CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT VÀ HẤP PHỤ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT VÀ HẤP PHỤ GV: Đào Ngọc Duy NĂNG LƯỢNG DƯ BỀ MẶT Hệ dị thể → tồn bề mặt phân chia pha Các phân tử lòng pha bề mặt pha chịu lực tương tác khác →Có khác biệt lượng →Bề mặt có lượng dư dES SỨC CĂNG BỀ MẶT Trong điều kiên đẳng nhiệt, thuận nghịch: σ = dES/dS σ - erg/cm2 (dyn.cm/cm2) – lượng tạo đơn vị bề mặt SỨC CĂNG BỀ MẶT Tính chất: • Có giá trị bằng: dES/dS • Có phương: tiếp tuyến với bề mặt phân chia pha • Có hướng: làm co giảm diện tích bề mặt SỨC CĂNG BỀ MẶT KHÍ – LỎNG Với không khí, 250C: [dyn.cm1] Nước lỏng 72,75 Benzen lỏng 28,28 CCl4 lỏng 26,80 SỨC CĂNG BỀ MẶT LỎNG – LỎNG Vd: 200C, benzen lỏng – nước lỏng 35,00 dyn.cm-1 SỨC CĂNG BỀ MẶT KHÍ – RẮN SỨC CĂNG BỀ MẶT LỎNG – RẮN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG • Nhiệt độ: (2 công thức sách) • Bản chất pha: pha có chất (độ phân cực) khác sức căng bề mặt pha lớn ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI SỨC CĂNG BỀ MẶT Nhiệt độ tăng → Sức căng bề mặt nói chung giảm Sức căng bề mặt chất lỏng với không khí giảm gần tuyến tính σT.V2/3 = k.(Tc – –T) Tc: nhiệt độ tới hạn chất lỏng V: Thể tích mol chất lỏng k = 2,1 erg.K-1 = 2,1 dyn.cm.K-1 XU HƯỚNG GIẢM THIỂU BỀ MẶT TIẾP XÚC PHA ĐỘ HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Qui tắc Trauber: Trong dãy đồng đẳng (rượu, amin, acid… nước), độ hoạt động tăng lên n = 3-3,5 lần chiều dài mạch C tăng lên nhóm –CH23 • Khi nhiệt độ tăng, giá trị n giảm đên1 • Khi C đủ lớn, CHĐBM dãy đồng đẳng (C3-C6) đạt Γmax giống nhau, ứng với bão hòa bề mặt tạo màng ngưng tụ SỰ HẤP PHỤ KHÍ VÀ HƠI TRÊN CHẤT HẤP PHỤ RẮN Hấp phụ: chất chứa, tập trung vật chất bề mặt phân chia pha Chất hấp phụ: chất bề mặt xảy hấp phụ Chất bị hấp phụ: chất bị hút từ thể tích lên bề mặt phân chia pha Nguyên nhân hấp phụ: không cân lực tương tác phân tử bề mặt chất hấp phụ Nhiệt hấp phụ: nhiệt vi phân, nhiệt tích phân Phương pháp xác định nhiệt hấp phụ Ứng dụng Các đại lượng đo hấp phụ: (độ hấp phụ) Γ: lượng chất bị hấp phụ (mol) bề mặt đơn vị diện tích bề mặt (m2) x: lượng chất bị hấp phụ (mol) đơn vị khối lượng chất hấp phụ Các đường biểu diễn hấp phụ: đường đẳng nhiệt (T=const), đường đẳng áp (P=const), đưởng đẳng lượng (C=const) Tốc độ hấp phụ: W=dx/dt Hằng số tốc độ hấp phụ: k = k0.exp(-Ehh/RT) Lực hấp phụ vật lý: lực Van der Waals, lực tương tác yếu, tạo đa lớp phân tử, chọn lọc, thuận nghịch, lượng hoạt hóa thấp, dễ khử hấp phụ, nhiệt hấp phụ thấp ( 40 kJ/mol Cao cao PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR (HẤP PHỤ LỎNG = KHÍ) Các giả thiết * Bề mặt đồng (nhiệt hấp phụ không thay đổi theo độ che phủ diện tích bề mặt chất hấp phụ) * Hấp phụ đơn lớp * Không có tương tác phân tử bị hấp phụ, phân tử bị hấp phụ không di chuyển PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR (HẤP PHỤ LỎNG = KHÍ) k1.k C Γ= + k1.C C: nồng độ chất hấp phụ dung dịch k1 = 1/A = số mao dẫn riêng, đặc trưng cho chất HĐBM k2 = B.σ0/RT; B: số, phụ thuộc chất chất HĐBM k1, k2 số chất HĐBM xác định T=const Khi C nhỏ A → Γ = k1.k2.C Khi C lớn A→ Γ = k2 = B.σ0/R.T = Γmax PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT LANGMUIR (HẤP PHỤ LỎNG = KHÍ) k1.C Γ = Γmax + k1.C Dạng tuyến tính C/Γ = f(C) C C = + Γ Γmax k1 Γmax PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ ĐƠN LỚP LANGMUIR ( HẤP PHỤ KHÍ- RẮN) Giả thiết: Các chất bị hấp phụ tạo lớp phân tử bm hấp phụ Bề mặt đồng lượng Hấp phụ thuận nghịch, có cân động hấp phụ giải hấp phụ Bỏ qua tương tác phân tử chất bị hấp phụ • Đặt: S0: số trung tâm hấp phụ S: Số trung tâm hấp phụ bị phân tử chất bị hấp phụ chiếm θ: độ che phủ bề mặt θ = S/S0 PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ ĐƠN LỚP LANGMUIR ( HẤP PHỤ KHÍ- RẮN) k1, k2: số tỉ lệ tốc độ hấp phụ giải hấp ph P: áp suất khí bề mặt chất hấp phụ x, xm: độ hấp phụ độ hấp phụ tối đa V, Vm: thể tích khí bị hấp phụ hấp phụ tối đa bề mặt S0 Khi cân bằng: k1.P.( S − S ).e − E1 RT = k S e − E2 RT PHƯƠNG TRÌNH HẤP PHỤ ĐƠN LỚP LANGMUIR ( HẤP PHỤ KHÍ- RẮN) Đặt k2 = e K k1 E1 − E2 RT Khi phương trình Langmuir bản: K P θ= + K P K P V = Vm + K P K P x = xm + K P Dạng tuyến tính P P = + V K Vm Vm P P = + x K xm xm • Nhận xét • Khi P nhỏ (K.P nhỏ so với 1) → v, x tuyến tính với P • Khi P lớn (K.P lớn so với 1) → v, x đạt giá trị max • Khi P trung bình → v, x có dạng phương trình Freundlich • Xác định bề mặt riêng: [m2/g] • A0: bề mặt chiếm chỗ phân tử chất bị hấp phụ • N: số Avogadro • Phương trình hấp phụ đa lớp BET: • Giả thiết: Hấp phụ vật lý tạo đa lớp phân tử Lớp liên kết Van der Waals, lớp sau “ngưng tụ lạnh” Các phân tử chất bị hấp phụ tương tác với phân tử lớp trước sau có, không tương tác với phân tử bên cạnh • Đặt: P0: áp suất bão hòa khí • q1, qn: nhiệt hấp phụ lớp thứ lớp thứ n • v: thể tích khí bị hấp phụ áp suất P • vm: thể tích khí bị hấp phụ lớp đơn phân tử • C* = exp[-(q1-q2)/RT]: thừa số lượng C * P vm P0 v= P C * P P (1 + )(1 + − ) P0 P0 P0 Dạng tuyến tính C/Γ = f(C) P0 P P0 C −1 = + P * * V P0 − P Vm C Vm C Xác định bề mặt riêng: [m2/g] Vm N A S0 = β 22400 β yếu tố hình học, phụ thuộc xếp phân tử chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ ... hòa bề mặt tạo màng ngưng tụ SỰ HẤP PHỤ KHÍ VÀ HƠI TRÊN CHẤT HẤP PHỤ RẮN Hấp phụ: chất chứa, tập trung vật chất bề mặt phân chia pha Chất hấp phụ: chất bề mặt xảy hấp phụ Chất bị hấp phụ: chất... lượng đo hấp phụ: (độ hấp phụ) Γ: lượng chất bị hấp phụ (mol) bề mặt đơn vị diện tích bề mặt (m2) x: lượng chất bị hấp phụ (mol) đơn vị khối lượng chất hấp phụ Các đường biểu diễn hấp phụ: đường... chất bị hấp phụ tạo lớp phân tử bm hấp phụ Bề mặt đồng lượng Hấp phụ thuận nghịch, có cân động hấp phụ giải hấp phụ Bỏ qua tương tác phân tử chất bị hấp phụ • Đặt: S0: số trung tâm hấp phụ S: