depete valoarea de 400 kJdar n cazul neutralizrii modificrile legturilor sunt mai reduse sub aspectenergetic i n consecina, valoarea entalpiei de neutralizare este mai mic. vaporizarea apei (proces fizic) se rup doar legturile de hidrogen care sunt d

ori mai slabe dect legtura covalent din molecula de hidrogen. La transfodiamant-grafit entalpia este foarte mic deoarece nu se produce o schimbarimportant a naturii legturilor chimice.

Ecuaia termochimic este o ecuaie chimic completat cu valoareaenergiei de reacie, ca n exemplele prezentate mai sus.

1.3.2 Legile termochimiei

Legea lui Lavroisier stipuleaz c : entalpia unui proces este egal i desemn contrar, cu procesul ce se desfsoar invers.

Exemple : Cldura latent de solidificare este egal i de semn opus ccldura latent la topire. Cldura molar i disocierea a hidrogenului este dkJ, iar cea de recombinare de hidrogen pentru a forma o molecula este de -4

Legea lui Hess : entalpia de reacie este aceeai, indiferent dac se ajungla produii finali ntr-o singur etap sau in mai multe etape.

Legile lui Lavroisier si Hess sunt consecine ale faptului centalpia este o funcie de stare a crei variatie ntr-un procesnu depinde de drumul urmat , cinumai de starea iniial i de starea final.

Entalpia unui ciclu de mai multe procese n urma crora sistemul revine starea iniial estenul.

1.4. Entropia S

1.4.1 Entalpia proceselor fizice i chimice

Dac dou corpuri sunt n echilibru termic (nu schimb cldura) cu un al treilea, sunt n echilibru termic i ntre ele .

7


8/39

Principiul explic posibilitatea utilizrii termometrului, instrumentul este etalonat prin punerea n contact cu corpuri care au temperatura cunoscuapoi poate msura temperatura altor corpuri cu care este pus in contact.

1.4.2 Principiul al-II-lea al termodinamicii

Cldura nu poate trece spontan de la un corp rece la unul cald (Carnot siClausius).

Nu se poate realiza o main termic, cu funcionare ciclic capabil s produc lucru mecanic pe seama unei singure surse de caldur, adic un perpetuum mobile (Kelvin si Plank)

Acest principiu indica sensul n care evolueaz spontan fenomenele sistemele termodinamice .

Exprimarea matematic a principiului al-II-lea este o inegalitate care c randamentul unei maini termice care funcioneaz ntre dou temperatu poate fi cel mult egal cu randamentul unui ciclu Carnot ideal :

1

21

1

21T

T T

Q

QQ

+=

in care : este randamentul mainii ;1Q - caldura primit de sistem de la sursa 1 (calda) ;2Q - caldura primit de la sursa 2 (rece) ;

1T - temperatura sursei 1 ;2T - temperatura sursei 2 .

2Q este de fapt o cldur cedata, adic negativ. Randamentul termic poate fi mai mare dect diferena relativ a temperaturilor absolute ale celosurse de caldur.

Pentru o funcionare reversibil, meninand semnul =, se poate scri

02

2

1

1 =+T Q

T Q

sau = 0T Q

Cldura redus este definit de raportul Q/T, iar suma se folosete pecazurile cand au loc schimburi de cldura cu mai multe surse.

Pentru un ciclu nchis, n condiii reversibile, cldura redus total es

nul (relatia 2.24).Cldura redus elementar (dS) exprim schimbul infinitezimal decldur al unei surse cu temperatur T :

T Qr dS =

Pentru un ciclu integral :dS = 08


9/39

Entalpia (S)reprezint variaia cldurii reduse i este o funcie de staredeoarece integrala ei pe un ciclu este nul .

Folosind expresia entropiei, principiul al-II-lea al termodinamicii sei sub forma :

dS T dQ sau T dQdS

n sistemele izolate, far schimb de orice natur cu mediu, relaia dev0dS , adic procesele au loc in sensul creterii entropiei. Pentru aceste sist

entropia este maxim la echilibru.Entropia proceselor izoterme si izobare ca topirea solidelor, fierberea

lichidelor si sublimarea se calculeaz ca raportul dintre cldura latent itemperatura transformarii de faz :

entropia de topire : t t t T H S = entropia de fierbere : f f f T H S =

n care : t H i f H sunt cldurile latente de topire, respectiv de vaporizare. t T i f T - temperaturile absolute de topire, respectiv de vaporizare.n general, entropia de topire a substanelor cristaline este

K mol kJ S t /10 , iar entropia de fierbere este K mol kJ S f /100 .Entropia de sublimare (s H ) va fi suma entropiilor de topire i de vaporizare (

f t s S S S += ) deoarece, entropia este o funcie de stare i nu depinde dedrumul parcurs de proces, ci numai de starea iniial i cea final.

1.5. Entalpia libera GConform principiului al-II-lea al termodinamicii ntr-o transformare izoterm

izobar nu toat entalpia sistemului se poate trasfera sub form de lucru mecannumai o parte numitentalpie liber (G) sauafinitatea procesului, iar cealalt parteneconvertibil n lucru mecanic poate fi transferat numai sub forma de caldureste denumitenergie legat (L).

Entalpia liber a unui sistem este :

TS H G =

Entalpia liber a unui proces este :

S T H G =

Diferena entalpiei libere va fi :

dT S S T H G =

9


10/39

Prin combinarea principiului I cu principiul II i nlocuirea lui d Q din rela( pdV dH dQ = ) care caracterizeaz principiul I in relaia 2.26 (TdS dQ ) rezult :

dT S dpV dH

Ecuaia final care combin cele dou principii va fi :dT S dpV dG

Entalpia liber are valoarea minim la echilibru i scderea ei indic sensulevoluiei sistemului.

Entalpia liber se mai numete i potenial termodinamic izoterm-izobar, deoarecela T i p constante se produc spontan numai reaciile capabile s furnizeze lucru m

2. CHIMIA FIZIC A SUPRAFEELOR

2.1. Tensiunea superficial

Prin studierea comportarii moleculelor din straturile superficiale, la supraseparate dintre dou faze, se observ c acestea au proprietai diferite i se codiferit. Astfel, stratul superficial este anizotrop, iar fazele aflate n contact pot fi i

n cazul unei suprafee de separare dintre un lichid i vaporii si, cu care seechilibru, se constat c asupra moleculelor din interiorul lichidului acioneaz

10


11/39

atracie din toate direciile, rezultanta lor fiind nul, iar moleculele de la suprafatrase doar spre interiorul lichidului i lateral (fig. 2.1.). Explicaia acestei compoc moleculele fazei gazoase sunt la distane mari i nu exercit o atracie insasupra celor din stratul superficial. Rezultanta forelor exercitate asupra unei molla suprafat este orientat spre interior i exprima forele de coeziune.

Fig. 2.1. Forele de atracie dintre moleculele din stratul superficial i din interiorul unui lichid.

Din alt punct de vedere, se constat c o molecul n contact cu o alt movecin este ntr-o stare de energie mai mic dect dac nu ar fi n contact cmolecul. Moleculele interioare au toate numrul maxim de vecini pe care l pDar moleculele de la margine au mai puini vecini decat cele interioare i deci sustare de energie mai mare. Pentru ca lichidul s-i minimizeze starea energetrebuie sa minimizeze numrul de molecule de la margine i deci sa-i minimizsuprafeei.Ca rezultat al minimizarii ariei, suprafaa unui lichid va prelua forma ceunifom pe care o poate avea. Cum orice curbur a formei suprafeei duce la ariei, va rezulta i o energie mai mare. n consecin, suprafaa va mpinge napoorice curbur pentru a-i minimiza energia potential.

Raportat la unitatea de suprafa, aceast rezultant a forelor repre presiunea intern pi din ecuaia van der Waals:

( ) ( ) T RbV p p i =+ (2.1.)

Aceste fore sunt ndreptate spre interiorul lichidului i au tendina s-i rsuprafaa liber si s nghesuie moleculele unele n altele.n concluzie, stratul superficial se comport ca o membran elastic.

Tensiunea superficial este proprietatea general a lichidelor de a lua o geometric de arie minim n lipsa forelor externe, datorat aciunii forelor de cdintre moleculele lichidului. Aceast proprietate face ca poriunea de supralichidului sa fie atras de alt suprafat, cum ar fi cea a unei alte suprafee de lichcazul fuzionrii picturilor de ap sau a formrii de sfere din picturile de mercur

Unele efecte ale tensiunii superficiale manifestate n cazul apei sunt:

11


12/39

Formarea de picturi de ap pe suprafaa caroseriei cerua unui automobil. Apa are aderent slab cu ceara i puternic cu ea insastfel apa se adun n picturi. Tensiunea superficial le d o focvasisferic, fiindc sfera are cel mai mic raport ntre aria suprafeei i v Formarea de picturi are loc atunci cand o mas de lich

este ntins. De exemplu apa care ader la gura robinetului i care cstmas pn cnd greutatea ei crete dincolo de punctul n care tensisuperficial nu o mai poate ine legat de robinet. Dupa aceea, ea se septensiunea superficial formeaz picatura sferic. Dac din robinet ar fi cflux continuu de ap, acesta s-ar fi dezmembrat n picturi pe parccderii. Gravitaia ntinde fluxul de ap, dup care tensiunea superficstrnge n sfere. Plutirea de obiecte mai dense dect apa are loc cnobiectul nu se umezete i greutatea sa este suficient de mic pentrucontrabalansat de forele care rezult din tensiunea superficial. Separarea uleiului de ap este cauzat de o diferena nttensiunile superficiale ale celor doua lichide diferite. Lacrimile de vin reprezint formarea de picturi i curg pe marginea unui pahar care conine o butura alcoolic. Cauzele sregsesc n interaciunile complexe dintre tensiunile superficiale diferiapei i etanolului.

Tensiunea superficial apare i n alte fenomene comune, mai ales cfolosesc unele substane care o reduc:

Baloanele de spun au suprafee foarte mari cu volufoarte mic. Baloanele de ap pur sunt instabile. Adugarea de surfacnsa, poate avea efect stabilizator asupra baloanelor (efectul MarangSurfactanii reduc tensiunea superficial a apei de cel puin trei ori. Emulsiile sunt un tip de soluie n care joac un rol tensiunea superficial. Mici fragmente de ulei suspendate n ap puaduna spontan n mase mult mai mari. Dar prezena unui surfactant dscderea tensiunii superficiale, care permite stabilitatea micilor pictuulei n masa apei (sau viceversa).

n concluzie, se poate afirma c stratul superficial se comport ca o memelastic, fapt evideniat prin urmatoarea experient (fig. 2.2.):

12


13/39

Fig. 2.2. Evidenierea tensiunii superficiale

Se consider cadrul metalic ABCD cu latura mobil CD, care se aduce aproape de latura AB i n spaiul ingust dintre ele se pune o picatur de soluie dspun, apoi se coboar usor latura mobil. Se formeaz astfel o pelicul de lichidsuprafee dreptunghiulare libere. Pelicula are suprafaa total:

l yS = 2 (2.2.)unde : y este lungimea variabil

Dac se las liber latura mobil CD, ea se apropie spontan de latura AB cal tendinei de micorare a suprafeei libere.

S-a demonstrat astfel c pentru a mri suprafaa trebuie s se efectueze unmecanic (W).

Tensiunea superficial () reprezint lucrul mecanic necesar pentru cretereizoterm i reversibil a suprafeei cu o unitate:

l f

l y y f

S W

22=== (2.3.)

Din relaia (2.3.) se poate defini tensiunea superficial i ca fora exertangenial la suprafat, pe unitatea de lungime i se exprim n [J/m2], [N/m] sau[dyn/cm].

Tensiunea superficial depinde de natura lichidului i variaz n limite pentru diferite lichide (Tabelul 2.1.).

Tabelul 2.1. Tensiunea superficial a unor lichide:

Substanta [dyn/cm] Temperatura (C)Ap 72,75 20Benzen 28,88 20Metanol 23,00 20Eter 16,50 20Mercur 465 20

13


14/39

Plumb 442 366Hidrogen 2 -252

Lucrul mecanic necesar mririi reversibile a suprafeei se efectueaz

temperatur, presiune i compoziie constant, deci determin numai creterea libere a sistemului:

S

nT p

GdS dG =

=

,,

(2.4.)Unde GS esteenergia libera superficiala.

Legile termodinamice impun ca orice schimbare spontan de stare sa fie ide o scdere a energiei libere superficiale, deci micorarea ariei suprafeei unei mlichid este ntotdeauna spontan (GS < 0), dac nu este nsoit de alte schimbrienergetice. Pentru creterea ariei suprafeei trebuie s se adauge o anumit cantenergie. Din termodinamic se cunoate c:

energia liber superficial este definit de relaia:

ST-HG = (2.5.)unde: H este entalpia;

S - entropia.

entropia este dat de ecuaia:

n pdT

dGS

,

= (2.6.)

Deci, pentru entropia superficial (SS) se poate scrie relaia:

p

S

dT d

S

= (2.7.)

ntr-un sistem n care crearea unei suprafee noi implic un lucru de ventalpia superficial (HS) poate fi nlocuit cu energia intern superficial total (US) irezult c:

=+==dT d

T S T G H U S S S S

(2.8.)

Din variaia = f(T) i US = f(T), se observ c energia total superficial US estemai mare dect tensiunea superficial . Cele dou mrimi sunt egale doar la temcritic a lichidului TC (fig. 2.3.).

14


15/39

Fig. 2.3. Variatia i U S

n functie de temperatur Coeficientul de tensiune superficial depinde de temperatur. Din acest

cnd se exprim o anumit valoare a tensiunii superficiale a unei suprafee de trebuie specificat explicit i temperatura. Tendinta general este ca tensuperficial s scad cu creterea temperaturii, ajungnd la o valoare de 0 la temcritic. Pentru calculul energiei totale superficiale trebuie cunoscut variaia tesuperficiale, iar ecuaiile folosite sunt empirice (ex: ecuaia lui Etvs):

)(32 T T k V C = (2.9.)

unde: V este volumul molar al lichidului;k constanta lui Etvs, cu semnificaia unei entalpii superfica unui cub coninnd un mol de substan (tabelul 2.2.)

Tabelul 2.2. Constanta lui Etvs pentru unele lichideSubstanta N2 CO2 C6H6 H2O C2H5OH CH3COOH

k 2,00 2,22 2,10 1,40 1,08 1,30

n concluzie, tensiunea superficial variaz liniar cu temperatura, iar ensuperficial devine o constant, independent de temperatur. Aceste m

independente de temperatur sunt importante n caracterizarea substanelor, n cestructurii moleculare.

2.2. Unghiul de contact

Umectarea suprafeelor solide de ctre lichide difer mult n funcicaracteristicile celor dou substane aflate n contact. Astfel, o pictur de

15


16/39

aplatizeaz i se ntinde pe o plac de sticl, dar pe o suprafaa metalic devine sferic (fig. 2.4.).

a

b

Fig. 2.4. Umectarea suprafeelor solide:a suprafaa liofil ;b suprafaa liofob .

Suprafeele liofile sunt suprafee umectate de acel lichid (hidrofile pentru ap); Suprafeele liofobe nu sunt umectate de un lichid dat (hidrofobe pentru ap).

Se poate spune c sticla este hidrofil pentru ap dar liofob pentru mercmetalele sunt n general liofile pentru mercur i hidrofobe fat de ap.

Forele de adeziune se manifest ntre molecule diferite (i au ca rezultaumectarea).

Forele de coeziune acioneaza ntre moleculele aceluiai corp.

Raportul dintre forele de adeziune i cele de coeziune explic compodiferit n cazul umectrii:

dac forele de adeziune lichid solid sunt mai puternice dect cele de coale lichidului, suprafaa solid va fi udat;

dac forele de coeziune sunt mai mari, lichidul nu ud suprafaa solid.

Perimetrul de umectare reprezint limita pn la care se ntinde pictura de lich pe suprafaa solid. n acest perimetru se manifest trei tensiuni superficiale (inte

gl ntre gaz i lichid; sl ntre solid i lichid; sg ntre solid i gaz.

16


17/39

Unghiul de contact (de udare, de racord, de margine) () este unghiul formatntre gl i sl.

Tensiunile superficiale sunt orientate tangenial la suprafaa interfazic, echilibru, suma lor vectorial trebuie sa fie nul:

sg sl gl =+cos

(2.10.)de unde:

gl

a

gl

sl sg

=

=cos (2.11.)

Tensiunea de adeziune (a) este diferena dintre tensiunile superficiale solid-lichi solid-gaz i msoar lucrul mecanic de umectare al unitaii de suprafaa (ecuLaplace):

sg sl a = (2.12.)

Semnul tensiunii de adeziune este dat de mrimea unghiului de contact, ast pentru suprafeele liofile: < 90; a < 0, deoarece entalpia liber a sistemului

scade, se elibereaz lucru mecanic a pentru fiecare cm2; pentru suprafeele liofobe: > 90; a >0, deoarece entalpia liber a sistemului

crete cu valoarea a.

n tabelul 2.3. se prezint unghiurile de contact ale diferitelor lichide pesuprafee solide.

Tabelul 2.3Unghiul de contact al unor lichide pe diferite suprafee solideSolidul ap benzen mercur sticla 0 0 128...148cuar 0 0 -grafit 50...60 0 -sulf 78 0 -

parafin 106 0 -

Udarea se poate mbuntti i unghiul de contact se micsoreaz dac n liadaug anumite substane numiteumectani care micsoreaz tensiunea superficial(substane tensioactive).Umectarea prezint importan pentru fenomenele capilare i are aplicabindustrial la splarea esturilor, impermeabilizarea unor materiale, mbominereurilor prin flotaie etc.

2.3. Capilaritatea17


18/39

Fenomenele capilare au loc n tuburi capilare i n sisteme de pori fini la codintre faza lichid i cea solid, fiind caracterizate de : ascensiunea capilar, prcapilar i presiunea de vapori deasupra suprafeei curbe.

2.3.1 Ascensiunea capilarn apropierea pereilor unui vas de sticl apa prezint o suprafa curb, iar

n tuburi foarte subiri se observ o cretere a nivelului lichidului deasupra niveluvasul mare.

Ascensiunea capilar reprezint aceast urcare a lichidelor n tuburicapilare . (fig 2.5)

Fig 2.5 Ascensiunea capilar i presiuneade vapori pe suprafee curbe :

a ascensiunea apei n tub capilar de sticl ;b scderea nivelului apei n tub capilar cu

pereti parafinai .

Dup un timp se stabilete un echilibru i fora ascensional, exprimat ca produsul dintre tensiunea de adeziune i perimetrul seciunii circulare a tubului,egaleaz greutatea coloanei de ap ridicat deasupra nivelului din vas (g m ).

Se obine relaia : g r hd r

=2cos2

unde : d este densitatea lichidului ;h nalimea lichidului .

Relaia lui Jurin, rezultat din ecuaia (2.12) are urmtoarea expresie

18


19/39

cos2 g r hd =

Raza de curbur, r, este pozitiv cnd este orientat spre lichid i negative ceste orientat spre faza gazoas,

Cnd =0, deci cos =1, udarea este total i ecuaia lui Jurin devine :

2 g r hd =

Deoarece , d i g sunt pozitive, rezult c : pentru r h>0, lichidul urc n tubul capilar pentru r>0 => hp 2 )

2.3.3 Presiunea de vapori deasupra suprafeelor curbe

Presiunea de vapori deasupra suprafeelor curbe difer de cea a feelor plandepinde de curbura suprafeei . Deasupra lichidelor din capilarele udate, raza de csuprafeei este negativ (r


20/39

norilor i a ploilor. Norii sunt formai din picturi de ap de mrime diferit, decin echilibru termodinamic i picturile mici au presiune de vapori mai mare dect picturile mari, deci apa se evapor de pe primele i condenseaz pe cele din urmau aceeai temperatur) proces numitdistilare izoterm . Astfel, picturile mari cresc pe seama celor mici, pn devin suficient de grele ca s cad sub form de picatu

ploaie.n sistemele capilare cu pori de raz diferit are loc un fenomen asemntorcapilarele mai mari spre cele mai nguste, care au presiunea de vapori ai lichidulumic, numitcondensare capilar .

Separrile gravimetrice se bazeaz pe fenomenul de maturare a precipitateln contact cu soluia saturat, cnd granulele mari cresc n timp ce cele mici dispadeoarece au solubilitate mai mare .

2.3.4 Determinarea tensiunii superficiale

Metodele de determinare a tensiunii superficiale sunt de dou tipuri :

metode statice care folosesc suprafee deja formate sau care se formeaza lent .metode dinamice pentru suprafee ce se rennoiesc rapid. Pentru lichidele pure ambelcategorii de metode dau rezultate concordante, dar pentru soluii apar deosebiri ddistribuiei diferite a substanei dizolvate n stratul superficial i n interiorul solu

Cele mai folosite metode sunt :metoda ascensiunii capilare se bazeaz pe fenomenele capilare prezentate i pe ecJurin. Cu ajutorul unui catetometru se msoar nltimea (h) la care lichidul urc coboar ntr-un tub capilar.metoda spargerii bulelor msoar presiunea capilar ntr-o bul de raz cunoscutExperimentul const n barbotarea aerului ntr-un tub capilar cu raz cunoscut (rmsoar presiunea aerului cu manometru pn la detaarea bulei (fig. 2.7)

20


21/39

Fig. 2.7 Formarea bulei de aer la captul unui tub capilar introdus n lichid .

Raza de curbur (R) la nceput scade pn la valoarear R =min , apoi crete pn

la desprinderea bulei. Se cunoate faptul c presiunea capilar pc 1/R, deci la valoareaR min, presiunea capilar este maxim (nregistrat la manometru) .metoda stalagmometric utilizeaz un stalagmometru format dintr-o pipet

de volum cunoscut, care se termin cu o capilar prin care lichidul culent, formnd picturi ce cresc treptat pn cnd greutatea lor depaefora de adeziune (fig. 2.8) .

Fig. 2.8 Metoda stalagmometric

n cazul udrii totale =0 i fora de adeziune este egal cucr 2 ,unde r ceste raza exterioar la captul capilarei .

Greutatea picturii n momentul desprinderii este folosit pentru a msuratensiunea superficial, conform relaiei:

2

1

2

1

2

1

mm

g m g m

==

unde : m1 i m2 reprezint masele picturilor pentru dou lichide diferite .

2.4. Adsorbia

2.4.1 Coeficientul de adsorbie

Sistemele chimice sunt n echilibru atunci cnd entalpia lor liber este minimcazul general condiia este ndeplinit prin tendina de micorare a suprafeei de sdintre faze.

21


22/39


23/39

121212 n+=G 11 =G n

unde : este potenialul chimic al solvatului, care are aceeaivaloare n stratulsuperficial, ct si n interiorul soluiei ;

n1 numrul de moli de solvat in faza I ;n12 numrul de moli de solvat la interfa .

Dizolvantul are aceeai contribuie pentru G12i G1.Dac aplicm diferenialele celor dou entalpii libere vom obine :

1212121212 nd+=dG dnd sd s ++ 111 d+n=dG nd

n condiiile n care mrimile extensive sunt constante (ds12=dn12=dn1= 0), ecuaiadevine :

112 dGdG =deci :

d d nd s = 11212 n+

Dac se mparte cu s12i d, se obine :

d d

snn =

12

112

Din relaiile 2.12 si 2.23 se obine o nou exprimare a coeficientului de ads(a), numitizoterma de absorbie a lui Gibbs .

d d

a =

Pentru soluiile ideale se poate nlocui potenialul chimic ( ) cu concentraiamolar (c). Expresia izotermei de adsorbie devine :

cdc

T Rcd T Rd == ln deci :

dcd

T Rc

a =

Derivata d /dc se numeteactivitate superficial .

23


24/39

Substanele care scad tensiunea superficial se concentreaz in stratul super(a>0) i sunt denumite substane active sau tensioactive .

Reprezentarea grafic a variaiei coeficientului de adsorbie (a) i a tensiunisuperficiale ( ) cu concentraia (c) (fig. 2.5.), arat c tensiunea superficial scade concentraia substanei tensioactive, mai accentuat la concentraii mici. Deci o ca

foarte mic de impuritai tensioactive care se concentreaz in stratul superficial resemnificativ tensiunea tensioactiv .Coeficientul de adsorbie crete brusc cu concentraia la nceput, apoi tinde

asimptotic spre o valoare limt.

Fig. 2.5 tensiunii superficialea soluiilor ()si izoterma de adsorbie (a)

Dac d/dc>0, rezult c a


25/39

Din categoria substanelor tensioactive generale fac parte : acizii organici galcoolii, aminele i substane organice cu o grupare polara neionizabil si catene aliniare sau ramificate.

Experimentrile au demonstrat c n stratul superficial moleculele organice

orienteaz cu grupa polar spre solutie (este atras de faza apoas), iar catena nepndreapta spre exterior (este respins de faza apoas), astfel c moleculele se adsoorientat (fig. 2.6)

Fora de respingere crete odata cu caracterul nepolar (lungimea catenei) almoleculelor, deci solubilitatea substanei scade corespunztor.

a b c

Fig. 2.6 Orientarea superficial a moleculelor adsorbite la interfaa lichid-gaz.

La concentraii superficiale mici, catenele parafinice nepolare stau culcate psuprafaa lichidului (fig. 2.6,a) i nu interacioneaz ntre ele, iar pe msur ce cregradul de acoperire, catenele ncep s se ntrepatrund (fig. 2.6,b) pn se ajunge grad de mpachetare maxim, cnd catenele sunt orientate vertical, acoperind o supminim (fig. 2.6,c).

Stratele de adsorbie la interfaa lichid-gaz sunt monomoleculare, formate dsingur rnd de molecule. Ca urmare a scderii tensiunii superficiale prin adsorbidefinete presiunea bidimensional () :

= 0

unde : 0 este tensiunea superficial a solventului ; - tensiunea superficial a solutiei .

Stratele de adsorbie se pot caracteriza prin izotermele presiunii bidimensio , n funcie de suprafaa molecularaS m /1= , ocupat de o molecul din stratulsuperficial, obinndu-se o ecuaie analoag legii generale a gazelor :

T RS m =

25


26/39

Stratele de adsorbie formate conform ecuaiei (2.28) se numesc filme ideal bidimensionale sau soluii ideale bidimensionale.

Forma grafic a izotermelor bidimensionale pentru filmele ideale este o hip(fig. 2.7)

Fig. 2.7 Izoterma bidimensional aunui film insolubil

Cnd ntre prtile nepolare ale moleculelor adsorbite se manifest interaciuapare un factor de coeziune, presiunea bidimensional are un factor de corecie ( poriunea AB, iar relaia se modific i cu termenul de corecie S0 - ca suprafaa minimocupat de molecule la o mpachetare maxim (20...302) .

Pe msur ce lungimea catenelor hidrocarbonate crete, factorul coeziv ()

devine important i abaterea de la starea de gaz ideal este evident (poriunea BCapropiat de starea gazului condensat. In punctul C, toat suprafaa are un aranjamcompact. Reducerea n continuare a suprafeei moleculare Sm ntampin o puternrezisten (partea abrupt a poriunii CD). Reducerea n continuare a suprafeei sefar creterea presiunii bidimensionale (punctul D) ca urmare la trecerea n stareatridimensional (se obin straturi suprapuse de molecule) .

Adsorbia substanelor tensioactive coloidale la interfaa lichid-gaz

Adsorbia la interfaa lichid-gaz a substanelor tensioactive coloidale, formamolecule amfifile care formeaz micele de asociaie, se deosebete de adsorbiasubstanelor tensioactive generale prin atingerea unei valori constante a tensiuniisuperficiale in momentul inceperii formrii micelelor de asociaie (fig. 2.8).

26


27/39


28/39

general energiile de activare sunt mari si procesul de adsorbie este lent, iar stabilechilibrului termodinamic, la temperatura obinuita, dureaz mult. Stabilirea echide chemosorbie se poate accelera prin creterea temperaturii (adsorbie activat)

Adsorbia fizic nu necesit energii de activare mari si echilibrul termodinastabileste uor, chiar la temperaturi sczute.

Marimile caracteristice sistemului adsorbant-adsorbat

Cantitatea de substan adsorbit se raporteaz la unitatea de mas aadsorbantului, nu la unitatea de suprafat pentru c la adsorbanii solizi nu se poacunoate exact suprafaa de adsorbie.

Coeficientul de adsorbie ('a ) pentru suprafee solide se exprim cu ecuaia:

SpS aa ='

unde : SSpeste suprafaa specific si reprezint suprafaa unui gram de adsorbant.

Cldura diferenial de adsorbie (Ha) reprezint cldura primit de sistem incursul adsorbiei unui mol de adsorbant cnd se pstreaz constant coeficientul deadsorbie 'a :

'adn

H d H a

=

Ecuaia general de stare a sistemului adsorbant- adsorbat are forma :

0),,'( =T pa f

Dac se menine constant unul din parametrii, starea sistemului estedescrisa de funcii cu o singur variabil, iar ecuaiile corespunztoare sunt

Tf(P)' =a - izoterma de adsorbie, (fig. 2.9) ; pf(T)' =a - izobara de adsorbie, (fig. 2.10) ; 'f(T) p a= - izostera de adsorbie, (fig. 2.11) ;

In cazul adsorbiei fizice, legturile adsorbant-adsorbat nu sunt localimoleculele adsorbite avnd mobilitate mare pe suprafaa adsorbantului .

Determinarea cantitativ a adsorbiei gazelor pe solide este complicatdatorit eterogenitii suprafeelor solide care au termenii cu energii de adsdiferite ca urmare a prezenei unor elemente structurale specifice (dislocaiidefecte de reea, combinaii superficiale, etc.)

28


29/39

Fig. 2.9 Izoterma de adsorbie

Fig. 2.10 Izobare de adsorbie

Fig. 2.11 Izostere de adsorbie

Exist adsorbani sub form foarte dispers care posed suprafat intern mdatorat porilor.

Metodele de determinare experimental a izotermelor de adsorbie se clasifdupa modul de msurare a cantitaii de substant adsorbita in :

29


30/39

metode gravimetrice, care constau n cntrirea cu balana analitic acantitaii de substan adsorbit ;

metode volumetrice, care nregistreaz presiunea de echilibru dupaducerea in contact a adsorbantului cu un volum determinat de gaz. Ddiferena de presiune se calculeaz volumul de gaz adsorbit ;

metoda cromatografic, care este o metod dinamic .Modelul Langmuir de adsorbie

Modelul Langmuir este un model cinetic care consider adsorbia ca un fendinamic, de echilibru ntre moleculele de gaz care ciocnesc suprafaa i se adsorb pe suprafa un timp) si cele care se desorb de pe suprafa.

Elaborarea modelului de adsorbie ia n consideraie urmtoarele aspectereferitoare la comportarea perechii adsorbant-adsorbat :

moleculele adsorbantului se comport ca un gaz ideal ; adsorbia este limitat la formarea unui strat format dintr-un singur r

molecule (monomolecular) aa cum s-a constatat la adsorbia pe sticlmetale la presiuni joase ale gazului . nsa la presiuni mari s-a evidenformarea unor strate cu 2...3 diametre moleculare ;

pe suprafaa adsorbantului exist un numr de locuri active, fiecare cs fixeze o molecul ;

locurile active sunt echivalente energetic ; ntre moleculele de gaz adsorbite nu se exercit interaciuni .

Constanta de echilibru (b) pentru procesul de adsorbie este :

)- p(1 =b

unde : este gradul de acoperire, adic fracia de suprafaa ocupat;1- este fracia suprafeei neocupate de molecule adsorbite;

Izoterma lui Langmuir are expresia :

pb pb

+= 1

Dac se exprima gradul de acoperire ( ) ca raport dintre cantitatea adsorbit (a), la presiunea p si cantitatea adsorbit in cazul acoperirii complete a suprafeei (a),izoterma lui Langmuir se exprim cu formula :

30


31/39

='a a pb pb

+1

unde : a este coeficientul de adsorbie limit, iar a se exprim in grame sau moli de

adsorbat pe un gram de adsorbant.La presiuni joase, cnd constantele de echilibru (b) sunt mici, graficul ecua

Langmuir va fi o dreapt (fig. 2.12,a)

='a a pb

La presiuni mari, echilibru se deplaseaz spre dreapta, deci pentru constantechilibru (b) mari, se poate neglija de la numitor unitatea in raport cu produsul pb i seva obine, pe grafic, un palier :='a a.

Izotermele descrise de ecuaia Langmuir sunt numite izoterme de tipul I .

Analiza izotermelor de adsorbie a condus la clasificarea lor in cinci tipuri dizoterme determinate la diferite temperaturi si pentru diferite sisteme adsorbant-adsorbant, aplicabile i in cazul adsorbiei vaporilor cu formare de polistrate (fig.

Teoria B.E.T. ( Brunauer, Emmet, Teller) explic modelul polimolecular deadsorbie.

Adsorbia polimolecular (teoria B.E.T.)

Teoria B.E.T. admite formarea polistratelor si consider c energia de adsor pentru cel de-al doilea strat si urmatoarele, difer de cea din primul strat de adsoreste egal cu cldura latent de condensare a vaporilor (cldura latent de vaporiz

lichidului)Alura izotermelor de adsorbie este diferit, in funcie de natura adsorbanil

pe adsorbani neporoi tipurile I, II i III (fig. 2.12, a,b,c) pe adsorbani poroi, cnd are loc fenomenul de condensare capilar

tipurile IV i V (fig. 2.12, d,e)

31


32/39

Fig. 2.12 Tipuri de izoterme de adsorbtie a vaporilor pe solide

Tipul I reprezint izoterma Langmuir, caracterizat printr-o poriune liniar c pant mare, o poriune curb i un palier orizontal pentru presiuni pariale mari aladsorbantului . Aceste izoterme sunt specifice adsorbiei fizice i chemosorbiei cformarea unui strat monomolecular i far condensare capilar .

Tipul II corespunde adsorbiei polimoleculare cnd formarea polistratelor ncla presiuni sczute, iar o parte din suprafaa adsorbantului este neocupat. Primulconsider c s-a format prin adsorbie, iar urmtoarele prin condensare (fig. 2.13)Poriunile acoperite cu straturi multiple nu sunt ordonate.

Fig. 2.13 Adsorbtia polimoleculara

Tipul III reprezint adsorbia cu formarea de polistrate atunci cnd cldura deadsorbie este apropiat de cldura de condensare, iar cldura net de adsorbie armici. Acest tip de izoterme este caracteristic ptr. ap si benzen.

Tipurile IV i V sunt specifice adsorbanilor poroi, cu suprafa specific marecare se manifest condensarea vaporilor n capilare .

Condensarea capilar32


33/39

Se observ c la izotermele de tipul IV, care prezint un palier n zona desaturaie, la desorbie izotermele nu mai coincid cu cele de adsorbie i prezint ude histerezis (fig. 2.14). Acestea sunt caracteristice adsorbiei pe silicageluri, cu pdiametre de ordinul zecilor de angstromi.

Fig. 2.14 Izoterma cu condensare capilar si ciclu histerezis

Poriunea AB a izotermei corespunde adsorbiei monomoleculare pe ntreagsuprafa a adsorbantului, inclusiv n pori, iar ramura BCP corespunde formrii d polistrate pn la umplerea porilor, n punctul D, dup care adsorbia prezint un

La desorbie (condensare), datorit micorrii presiunii, izoterma urmeaz rDFB, deoarece desorbia este un fenomen de evaporare din capilare.

Pentru aplicaiile practice este important s se cunoasc sau s se determine

suprafeele specifice ale diferiilor adsorbani, dar i distribuia porilor.Suprafa a specific(Se) reprezint suprafaa pe care o prezint la adsorbie 1g d

adsorbant solid (suprafaa exterioar i cea a porilor i fisurilor care comunic cuexteriorul).

mS S e /=

unde : Se este suprafaa specific sau eficace, exprimat n m2 sau cm2;m masa adsorbantului, n grame ;S suprafaa celor m grame ale adsorbantului .

Pentru adsorbanii obinuii, g mS e /1022

= .Distribuia volumului porilor n funcie de raza capilarei

Prin derivarea curbei prezentate in fig. 2.14 n raport cu raza capilarelor se curba de distribuie a porilor (fig. 2.15) care prezint un maxim la valoarea presiurelative 0,5 p/p 0 = , in jurul valorii de 20 pentru raza capilarelor .

33


34/39


35/39

Cele mai folosite metode de laborator pentru trasarea curbelor de distribuie porilor sunt porozimetrul cu mercur si sonda molecular a lui Dubinin.

Principiul porozimetrului se bazeaz pe faptul c mercurul nu ud materialudsorbantului i la presarea lui n pori formeaz un menisc convex, de raz egal ccapilarei i opune presiunii exterioare o rezistent egal cu presiunea capilar :

r c p

2=

Se ridic treptat presiunea mercurului i se masoar volumul de mercur car ptruns n pori, apoi cu valoarea presiunii msurate se calculeaz raza capilarelortraseaz curba de distribuie a porilor.

2.4.4 Adsorbia din soluii (solid-lichid)

Adsorbia molecularsolid-lichid reprezint fenomenul de concentrare asubstanelor din soluie pe suprafaa solidelor. Se modific astfel att concentraiact i cea a solventului. Fenomenul are multe aplicaii in procesele de separaie iconcentrare a amestecurilor.

Adsorbia moleculelor neutre din soluii diluate se produce asemntor cuadsorbia gazelor pe suprafee solide.

Coeficientul de adsorbie (a ) se determin cu relatia :

m

C C V a

=1000

)(" 10

unde : V este volumul soluiei ;C0 concentraia iniial a soluiei ;C1 concentraia de echilibru a soluiei ;m cantitatea de adsorbant din soluie .

Reprezentarea grafic a izotermelor de adsorbie se face in coordonate)(" 1c f a

= i se aseaman cu izotermele de la adsorbia gazelorCnd adsorbantul are solubilitate limitat se obin izoterme de tipul II (fig.

unde p/p0 se nlocuiete cu C/C0, i evideneaz adsorbia n strat polimolecular .Straturi duble se ntalnesc la adsorbia coloizilor micelari de asociaie pe

adsorbani polari din soluii apoase. Primul strat se orienteaz cu prtile ionice sp

adsorbant, iar catenele hidrocarbonate formeaz o suprafa hidrofob pe care areadsorbia celui de-al doilea strat, dar cu prile hidrocarbonate spre adsorbant i c polare spre exterior (fig. 2.17).

35


36/39

Fig. 2.17. Adsorbia moleculelor amfifile pe adsorbanii polari hidrofili :a adsorbie orientat n primul strat incomplet ;b primul strat complet ocupat ;c nceperea formrii stratului doi ;d stratul doi complet ocupat .

n aceast succesiune, suprafaa adsorbantului care iniial era hidrofil, devhidrofob dup completarea primului strat i din nou hidrofil prin completarea cal doilea strat.

S-a constatat c la adsorbia coloizilor micelari de asociaie, la atingereaconcentraiei critice micelare (CCM) are loc un maxim al adsorbiei, apoi se manfenomenul de desorbie.

Comportarea substanelor formate din molecule cu grupe polare (acizi graalcooli alifatici) depinde de natura adsorbantului.Izotermele de adsorbie pentru unii acizi alifatici pe crbune activ (fig. 2.18, a) armoleculele se orienteaz cu catena spre crbune i cu gruparea carboxil spre ap, activitatea suprafeei crete odat cu lungimea catenei.

Dac se folosete adsorbant polar (silicagel) ntr-un dizolvant nepolar (toluordinea izotermelor se inverseaz (fig. 2.18, b) deoarece lungimea catenelor orienspre soluie favorizeaz ndepartarea moleculelor de la suprafa.

36


37/39

Fig. 2.8 Adsorbia acizilor :1 acid formic ; 2 acid acetic ;

3 acid propionic ; 4 acid n-butiric ;a adsorbie pe crbune activ din soluie apoas ;b adsorbie pe silicagel din soluie de toluen .

Principalele aplicaii practice ale adsorbiei din soluii constau in ndepartarunor substane nedorite prezente in solutii .

Un caz particular este adsorbia chimic din soluie care conduce la formarecombinaii chimice superficiale. Exemplu : srurile insolubile ale acizilor grai ad pe suprafee bazice (vopsirea fibrelor).

Natura adsorbantului

Adsorbanii solizi se clasific n :adsorbani polari (silicea, oxidul de aluminiu) ;adsorbani nepolari (grafitul, negru de fum) .

Majoritatea adsorbanilor naturali sunt ncarcati negativ i adsorb puterniccationii, n special pe cei cu molecule mari.

n cazul adsorbiei din soluii, ntre adsorbant i adsorbat apar urmatoarele de interaciuni :electrostatice ;de schimb ionic ;dipolare, legturi de hidrogen ;hidrofobe ntre prile nepolare .Adsorbia este cu att mai puternic cu ct energia de legare este mai mare(interaciuni electrostatice, schimb ionic, legturi de hidrogen).

Capacitatea de adsorbie este proporional cu densitatea locurilor active (denergie maxim de pe suprafaa adsorbantului), determinat de ncarcarea electricsuprafeei i depinde de pH-ul soluiei.

Substanele cationice sunt puternic adsorbite la pH-uri mari, iar cele anioni pH-uri mici.

37


38/39

Modificarea naturii suprafeelor prin adsorbieeste consecint a adsorbieiorientate, specific moleculelor amfifile care modific polaritatea suprafeelor.

La adsorbia pe suprafee polare, moleculele se acumuleaz cu grupele ioni polare orientate spre suprafa i cu catenele hidrocarbonate spre exterior, suprafedevenind hidrofobe.

n cazul adsorbiei pe suprafee nepolare (hidrofobe), adsorbia se face cuorientarea invers a moleculelor i suprafeele devin hidrofile.Unghiul de contact format de ap poate caracteriza modificarea naturii

suprafeelor solide. Unghiul de contact crete pe msura ce se formeaz primul sthidrofob si ncepe s scad pe masur ce se completeaz al doilea strat cu prile spre exterior .

2.4.5 Adsorbia polimerilor

Polimerii formeaz polistrate i se leag de adsorbant printr-un numr limitsegmente, restul de segmente rmn in soluie, alctuind formaiuni de tip ghem

statistic (fig. 2.19).

Fig. 2.19 Adsorbia polimerilor

Caracteristicile stratului de polimer adsorbit sunt :numrul punctelor de legtur cu adsorbantul ;grosimea stratului adsorbit (h) .

Adsorbia polimerilor este puternic dependent de natura solventului, astfelscderea puterii de solvatare poteneaz adsorbia.

Capacitatea de adsorbie depinde de masa molecular a polimerului si datorfaptului c polimerii sunt polidisperi, iar adsorbia este un fenomen lent care sedesfasoar n timp, la nceput se adsorb moleculele cu mas mic i apoi cele cu mmare .

2.4.6 Adsorbia ionica

Adsorbia ionilor, particule ncarcate cu sarcini electrice este condiionat dnatura electric a adsorbantului. Astfel, crbunele activ, ca adsorbant poate produhidroliza fie acid, fie bazic a srurilor din soluii, n funcie de modului de prepcrbunele, preparat n prezena oxigenului se ncarca pozitiv i fixeaz

ionii negativi ai srii, prin fore electrostatice, astfel c alcalinizeazsoluia prin eliberarea de ioni OH- ;

crbunele preparat n curent de hidrogen se ncarc negativ, atracationii si elibereaz ionii H+, mrind aciditatea soluiei.

38


39/39

Activarea care are loc la temperaturi obisnuite conduce la ncrcarea negaticrbunelui activ care va reine substanele bazice.

Ali adsorbani, de tipul precipitatelor anorganice, au tendina de a-i fixa pioni, n funcie de excesul lor n soluie. Astfel, precipitatul de AgI, n exces de iofixeaz ionii I-, iar n exces de azotat de argint, fixeaz ionii Ag+.

Ionii suplimentari vin cu sarcinile lor pe suprafaa precipitatului i conduc lreinerea altor ioni de sens contrar.Fenomenul de schimb ionic ce are loc pe adsorbanii ionici, const in schim

ionilor fixai pe suprafaa adsorbantului, prin fore electrostatice, cu ali ioni din sAdsorbanii ionici se numesc shimbtori de ioni i sunt de dou feluri :

naturali zeoliii cu capacitate mare de schimb pentru cationi(cationii) ;

sintetici de tipul permutiilor i rainilor macromoleculare(combinaii

macromoleculare cu pori fini) .Schimbatorii de ioni se pot regenera prin spalare cu acizi, pentru cationii s

baze tari pentru anionii.Aplicaiile schimbtorilor de ioni sunt pentru dedurizarea apei, separri i purificri de ioni, schimburi ionice in agricultur etc.

Chimie Fizica Mart.

Documents

Transcript of Chimie Fizica Mart.