›
›

Hóa học - Chương 1: Hấp phụ

pptx 82 trang vanle 5360
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Hóa học - Chương 1: Hấp phụ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptxhoa_hoc_chuong_1_hap_phu.pptx

Nội dung text: Hóa học - Chương 1: Hấp phụ

  1. GiỚI THIỆU MÔN HỌC Giảng viên: Nguyễn Trọng Tăng Email: trongtang179@yahoo.com.vn 1
  2. HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ 20% Thường kỳ 20% Giữa kỳ Không đạt: xét vớt Đạt 4 60% Cuối kỳ Đạt 4 Không đạt: học lại
  3. Đề cương môn học STT Nội dung Số tiết 1 Chương 1: Hiện tượng bề mặt – Hấp phụ 10 2 Chương 2: Hóa keo 5 3 Chương 3: Động hóa học 15 4 Chương : Điện hóa học 15 4.1 Chương 4: Tính chất dung dịch điện ly 4 4.2 Chương 5: Sự vận chuyển điện tích 4 4.3 Chương 6: Pin – điện cực 4 4.4 Chương 7: Nguồn điện – Động học QT điện hóa 3 3 5 Tổng 45
  4. Tài liệu tham khảo [1] Chủ biên, Lê Thị Thanh Hương , Hóa lý 2, Đại học Công nghiệp TP.HCM, 12 - 2008 [2] Chu Phạm Ngọc Sơn, Hoá lý, ĐH KHTN Tp.HCM [3] Mai Hữu Khiêm, Hoá lý, tập 2-3, ĐHBK Tp.HCM 4
  5. CHƯƠNG 1 HẤP PHỤ 5
  6. Nội dung 1.1. Sự hấp phụ pha khí lên chất rắn 1.2. Sự hấp phụ khí lên chất lỏng 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn 1.4. Hiện tượng thấm ướt 1.5. Giới thiệu một số chất hấp phụ 6
  7. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.1. Hấp phụ H Nhờ đâu? I Ệ Hút N khí Rắn T Ư Tập trung Ợ N G Chất bị hấp phụ Chất hấp phụ 7
  8. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.1. Hấp phụ H I Cấu trúc chất rắn Ệ N Các nguyên tử, ion, phân tử trong chất rắn nằm bên ngoài T không được cân bằng liên kết nên có khuynh hướng hút Ư các phân tử khác lên bền mặt! Ợ N G 8 Trung tâm hoạt động
  9. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.1. Hấp phụ H Kết quả I Ệ N T Nồng độ chất khí (lỏng) trên bề mặt phân Ư chia pha lớn hơn trong pha thể tích. Ợ N G 9
  10. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.1. Hấp phụ H I Ệ Hấp phụ N Rắn T Khí Ư Giải hấp Ợ N G Chất bị hấp phụ Chất hấp phụ 10
  11. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.1. Hấp phụ H I Nhiệt động học quá trình hấp phụ Ệ N T Ư Quá trình hấp phụ thường tự diễn ra và tỏa Ợ nhiệt nên: N G < 0; S < 0; H < 0. G 11
  12. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.1. Hấp phụ H I Quá trình hấp phụ phụ thuộc: Ệ N T 1. Bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Ư 2. Nhiệt độ: T tăng → hấp phụ giảm Ợ N 3. Áp suất (khí): P tăng → hấp phụ tăng rồi dừng G 4. Bề mặt hấp phụ 12
  13. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.2. Phân loại hấp phụ Cơ sở: Dựa vào bản chất lực tương tác Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học - Tương tác vật lý; - Tương tác hóa học - Không có trao đổi điện tử. - Có sự trao đổi điện tử. 13 - LK hóa học hình thành.
  14. Phân loại hấp phụ So sánh hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý Tiêu chuẩn so sánh Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học Loại liên kết Tương tác vật lý, Liên kết hóa học có không trao đổi điện tử sự trao đổi điện tử. giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Nhiệt hấp phụ Vài kcal/mol Vài chục kcal/mol NL hoạt hóa Không quan trọng Quan trọng Nhiệt độ hấp phụ Nhiệt độ thấp Ưu đãi ở nhiệt độ cao 14
  15. So sánh hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý Tiêu chuẩn so sánh Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học Số lớp Nhiều lớp Một lớp Tính đặc thù Ít phụ thuộc vào Có tính đặc thù, sự hấp phụ bản chất của bề chỉ diễn ra khi chất bị hấp mặt, phụ thuộc vào phụ có khả năng tạo liên kết những điều kiện về hóa học với chất hấp phụ. nhiệt độ và áp suất. Tính thuận nghịch Có tính thuận Thường bất thuận nghịch, nghịch quá trình giải hấp tương đối khó vì sản phẩm giải hấp thường bị biến đổi thành phần hoá học. Slide 15 of 56
  16. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.3. Bề mặt riêng Là diện tích bề mặt của chất hấp phụ được tính cho một gam chất hấp phụ, có đơn vị (m2/g). Ví dụ - Silicagel : 200 - 700 m2/g; - Zeolit 500 - 800 m2/g; - Than hoạt tính > 1000 m2/g. 16
  17. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.4. Lực hấp phụ Lực Van Der Waals – Hấp phụ vật lý Đó là các lực tương tác lưỡng cực - lưỡng cực giữa các phân tử (hoặc các nhóm phân tử) 17
  18. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.4. Lực hấp phụ Liên kết hóa học – Hấp phụ hóa học Các phân tử (nguyên tử) của các chất khí tác dụng với các “hóa trị tự do” của các tiểu phân bề mặt vật rắn để hình thành các liên kết có bản chất hóa học. 18
  19. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.5. Độ hấp phụ Định nghĩa Lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng hay thể tích chất hấp phụ. Kí hiệu: a (mol/g), x(cm3/g),  (Gibbs) 19
  20. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.5. Độ hấp phụ Độ hấp phụ a (x) phụ thuộc vào P và T. Giản đồ hấp phụ được biểu diễn theo các đường: 1. Đẳng nhiệt a = f(P) với T = const; 2. Đẳng áp a = f(T) với P = const. 20 Đẳng nhiệt Đẳng áp
  21. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Tên Phương trình Lĩnh vực ứng dụng V bP Langmuir =  = Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Vm 1+ bP Henry V = kP Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học i n Freundlich V = k fP (n > 1) Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Temkin V = k T logkP Hấp phụ hóa học P 1 C − 1 P Brunauer - = +  Emmett - V(P0 − P) VmC VmC P0 Hấp phụ vật lý Teller (BET) 21
  22. Trong đó: ➢ V thể tích chất bị hấp phụ tính cho một gam chất rắn ➢ Vm: thể tích chất hấp phụ cần thiết để tạo ra một lớp đơn phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt của một gam chất rắn ở áp suất cân bằng ➢ P, Po: áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ V ➢  = : phần bề mặt bị hấp phụ Vm ➢ Tất cả các ký hiệu khác là hằng số. 22
  23. Ghi chú: Trong nghiên cứu hấp phụ người ta quan tâm đến: 1. Thể tích (V) chất bị hấp phụ 2. Ứng với các áp suất cân bằng (P) của khí (hơi) tại một nhiệt độ không đổi (T = const). Mối quan hệ V = f(P) ở T = const được gọi là phương trình hấp phụ đẳng nhiệt. 23
  24. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Khi thiết lập phương trình này, người ta xuất phát từ các giả thiết sau đây: ➢ Bề mặt đồng nhất về năng lượng. ➢ Các chất bị hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử. ➢ Sự hấp phụ là thuận nghịch ➢ Tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ có thể bỏ qua. 24
  25. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Khảo sát quá trình hấp phụ sau: Khí + Rắn [Khí – Rắn] G +  G  Gọi: ➢ k, k’: hằng số tốc độ hấp phụ và giải hấp ➢ v, v’: tốc độ hấp phụ và giải hấp ➢  : tỷ số bề mặt bị che phủ ➢ (1- ) : tỷ số bề mặt trống còn lại 25
  26. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Như vậy: KP θ = 1+ KP Đây là Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir KP V = Vm V a 1+ KP Thay θ = = Vm a m KP a = a m 1+ KP 26
  27. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Khảo sát quá trình hấp phụ khí G phân ly sau: G2 + 2 = 2G G + G + 2 = 2G Gọi: ➢ k, k’ hằng số tốc độ hấp phụ và giải hấp ➢ v, v’: tốc độ hấp phụ và giải hấp ➢  : tỷ số bề mặt bị che phủ ➢ v = (1- ) : tỷ số bề mặt trống còn lại 27
  28. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Như vậy: KP θ = 1+ KP Đây là Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir cho trường hợp này. 28
  29. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Xét phản ứng: A2 = B Trong đó, hai khí A, B hấp phụ sau: A2 + 2 = 2A B +  = B 29
  30. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Gọi: ➢ ka, ka’: hằng số tốc độ hấp phụ và giải hấp A ➢ kb, kb’: hằng số tốc độ hấp phụ và giải hấp B ➢ va, vb, va’, vb’: tốc độ hấp phụ và giải hấp ➢ a, b : tỷ số bề mặt bị che phủ của A, B ➢ v = (1- a - b) : tỷ số bề mặt trống còn lại 30
  31. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Như vậy: Ka Pa θa = 1+ Ka Pa + K bPb K bPb θb = 1+ Ka Pa + K bPb Đây là Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir hai khí A và B cho trừong hợp này. 31
  32. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Tổng quát Trường hợp không có khí nào phân ly, khí J của n khí được tính là: K jPj θ j = n 1+  KiPi 1 32
  33. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Tổng quát Trường hợp có khí K nào đó phân ly K P θ = j j Khí J của n khí: j n/k 1+  KiPi + K k Pk 1 Riêng khí K của n K P θ = k k khí phân ly: k n/k 1+ K P + K P 33  i i k k 1
  34. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Ứng dụng ➢ Hấp phụ hóa học ➢ Xây dựng phương trình động học phản ứng xúc tác dị thể. Xử lý phương trình khi ứng dụng 34
  35. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir P.V-1 P 1 P KP = + V = V m V K.Vm Vm 1 1+ KP tg = Vm 1 KP P 1 P K.Vm a = am = + 1+ KP a K.am am P 35
  36. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Bề mặt riêng Vm.N.A0 Vm S0 = V0 Trong đó: ✓ N: số Avogadro ✓ Vm: Bề mặt chiếm bởi chất bị hấp phụ ở lớp đơn phân tử. 3 ✓ V0: Thể tích của 1 mol khí ở điều kiện chuẩn (22.400 cm /mol). ✓ A : tiết diện ngang một phân tử hấp phụ 36 0
  37. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Bài tập 1 Sự hấp phụ H2/bột đồng ở T = 25+273K theo dữ liệu sau: P 0,19 0,97 1,90 4,05 7,05 11,95 V 0,042 0,163 0,221 0,321 0,411 0,471 Chứng tỏ phù hợp Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Tính K và Vm? 37
  38. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir Hướng dẫn giải P 1 P Xuất phát phương trình Langmuir sau: = + V K.Vm Vm Dùng số liệu trên bảng vẽ phương trình hồi quy tuyến tính của hai đại lượng P-P/V. 1. Nếu tuyến tính → phù hợp Langmuir; ngược lại không phù hợp. 2. Từ PTTT suy ra Vm và K. 38
  39. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.7. Phương trình hấp phụ Freundlich Đường hấp phụ đẳng nhiệt gần với dạng parapol, Freunlich đề nghị phương trình thực nghiệm: x = b.P1 n Trong đó: x : độ hấp phụ; P : Áp suất khí cân bằng trên chất hấp phụ; b và n : là các hằng số. 39
  40. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.7. Phương trình hấp phụ Freundlich x = b.P1 n lgx tg 1 lg x = lgb + lgP n lgP 40 Từ đó xác định n và b
  41. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.7. Phương trình hấp phụ Freundlich Bài tập 2 Sự hấp phụ NO2/zeolite ở T = 298K theo dữ liệu sau: P 100 120 140 160 180 200 220 V 10,5 19,3 25,9 32 37,1 42,5 45,9 Chứng tỏ phù hợp Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Tính b và n? 41
  42. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.7. Phương trình hấp phụ Freundlich Hướng dẫn giải 1 Xuất phát phương trình Freundlich sau: lgV = lgb + lgP n Dùng số liệu trên bảng vẽ phương trình hồi quy tuyến tính của hai đại lượng lgP - lgV. 1. Nếu tuyến tính → phù hợp Freundlich. 2. Từ PTTT suy ra b và n. 42
  43. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.8. Phương trình hấp phụ BET Khi nghiên cứu sự hấp phụ hơi trên bề mặt rắn trong nhiều trường hợp người ta thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ có dạng hình chữ S. x Langmuir x BET ? 43 P
  44. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.8. Phương trình hấp phụ BET Brunauer - Emmett - Teller (BET) dựa trên các quan điểm sau: ➢ Hấp phụ vật lý tạo thành nhiều lớp phân tử. ➢ Lớp đầu tiên của chất bị hấp phụ hình thành do kết quả tương tác lực Van Der Waals, các lớp tiếp theo được hình thành do sự ngưng tụ khí ➢ Nhiệt hấp phụ ở lớp thứ hai và tất cả các lớp tiếp theo thì bằng nhau và bằng nhiệt hóa lỏng của khí, trong khi nhiệt hấp phụ của lớp thứ nhất thì lại khác. ➢ Các phân tử chất bị hấp phụ chỉ tương tác với phân tử lớp trước và 44 sau nó mà không tương tác với phân tử bên cạnh.
  45. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.8. Phương trình hấp phụ BET Phương trình BET được tìm ra có dạng như sau: P 1 C − 1 P = +  V(P0 − P) Vm.C Vm.C P0 ▪ P0: Áp suất hơi bão hòa ▪ V: Thể tích khí hấp phụ ở áp suất P ▪ Vm: Thể tích khí bị hấp phụ ở lớp thứ nhất (lớp đơn phân tử) ▪ C: Thừa số năng lượng (C = e q/RT, với q là hiệu số nhiệt hấp phụ khí trong lớp đơn phân tử và nhiệt hóa lỏng) q = q - q 45 m hl
  46. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.8. Phương trình hấp phụ BET P 1 C −1 P = +  V(P0 − P) Vm.C Vm.C P0 ) P/V(Po-P tg Vm, C A 46 P/Po
  47. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.8. Phương trình hấp phụ BET Tính được diện tích bề mặt Sm chất hấp phụ. V .N.W S = m m Vm 0 V0 ▪ N: số Avogadro ▪ Wm: Bề mặt chiếm bởi chất bị hấp phụ ở lớp đơn phân tử. 3 ▪ V0: Thể tích của 1 mol khí ở điều kiện chuẩn (22.400 cm /mol). 47
  48. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.8. Phương trình hấp phụ BET Bài tập 3 Sự hấp phụ N2/TiO2 ở T = 75K theo dữ liệu sau: P 1,20 14 45,8 87,5 127,7 164,4 204,7 V 601 720 822 935 1046 1146 1254 Ở 75K, áp suất hơi bão hòa N2 là 570mmHg. Mẫu TiO2 1g. Chứng tỏ phù hợp Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET. 48 Tính C?
  49. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.8. Phương trình hấp phụ BET Hướng dẫn giải P 1 C −1 P Xuất phát phương trình BET sau: = +  V(P0 − P) Vm.C Vm.C P0 Dùng số liệu trên bảng vẽ phương trình hồi quy tuyến tính của hai đại lượng “x = P/Po”- ”y = vế trái”. 1. Nếu tuyến tính → phù hợp BET; ngược lại không phù hợp. 2. Từ PTTT suy ra Vm và C. 49
  50. 1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn 1.1.8. Phương trình hấp phụ BET Bài tập 4 Sự hấp phụ N2/TiO2 (1gam) ở T = 75K theo dữ liệu sau: P 1,20 14 45,8 87,5 127,7 164,4 V 235 559 649 719 790 860 Tính C, Vm, So? 50
  51. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.1. Sức căng bề mặt Quan sát hình vẽ Tổng lực Công khác 0 co Năng lương bề mặt Tổng lực 51 bằng 0
  52. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.1. Sức căng bề mặt Kết luận ➢ Lỏng trên bề mặt có thế năng lớn hơn trong lòng chất lỏng, gọi thế năng đó là năng lượng bề mặt. ➢ Muốn đưa lên bề mặt đó cần một CÔNG, công này sẽ bằng năng lượng bề mặt khi ĐẲNG NHIỆT, THUẬN NGHỊCH ➢ Như vậy, khi bề mặt tăng (số phân tử ) thì năng lượng cũng tăng theo tức là quan hệ tỷ lệ thuận. 52
  53. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.1. Sức căng bề mặt Khi bề mặt tăng dS thì năng lượng bề mặt (hay CÔNG) tăng dEs, sử dụng một hệ số quan hệ  ta có: dEs = σ.dS Khi ds = 1 dEs = σ nên có thể nói σ là năng lượng tạo ra một đơn vị bề mặt và người tà gọi là sức căng bề mặt. 53
  54. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.1. Sức căng bề mặt Có thể định nghĩa: Sức căng bề mặt là năng lượng tự do bề mặt (hay CÔNG) tính cho 1 đơn vị diện tích bề mặt phân chia pha. Hay Lực kéo lên một đơn vị chiều dài của chu vi bề mặt phân chia pha. erg/cm54 2 = dyn/cm Đơn vị: J/m2; N/m; dyn/cm
  55. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.1. Sức căng bề mặt Trong phương pháp đo chiều cao cột mao quản có thể xác định sức căng bề mặt theo phương trình sau: 1 2r  = hg r 2 55 Thực nghiệm dùng nước chuẩn
  56. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.1. Sức căng bề mặt Nếu sử dụng cùng một ống mao quản và xem khối lượng riêng của các dung dịch lỏng xấp xỉ bằng khối lượng riêng của dung môi nguyên chất ta có.  h dd = dd dm hdm o Nếu dung môi là nước ở 25 C, σnước = 71,8 dyn/cm: h  = 71,8 dd dd h H 2O 56
  57. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.2. Chất hoạt động bề mặt Gọi: - σo là sức căng bề mặt của dung môi tinh chất, - σC là sức căng bề mặt của dung dịch có nồng độ C. 57
  58. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.2. Chất hoạt động bề mặt Khi hòa tan 1 chất vào dung môi, ta có các trường hợp sau đây xảy ra: ✓ σC > σo: mật độ chất tan ở bề mặt nhỏ hơn trong thể tích ✓ σC = σo: sự phân bố chất tan ở các lớp bề mặt cũng như trong thể tích của hệ như nhau. 58
  59. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.2. Chất hoạt động bề mặt Chất tan hoặc làm tăng sức căng bề mặt hai trường của hệ (dσ = σC – σo > 0) hợp trên hoặc không làm thay đổi sức căng bề mặt của nó (dσ = 0) Được gọi là những chất không hoạt động bề mặt. 59
  60. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.2. Chất hoạt động bề mặt Trường hợp cuối cùng: σC < σo Chất tan hoặc làm giảm sức căng bề mặt của hệ dσ = σC – σo < 0 Đây là trường hợp chất tan được gọi là chất hoạt động bề mặt. 60
  61. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.2. Chất hoạt động bề mặt Phân tử những chất này gồm 2 phần: 1. Gốc không phân cực: dây hidrocarbon R-. 2. Nhóm định chức phân cực: -OH, -COOH, -NO2, -NH2, - Cl Gốc hydrocacbon R- là phần kỵ nước (ưa dầu) Nhóm định chức là phần ưa nươc của các chất HĐBM Biểu diễn chất HĐBM: Nhóm phân cực 61 Nhóm không phân cực
  62. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.3. Phương trình Gibbs Phương trình Gibbs nêu lên quan hệ giữa lượng chất bị hấp phụ trong lớp bề mặt , nồng độ chất tan trong dung dịch và sức căng bề mặt trên giới hạn dung dịch – khí: C dσ  = −  RT dC d Đại lượng − được gọi là độ hoạt động bề mặt. Để tưởng dC nhớ tới ông người ta đặt nó là đại lượng Gibbs ký hiệu là G. C  = G 62 RT
  63. 1.2. Sự hấp phụ khí lên lỏng 1.2.4. Quy tắc Traube Quy tắc Traube nêu lên ảnh hưởng cấu tạo và kích thước của phân tử chất HĐBM đến sự hấp phụ Qui tắc Traube được phát biểu như sau: Khi tăng chiều dài mạch cacbon lên một nhóm -CH2- thì độ HĐBM tăng 3 – 3,5 lần. 63
  64. 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn Phân loại Hấp phụ Lỏng-rắn Hấp phụ phân tử Hấp phụ chất điện ly Hấp phụ chọn lọc Hấp phụ trao đổi 64
  65. 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn 1.3.1. Sự hấp phụ phân tử Lượng chất bị hấp phụ x (mmol/g) bị hấp phụ phân tử trên bề mặt chất rắn trong dung dịch được tính từ công thức: (C − C )V x = 0 1 1000 m Trong đó: • C0 và C1: nồng độ ban đầu và cân bằng của chất bị hấp phụ (mol/l) • V: thể tích trong đó xảy ra sự hấp phụ (l) 65 • m: lượng chất hấp phụ (g).
  66. 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn 1.3.1. Sự hấp phụ phân tử Yếu tố ảnh hưởng ✓ Ảnh hưởng của dung môi ✓ Ảnh hưởng của tính chất chất hấp phụ ✓ Ảnh hưởng của tính chất chất bị hấp phụ 66
  67. 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn 1.3.2. Sự hấp phụ chất điện ly Đặc điểm Phân bố lại điện tích trong điện trường mới của dung dịch và rắn hấp phụ Phân loại ✓ Hấp phụ chọn lọc ✓ Hấp phụ trao đổi 67
  68. 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn 1.3.2. Sự hấp phụ chất điện ly Hấp phụ chọn lọc Hấp phụ đồng hình cùng bản chất ion: I- hấp phụ trong (AgI)n Hấp phụ khác ion: - Ion cùng hoá trị: bán kính lớn hấp phụ trước - Ion khác hóa trị: hóa trị càng cao càng dễ hấp phụ 68
  69. 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn 1.3.2. Sự hấp phụ chất điện ly Hấp phụ chọn lọc Sắp xếp khả năng hấp phụ của các ion cùng hóa trị như sau: Ion cùng hóa trị: Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+ Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+ - - - - - Cl < Br < NO3 < I < CN Ion khác nhau về điện tích K+ < Ca2+ < Al3+ < Th4+ 69
  70. 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn 1.3.2. Sự hấp phụ chất điện ly Hấp phụ trao đổi Có sự trao đổi chất hấp phụ-chất bị hấp phụ cùng một lượng ion cùng dấu xác định nào đó. 70
  71. 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn 1.3.2. Sự hấp phụ chất điện ly Hấp phụ trao đổi Chất hấp phụ gọi là IONIT: + Trao đổi cation → gọi là CATIONIT + Trao đổi anion → gọi là ANIONIT + Chất hấp phụ acid → acidoit + Chất hấp phụ bazơ → bazoit 71
  72. 1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn 1.3.2. Sự hấp phụ chất điện ly Hấp phụ trao đổi ➢ Có tính chọn lọc cao ➢ Quá trình không phải là luôn luôn là thuận nghịch ➢ Sự trao đổi có tốc độ nhỏ ➢ Sự trao đổi diễn ra với sự tham gia của ion H+ hay OH- thì pH của môi trường sẽ thay đổi. 72
  73. Hấp phụ trao đổi Một vài ví dụ trong thực tế ⚫ Làm mềm nước cứng + 2+ 2+ + 2 cationit Na + Ca → (cationit)2Ca + 2Na ⚫ Để tách các chất điện ly ra khỏi nước biển, người ta cho nước này chảy liên tục qua cột trao đổi ion loại cationit H+ có tính acid mạnh và sau đó qua anionit OH- có tính bazơ mạnh. Cationit–H+ + Na+ + Cl- → Cationit–Na+ + H+ + Cl- - + - Anionit–OH + H + Cl → Anionit–Cl + H2O Cationit–H+ + Anionit–OH- + Na+ + Cl- → Cationit–Na+ + Anionit–Cl- + H2O 73
  74. 1.4. Hiện tượng thấm ướt 1.4.1. Khái niệm ✓ Hiện tượng thấm ướt pha lỏng giống như hiện tượng hấp phụ. ✓ Liên quan đến sự thay độ sức căng bề mặt giữa các pha tiếp xúc. ✓ Sự thấm ướt luôn tỏa nhiệt. 74
  75. 1.4. Hiện tượng thấm ướt 1.4.2. Công thức toán học Xét Hiện tượng thấm ướt một giọt nước trên bề mặt rắn, xuất hiện ba pha với ba cân bằng: L-K R-K   .cos L-K R-L 75
  76. 1.4. Hiện tượng thấm ướt 1.4.2. Công thức toán học Lúc cân bằng: R-K = R-L + L-Kcos Trong đó: R-K: sức căng bề mặt giữa pha RẮN-KHÍ R-L: sức căng bề mặt giữa pha RẮN-LỎNG L-K: sức căng bề mặt giữa pha LỎNG-KHÍ  : góc thấm ướt 76
  77. 1.4. Hiện tượng thấm ướt 1.4.2. Công thức toán học Độ thấm ướt xác định bằng góc thấm ướt  hoặc cos:  − Cos = R−K R−L  L−K Khi  = 0 tức là cos = 1 → thấm ướt hoàn toàn; Khi  = 180o tức là cos = -1 → Hoàn toàn không thấm ướt; Cos càng lớn càng thấm ướt; 77 Cos  > 0 → bề mặt ưa lỏng; Cos  < 0 → bề mặt kỵ lỏng,
  78. 1.5. Một số chất hấp phụ cơ bản 1.5.1. Than hoạt tính Than hoạt tính được nghiên cứu từ lâu và sử dụng rộng rãi trong thực tế để hấp phụ các chất hữu cơ như tẩy màu, khử mùi Bề mặt riêng khoảng 1000 m2/g hoặc lớn hơn. Cách sản xuất 78
  79. 1.5. Một số chất hấp phụ cơ bản 1.5.2. Silicagen Thành phần hoá học là silic oxit SiO2.xH2O, có cấu trúc rất xốp. Các quả cầu nhỏ SiO2 tụ lại với nhau, sắp xếp không theo một trật tự nào về hình học. Cách sản xuất 79
  80. 1.5. Một số chất hấp phụ cơ bản 1.5.3. Zeolite Zeolit là aluminosilicat có cấu trúc tinh thể xác định, có các lỗ xốp với kích thước nano đều đặn. Trong thiên nhiên có khoảng 40 loại zeolit được phát hiện. Ứng dụng quan trọng trong hấp phụ, tách lọc, xúc tác chủ yếu nhờ vào các zeolit tổng hợp nhân tạo. Cho đến nay, người ta đã tổng hợp được khoảng hơn 200 loại zeolit. 80
  81. 1.5. Một số chất hấp phụ cơ bản 1.5.3. Zeolite Cách sản xuất 81
  82. 1.5. Một số chất hấp phụ cơ bản 1.5.3. Zeolite 82