1 Теориялық кіріспе

анықтау.

анықтау.

жылуды анықтау.

1. 
   Химиялық термодинамика
   

Физика-химиялық реакцияның жылу эффектісін зерттейтін сала термохимия деп аталады.

Термохимиялық өзі әр түрлі процестердің энергетикалық өзгерулерін зерттейтін теориялық химияның басты саласы – термодинамикаға кіреді. Химиялық термодинамика химиялық энергияның басқа энергияға ауысуын зерттейді.

Термодинамиканың бірінші бастамасына орай жылу Q, ішкі энергияның өзгерістері жүреді және жұмыстың орындалуы А күшке қарсы орындалады.

Көптеген химиялық процестер тұрақты көлемде немесе тұрақты қысымда жүреді.

Тұрақты көлемде жүретін процестерді изохоралық деп атайды.

Тұрақты қысымда жүретін процестерді изобаралық деп атайды. Бұл процестердің жылу эффектісін қарастыру.

Изохоралық процесс: системаның көлемі өзгермейді V – тұрақты, ΔV=0. Жылу түгелімен ішкі энергия арқылы өрнектеледі.
QV=ΔU
Химиялық реакцияға жылу эффектісі, тұрақты көлемде жүретін ішкі энергияның өзгерісіне тең.
QV=ΔU
Изобаралық процесте жүйедегі қысым өзгермейді Р – тұрақты
A = p*ΔV; ΔV = V2– V1; Qp = ΔU+p*ΔV

Белгіні енгіземіз

Термодинамикада жылулық эффектісінің келесі белгілері қабылданған.

Экзотермиялық процесте жылулықтың бөлінуі жүреді, демек, жүйедегі ішкі энергия немесе энтальпия үдейе түседі.

Изохоралық процесте:

Жылулық эффектілерінің мәні калориялық немесе джоульдармен көрсетіледі. СИ жүйесінде жылулық өлшемі үшін негізгі бірлік болып жұмыс бірлігі – джоуль белгіленді. Калория, жүйеден тыс бірлік ретінде сақталады. Бір калорил 4,1840 джоульге тең болады.

2. 
   Термохимиялық теңдеулер
   

Экзотермиялық реакция мысалы

3. 
   Түзілу жылулығы
   

Бұл судың стандартты түзілу жылулығы болып табылады.

Стандартты жағдайларда тұрақты болатын, жай заттардың түзілу жылулығы (графит, йод, күкірт, сутек және басқа) нөлге тең деп қабылданады.

4. 
   Гесс заңы
   

- химиялық реакцияның жылулық эффектісі оны өткізу тәсіліне байланысты болмайды, ол тек заттың бастапқы және соңғы күйіне байланысты болады.

Гесс заңынан шығатыны, егерде химиялық процесс бірнеше кезеңде жүрсе, онда процесстің жалпы жылулық эффектілерінің қосындысына тең болады. Мысалы, фосфор мен хлордан бесхлорлы РСl5 фосфор алуға болады, оны келесі әрекеттесетінің қорытындысында аламыз.

Бірінші тәсіл (бір кезеңде)

1. 
   Реакцияның жылулық эффектісі бастапқы заттың жану жылулығының қосынды арасындағы айырмаға тең болады. (стехиометриялық коэффициенттерді есепке ала отырып).
   
2. 
   Реакцияның жылулық эффектісі реакция өнімдерінің түзілу жылулығының қосындысы мен бастапқы заттың түзілу жылулығының қосындылары арасындағы айырмаға тең болады. Бұны келесі мысалмен суреттеуге болады: термохимиялық теңдеу жазылады және этилен мен су буының этил спиртінің түзілуі мен әрекеттесу реакциясының жылулық эффектісін есептеледі.
   

г). Берілген реакцияның термохимиялық теңдеуін жазамыз.

Гесс заңының басты тәжірибелік мәні бар. Гесс заңының көмегімен жылулық эффектілерін нақты өлшеу мүмкін емес немесе қиындық туғызатын процесстердің жылулық эффектілерінің шамасын есептеуге болады.

5. 
   Еріті жылулығы
   

• 
  газ, сұйық, қатты денелерде еритін химиялық және молекула аралық байланыстардың бұзылуы (оның ішінде кристалдар байланысты) болып табылды. Бұл процесс энергияны жұмсау арқылы жүреді, бұл кезде жүйе энтальпиясы артады ΔH₁>0. Осындағы және ары қарайғы жағдай изобаралық – изотермиялық болады.
  
• 
  Сольваттар (немесе гидраттар) деп аталатан, жаңа қосылыстардың түзілуімен байланысқан, ерітіндінің ерутіші затпен химиялық әрекеттесуі болады. Бұл процесс энергияның бөлінуімен және бұл кезде жүйе энтальпиясының кемуімен қоса жүреді ΔH₂>0.
  
• 
  Ерітіндінің өздігінен араласуы немесе ерітіндідегі сольваттың (гидраттың) диффузиясы.
  

Мысалдар:

Зат ΔH_еріт. кДж

CaCl -74,94

KCl 18,67

Н₂SO₄ -73,41
Ерітіндінің жылулық еффектісі тек қана ерітілген заттың табиғатына байланысты емес, бірақ сонымен қатар алынған ерінді мөлшеріне және бастапқы ерітінді концентрациясына да байланысты болады.

Ерітудің интегралды жылулығы – ол анықталған концентрация ерітіндісінің түзілуімен, берілген ерітіндіде бір грамм (меншікті) заттың немесе бір грамм мольдің (мольдік) ерітінді процесінің жылулық эффектісі болып табылады.

Ерітудің диффекциалды – заттың еру кезінде оның концентрациясының өзгеруін нольге тең деп есептеуге болатын, мынадай көп мөлшердегі ерітіндіде 1 г немесе 2 моль затты ерітудің жылулық эффектісі болып табылады.

Интегралды жылулық тәжірибелі түрде анықталды, ол дифференциалдық интегралдық жылулық ерітіндісінің еріту концентрациясына байланысы бойынша есептеп шығарылады.

6. 
   Гидратация жылулығы
   

Кристалигидраттың түзілу жылулығы және күкіртті қышқыл мыстың түзілу жылулығының гидраттары мысалында ерітінділер жылулығының арасындағы байланысты көрсетеміз.

Кристалдық сусыз тұздың 1 молінің – басты күйі
СиSO_4(TB) және «п» Н₂О
Соңғы күйі: СиSO₄ ерітіндісінің 1 молінің «п» мольдегі судағы күйі. Бастапқы күйден соңғы күге өтуді екі жолмен іске асыруға болады:

1 жолы – СиSO₄ көп мөлшердегі суда еріту

- кристалгидраттың түзілуі және көп мөлшердегі суда еруі:

қайдан

1.7 Бетараптау жылулығы

Қышқылдар мен сілтілердің әрекеттестігі кезінде бейтараптау жылулығы бөлінеді. Бейтараптау кезінде 1 г – экв. қышқылдың 1 г – экв. қоспаның бөлінетін, бейтараптау жылулығы мөлшеріне тең. Күшті ерітпелер мен күшті қоспалардың ерітінділері қосылған жағдайда бейтараптау жылулығы оның табиғатына қарамастан, 18° - 13,7 ккал/г экв. Кезіндебірдей болады. Бұл сұйылтылған сулы ерітінділерде күшті электролиттердің толық диссоциациялануы басқа жолдармен анықталғанын дәлелдейді.

Мысалы, НСl мен NaOH арасындағы реакция келесідей көрсетілуі мүмкін:

Бұл екі процессте де – бейтараптану және диссоциалану – қысқаша түрде былай жазуға болады (НА - әлсіз қышқыл)

1. 
   Жабдықтар мен құралдар.
   

Калориметриялық ыдыс материалдан, шыныдан немесе жылу өткізгіштігі аз материалдан жасалған стақаннан тұрады. Көлемі үлкен басқа ыдыс арқылы пайда болатын ауаның кеңістігі, жылу өткізбеушілік жүйесі үшін қолданылады. Калориметрдің қақпағында Бекман термометрі үшін саңылау бар, зерттеу заттар енгізіледі.

Бекман термометрінің жай лабораториялық термодинамикадан айырмашылығы, оның жоғарғы жағында қосымша сынапқа арналған бір қосымша резервуары болады, ол төменгі жақтағы сынаптың мөлшерін өзгертіп тұрады, жұмысқа берілген интервал температурасы осылайша термометрде қолданылады. Термометр шкаласы 5⁰С – 6⁰С бөлінген, ал әрбір градус ондаған және жүздеген бөлшектерге лупалар арқылы жуық шамада жүздеген бөлшектер градусын өлшеуге болады. Бекман термометрі арқылы тек қана температураның әртүрлігін өлшеуге болады. Әрбір әдіс алдында негізгі термометр конструкциясы әдейі қалпына келтіру қажет еді.

2. 
   Калориметриялық әдістің орындалуы.
   

а) Бастапқы период АВ (5 мин 10 өлшем);

б) Негізгі период ВD – бұл процесс түзудің еруі;

в) Соңғы период DC (5 мин 10 өлшем).

Бастапқы период: калориметрді жинап, оның ішіндегі суды араластырады, сондағы температуранының өзгеруін байқайды. Сыртқы ортамен жылу алмасуының ретінде температура өзгеруі бірдей болса, онда температураның өзгеруі біркелкі болса, бастапқы период аяқталды деп есептеуге болады. Одан кейін үзбей араластыра отырып, уақытты секундометрмен өлшеп, ал температураны термометрмен өлшеу арқылы калориметрге тұз еңгізеді, осыдан негізгі негізгі период басталады.

Негізгі период: негізгінің аяғы және қорытындының басы температураның өзгеруі біркелкі деуге болады.

Соңғы период: 5 минут аралығында біркелкі температураның жүруімен анықталады.

Температураның уақытқа байланысты өзгеруінің графигін эксперименттік белгілер арқылы құрылады: t°-τ . Жуықша графигі келесі суретте көрсетілген.

АВ – бастапқы период;

ДЕ – соңғы период;

ВД – негізгі период.

Д және В нүктесінен уақыт өсіне перпендикуляр түседі. ВД екіге қақ бөлінеді. Осылардын ортасынан ДЕ және АВ қиылысқан жеріне дейін перпендикуляр өткізеді. Содан алынған кескін іздеген Δt шамасы болып табылады.

3. 
   Калориметриялық жүйенің жылу өткізгіштігі
   

Физикалық ғылым бойынша К – калориметрдің барлық бөлігін қыздыру үшін кететін жылу мөлшері және жылу алынуына қатысады KΣm_іс_і, m_і – жылу алмасуда қатысатын әрбір бөлшектердің массасы с_і – олардың жылу сиымдылығы.

Калориметрдегі тұрақтылық К мына формуламен есептеледі: KΣm_іс_і және осы жолмен калориметриялық процестерді өлшеуге болады, ал жылулық эффект белгілі. Мысалы: кейбір еріген тұздардың жылуы белгілі болады (KCl,KNO₃). Сонда К=ΔH/Δt*g/M, ΔH – тұздардың еру жылуы, Δt – тұздар ерітіндідегі температураның өзгеруі, g – тұздың өлшемі, М – тұздардың молекулярлық салмағы.
3 Лабораториялық жұмыс №1
3.1 Тұздардың ерігендегі интегралдық жылуды табу. Жұмыстың мақсаты: тұз ерігендегі белгілі жылу арқылы калориметрдің тұрақтылығын анықтау, зерттелетің тұздардың жылуын анықтау.

3.2 Жұмыстың мақсаты

Жұмыс екі тәжірибеден тұрады:

1. Тұздың белгілі жылу ереігіштігі арқылы KCl (ΔH _KCl=18,67) кДж калориметрдің тұрақтысын анықтау. Барлық берілгендерді әдістеменің «калориметр жүйесінің жылу сиымдылығы» бөлімінде қараңыз.

2. Берілген тұздың интегралдық жылу ерігіштігін анықтау.

3.2.1 №1 тәжірибені орындау.

1. 
   Калориметрге 500 мл су құямыз. Араластырғышты орнатыңыз;
   
2. 
   Аналитикалық таразыда саналған зат мөлшерін өлшеп, калориметр қақпағына орнатылған пробкаға салыңыз.
   
3. 
   Калориметр қақпаның тесігіне термометр орналастырып, араластырғышты қосыңыз.
   
4. 
   Секундометрді қосып, әр 30 сек ішінде температура өзгеруін бегілеңіз.
   

1. 
   Температураның бірінші 10 өлшемі бастапқы периодты құрайды.
   
2. 
   Пробиркадан суға затты еңгізіп, бас пробирканы орнына қойып және сол затты калориметрге еңгіземіз, және те температураны өлшей беріңіз. Тұз еріген кезде калориметрдегі температура оқыс өзгереді.
   
3. 
   Содан соң ерітінді температурасын және қоршаған орта температурасың түзетіңіз. Ол 10 өлшемнен тұратын соңғы период.
   

f) №1 тәжірибесін қорытындылау.

Тәжірибе қорытындылары бойынша «температура уақыт» координаталарында график сызып, Δt шамасың табыңыз.

Калориметрді мына формула арқылы анықтаңыз:

Берілген тұздың интегралдық жылу ерігіштігін анықтау және сол ретімен өткізіледі.

Тәжірибе қорытындыларын таблицаға еңгіземіз:
G_соли=¸ M_соли=¸ K=.

τ¸мин
t0

№2 тәжірибесін қорвтвндвлау

Тұздың интегралдық жылу ерігіштігін мына формула арқылы анықтаңыз:

Жұмыс мақсаты: калориметр тұрақтысын анықтау, кристалогидраттың және сусыз тұздың жылулығын анықтау, тұздың гидрация жылулығын анықтау.

Жұмыс үш тәжірибеден тұрады.

1. 
   Тұздың белгілі жылу ерігіштігі арқылы KCl (ΔH _KCl=18,67) кДж калориметр тұрақтысын анықтаңыз.
   
2. 
   Сусыз тұздың интегралдық жылу ерігіштігін анықтаңыз. Барлық берілгендерді «Гидротация жылулығы» әдістемесімен қараңыз.
   
3. 
   Кристалогидраттың интегралдық жылу ерігіштігін анықтаңыз. Барлық берілгендерді «Гидротация жылулығы» әдістемесімен қараңыз.
   

4.2 тәжірибесін орындау.

1. 
   Бөлшек температурасы бар 500 мл суды калориметрге құйыңыз. Араластырғыш орнатыңыз.
   
2. 
   Аналитикалық таразыда KCl (0,1 – 0,069 моль) саналған мөлшерін өлшеп, калориметр қақпағына орнатылған пробиркаға салыңыз.
   
3. 
   Калориметр қақпағының тесігіне термометр орналастырып, араластырғышты қосыңыз.
   
4. 
   Секундометрді қосып, әр 30 сек ішінде температура өзгеруін бегілеңіз.
   

1. 
   Температураның бірінші 10 өлшемі бастапқы периодты құрайды.
   
2. 
   Пробиркадан суға затты еңгізіп, бас пробирканы орнына қойып және сол затты калориметрге еңгіземіз, және те температураны өлшей беріңіз. Тұз еріген кезде калориметрдегі температура оқыс өзгереді.
   
3. 
   Содан соң ерітінді температурасын және қоршаған орта температурасың түзетіңіз. Ол 10 өлшемнен тұратын соңғы период.
   

f) №1 тәжірибесін қорытындылау.

Тәжірибе қорытындылары бойынша «температура уақыт» координаталарында график сызып, Δt шамасың табыңыз.

Калориметрді мына формула арқылы анықтаңыз:

Жұмыс мақсаты: тұрақты калориметрді анықтау, кислота қоспасының жылулығын анықтау, нейтрализация жылулығың анықтау.

Нейтрализация жылу дегеніміз 1 г – экв қышқыл 1 г – экв сілтінің нейтрализация кезіндегі энтальпияның өзгеруі.

Қышқылдық және сілтінің ерітінділері сұйылтуы кезінде, нейтрализациядан басқа екі компоненттің қосылу процессі жүреді. Сондықтан калориметрде жылу эффектісі қосынды ұзындығы болып,есептелінеді. Бұл жылу эффектіге нейтрализация жылуынан басқа, қышқылдық негізбен сұйылту жылулығын және негіздің қышқылдық ерітіндісінің өосылуының жылуы кіреді.
ΔH_қабыл=ΔH_нейтр+ΔH_{қосыл. негіз}+ΔH_{қосыл. қышқыл}.
Тәжірибе жүзінде нейтрализация былай жүруі керек: сілті артық мөлшерде болу керек және ол толық зерттелетін қышқылды нейтрализациялау керек. Егер ерітінді қышқылының бастапқы концентрациясы негіз ерітіндісінің концентрациясынан бінеше есе көп болса, онда ΔH_{қосыл. негіз} 0-ге жақын болады және оны была йқабылдауға болады:
ΔH_бақыл=ΔH_нейтр+ΔH_{қосыл. қыш.}
Одан
ΔH_нейтр=ΔH_бақыл+ΔH_{қосыл. қыш.}
Нейтрализация жылуын анықтау үшін, біріншіден тәжірибе жолымен қышқылдық негізбен сұйылтуының жылулығын табу керек және қышқылдық негізбен қосылуының жылуы және нейтрализацияның өзінің жылуынан тұратын калориметрдегі бақыланатын жылу эффектіні табу керек.

Жұмыс үш тәжірибиеден тұрады:

1. 
   Еріген тұздың жылуын белгілі болған кезде тұрақты калориметрін есептеу
   
2. 
   Қышқылдық негізбен сұйылту ΔH_{қосыл. қыш} жылуын анықтау
   
3. 
   ΔH_бақыл қышқылдық негізбен нейтрализациясы кезіндегі жылу эффектісін анықтау.
   

5.3 №1 жұмыстың орындалуы

1. 
   300 мл (комнаталық темперктура) су калориметрге құю;
   
2. 
   Аналитикалық терезеде 5-6 г КNO₃ өлшеу және пробиркаға апарып, оны калориметр қақпағында орналастыру;
   
3. 
   Калориметр қақпағының тесігіне термометр орналастыру және араластырғышты қосу;
   
4. 
   Секундометрді қосып, әр 30 сек ішінде температура өзгеруін бегілеңіз.
   

1. 
   Температураның бірінші 10 өлшемі бастапқы периодты құрайды.
   
2. 
   Осыдан кейін калориметрге тең арада КNO₃ – тын пробиркадан суға аударып, бос пробирканы орнына қойып, осы арада өлшеуді жалғастырады. Тұздың еру нәтижесінде калориметрде температура тез өзгереді.Бұл бос период болып саналады.
   
3. 
   Енді қоршаған ортамен ерітіндіде температураның түзетулері басталады. Бұл соңғы период, мұнда әлі он өлшем жалғасады.
   

f) №1 тәжірибиесін қорытындылау.

№1 тәжірибесін қорытындылау.

1) Тәжірибие қорытындылары бойынша «температура уақыт» координаталарында график сызып, Δt шамасың табыңыз.

2) Калориметрді мына формула арқылы анықтаңыз:
K =ΔH_KNO3 / Δt *g/m.
5.4 №2 Жұмыстың орындалуы

Негіз бен қышқылдық суылтылуындағы жылу эффектісі анықталады, бірақ та негіздің орнына дистелденген су алынады. Калориметрге 300 мл дистелденген су құю. Пробиркаға «а» қышқылын құю, 001 дәлдікпен өлшенген. Калориметрді жинау және тәжірибиені жүргізу, бұл тәжірибеде алғашқы №1 тәжірибиеде сияқты температура өзгеруін өлшеп жазу.

Тәжірибие нәтижелерін кесте түрінде жазу.
Қышқыл_______________мл__________________;К=_______________

τ¸мин
t0

5.5 №3 тәжірибиенің орындалуы

Калориметрде бақыланатын қышқылдық нейтрализация реакциясы кезінде жылу эффектісі анықталды. Калориметрге 300 мл 0,3 н NaOH құю. Пробиркаға «а» қышқылын құю. Калориметрлік тәжірибиені алғашқыда айтылғандай өткізеді.

Тәжірибие нәтижесін кесте түрінде жазу.

№2 және №3 Тәжірибиелерінің нәтижесіне өңдеу.

1. 
   Δt-ны №2 және №3 тәжірибиеде графикалық түрде анықтау.
   
2. 
   Сұйытылған қышқылдың (тәжірибие №2) жылу эффектісін мына формула бойынша есептеп шығару:
   

3. 
   Нейтрализация кезінде байқалған жылу эффектісін мына формула бойынша есептеп шығару:
   

4. 
   Нейтрализацияның өзінің жылуын мына формула бойынша есептеп шығару:
   

5. 
   Нейтрализация жылуын мына формула арқылы 1 г – экв-ке қайта есепте.
   

Басқа формуланы да пайдалануға болады.

6. 
   Тәжірибиенің қателік пайызын табу(%)
   

Жұмыстың есептік мазмұнында: жұмыстың аты және мақсаты, лабораториялық құрылғыны бейнелеу, тәжірибие нәтижесінің кестесі, есептеулер болу керек.

1. 
   Термохимия нені зерттейді?
   
2. 
   Түзілу жылуы дегеніміз не?
   
3. 
   Барлық термохимиялық есептеулер қандай принципке негізделген?
   
4. 
   Гидратация жылуы дегеніміз не?
   
5. 
   Нейтрализация жылуы, мысал келтіріңіз.
   

1. 
   Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа. Н. С. Печуро, В. Д. Капкин, О. Ю. Песаин – М.: Химия, 1986 – 352 с.
   
2. 
   Химияческая технология твердых горючих ископаемых. Г. Н. Макаров, Г. Д. Харлампович – М.: Химия, 1986 – 496 с.
   
3. 
   Физическая химия. А.А.Жуховицкий, Л.А. Шварцман – М.: Металлургиздат, 1976.
   
4. 
   Примеры и задачы по курсу процессов и аппаратов химической технологий. К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. – Л.: 1987 – 576 с.
   
5. 
   Ривкин С. Л. Термодинамические свойства газов: Справочник. – 4-е изд. М.: Энергоатомиздат 1987 г. – 288 с.
   
6. 
   Физическая химия. Под ред. Стромберга А. Г. – М.: Высшая школа, 2003 – 527 с.
   
7. 
   Курс физической химии. В. А. Киреев. – М.: Химия, 1975 – 776 с.
   
8. 
   Коллоидная химия. Ф. Г. Евстратов. – М.: Химия, 1981 – 520 с.
   

1.1 Беттің ығысуы

1.1.1 Адсорбция

Беттің барлық бөліктерінің белгілі бір заттың өз бетінен концентрациясының өзгеруін адсорбция деп атйды.

Мысалы, сірке қышқылының ерітіндіде енгізілген активтелген көмірдің бетінде (адсорбенттің бетінде) ерітіндінің көлеміндегі концентрациясымен салыстырғанда, сірке қышқылының концентрациясының үлкені басталады.

Егер сіңірген заттың адсорбенттің бүкіл көлем бойынша таралатын болса, онда ондай процесті адсорбция деп атайды.

Жалпы қарағанда, адсорбция сербция процесін құрайды.

Фазалардың арасындағы бөліктерінің бетіндегі артық энергияның болуы адсорбцияның мағынасын береді.

Адсорбция қайтымды процесс болып табылады. Адсорбцияның қарама – қарсы процессті десербция деп атайды.

Адсорбент қабатының қанығуы адсобент бетіндегі адсорбцияның адсербенттік жылдамдығының теп – теңдігі кемиді, ал ресербцияның жылдамдығы ұлңаяды, ал ақырында екі процесстің жылдамдықтары тең болса, адсорбциондық тепе – теңдікке келеді. Тепе – теңдікке жауап беретін адсорбтивтік дейміз.

Салыстырмалы адсорбация дегеніміз – адсорбенттік бетіндегі см²-на тепе – теңдік күйіне жеткендегі берілген жағдайда суға сіңірілген заттың мольдік мөлшерін айтамыз.
Г = x/s моль/см²,
Г – салыстырмалы адсорбция;

х – адсербтелген заттың мөлдердің саны;

s – адсорбенттік беті, см²;

Қандайда бір адсобенттік бетін практикада өлшеуге қиын, сондықтан адсербцияны 1 г адсорбентке жиі мольмен анықталады.

Адсорбцияның көлемі келесі брактарға тәуелді болады: адсорбенттік және адсорбтивтік табиғатына, адсербтивтік температурасымен концентрациясына.

Адсорбцияда іріктелген белгілері болады., мысалы, активтелген көмір оксидін адсорбтелінбейді. Адсорбция процессі экзотермиялық болып табылады, сондықтан температураның ұлғаятын болса, адсербтивтік заттың саны азаяды.

1.1.2 Адсорбцияның изотермиясы

Адсорбтивтік заттың тұрақты температурадағы концентрациясына тәуелділігін адсорбциялық изотерма түрінде графикпен анықталады. Бұл адсорбцияның процестерге ең дәл анықтама береді. Адсорбция изотермиясының құрылуы ординат осьтеріне салыстырмалы адсорбцияны белгіленеді, ал абсцисс осьтеріне – адсорбтивтік заттың тепе – теңдік концентрациясын белгіленеді.

Адсобцияның изотермасы (сурет 1)

1. 
   Бөлік – адсорбцияның кішірейген концентрациясының бөлігі. Адсорбция концентрациясының ұлғаюына тура пропорционал болып үлкейеді.
   
2. 
   Бөлшек – бұл ортада концентрациясының бөлігі. Мұнда адсорбция ұлғаяды, бірақ та ең аз дәрежесінде.
   
3. 
   Бөлік – үлкен концентрацияның бөлігі мұнда адсорбция максималды көлемге дейін жетеді және одан кейін концентрацияның ұлғаюы адсорбцияны өзгертпейді.
   

Көмірдегі сулы ерітінділерден органикалық қышқылдардың адсорбциясы.

Жұмыс мақсаты: активтелген көмір бетіндегі ерітіндіден алынған органикалық қышқылдардың адсорбциясын зерттеу, адсорбция изотермасын құру, Фрейндлих өрнегінде эмпирияның константтарды анықтау.
2.1.1 Жұмыстың мазмұны:

Берілген жұмысты қатты адсорбенттің бетіндегі сулы ерітіндіден алынған сірке қышқылының адсорбциясын зерттеу. Бұл мақсат үшін активтелген көмір жиі қолданылады, өйткені оның беті сумен сіңірмейді. (Гидрофоб болып табылады) және адсорбция кезінде диссоцияланбайтын немесе аз диссоцияланбайтын заттар еріген заттың молекулаларды адсорбтеледі. Молекуланың адсорбция түзіледі. Берілген еріткіш неғұрлым адсорбент бетін суды жақсы сіңіретін болса, соғұрлым еріген заттардың молекуласындағы адсорбция аз болады.

Молекулалық адсорбцияны табу үшін Фрейндлих теңдеуімен анықталады:
x/m=K*C^1/п _р,
х – адсорбцияға түскен заттың мольдік саны,

т – адсорбент мөлшері,

С_р – ерітіндідегі заттың тепе – теңдік концентрациясы моль/литр,

к,п – эмпириялық константалар.

к және п константаларын табу үшін Фрейндлих теңдеуін логорифмдайды:
lg x/m=lg k+1/п lgC_р,
онда координат жүйесінде түзу алынады
lg x/m- lgC_р.

Сурет 2. Тепе-теңдік концентрацияны заттың адсорбцияланған мөлшері.
Абцисса өсі мен түзу арасындағы бұрыштың тангенсі 1/п өлшемін көрсетеді, ал lg k түзудің ординат осіндегі белгіленген кесіндісі. К константасы 1-ге тең болып, тепе-тең концентрациялы заттың адсорбцияланған мөлшерін көрсетеді. Концентрация дәрежесінің көрсеткіші 1/п 1-ден кіші.
2.1.2 Жұмыстың істелуі.

Сірке қышқылының адсорбциясын зерттеу үшін адсорбцияға дейін және одан кейінгі қышқылдың концентрациясын білу керек. Концентрацияны титрлеу әдісімен анықтайды. Келесі кестеге сәйкес етіп, ерітіндінің 1 мөлшерінен жасалған, сірке қышқылының ерітіндісінін 6 көмерленген колбаға құяды.

Адсорбция тепе-теңдігіне жеткенше дейін колбаларды (1 сағат) 30 мин қойып, периодты түрде араластырылады.

Адсорбция жүріп жатқан кезде титрлеу әдісімен қышқыл ерітіндісінің бастапқы концентрациясын табу керек ол үшін әр колбадан пипеткамен келесі мөлшерде пробалар алынады.

Колба №	1	2	3	4	5	6
Пробалар	5	5	10	10	20	20

Фенолфтолин қосып 0,1 NaOH ерітіндісімен титрлейді. Екі паралель титрлеу өткізеді және қолданған сілтінің орта көлемін алады.

Адсорбциядан кейін 30 мин өткенде, ерітінділерді сәйкс көмерленген колбаларға фильтрлейді.

Нәтижелерді кестеге еңгізеді.

Адсорбция дейінгі С₀ және одан кейінгі С_р қышқыл концентрацияны есептеп алу.

Фрейндлих адсорбацияның изотермиялық теңдеуде К және 1/п график арқылы тұрақты көлемдердің мағынасын анықтау керек.

Бақылау нәтижелерін таблицаға толтыру керек.

№ колбы

С0 Моль/л

Ср Моль/л

Х моль

А моль

lg*x/т

lg Cр

2.2 Лабораториялық жұмыс №2

Гибсс адсорбциясының изотермасы.

Жұмыс мақсаты: Адсорбцияда сұйық-газ бөлу шекарасын сұйықтық бетін ығысудың өлшеуі жолымен арқылы зерттеу үйрену керек.

Сұйықтық бетінде заттың адсорбциясын зерттегенде ең ыңғайлы әдіс сұйықтық беттін ығысу өлшеуі, яғыни он адсорбцияның көлемінен тура байланысты.

Таза сұйықтық беттік ығысуы бар, тұрақты температурада тұрақты көлемі болады. Сұйықта әр түрлі заттар ерігенде беттің ығысуы өзгереді.

Беттік ығысуды азайтатын заттар беттік активті деп аталады, оларға органикалық қышқылдар және тұздар, спирттер, аминдер жатады.

Беттік ығысуды үлкейтетін заттар беттік активті емес деп аталады, оларға органикалық емес тұздар, металдардың гидроксидтері жатады.

Адсорбция арасындағы тәуелділігі, беттік ығысу және концентрациясы Гибсс теңдеуі арқылы өрнектеледі.

Мына туынды dσ/dс көрсетеді, беттік ығысудың концентрациясының өзгеруін, мұны белгілі бір температурада еріген заттың беттік активті деп атайды.

Бетті активті заттарда концентрациясы жоғарланған кезде, беттік ығысу кемиді және dσ/dс <0, адсорбцияның көлемі.

Г>0, оң. Үстіңгі қабатта зат жиналады, адсорбция жүріп жатыр.

Үстіңгі-активті емес заттар үшін бұларда концентрация үлкеюі беттік ығысуды азайтады және dσ/dс >0, адсорбция үлкендігі Г<0, теріс. Заттың концентрациясы беттік қабатта аудару болады, ерітінді көлеміне қарағанда беттік-ейтралды заттар үшін dσ/dс= 0, және Г=0 адсорбция болмайды.

Қазіргі уақытта адсорбцияны анықтау үшін су спирттік беттік ығысу немесе қышқылды ерітінділердің әр түрлі концентрациясын өлшейді. σ=f(с) және dσ/dс графигін құрау керек.

Сурет
Ол үшін қисықтың нүктесіне жанама өткізу керек, берілген концентрация бойынша және қисықтық тангенс бұрышын анықтау керек.

Содан кейін адсорбация Г Гибсс уравнениясы бойынша есептейді және

Сұйықтың беттік ығысуын Робиндер құрылғысымен анықтайды. (сурет - 3)

Сурет 3 - Робиндер құрылысы, а) капилляр, б) зерттелген сұйықтығы бар приборка, в) эксператор, г) манометр.

Беттік ығысуды анықтау тәсілдері келесі шарттардан тұрады:

- Өлшеу алдында «В» пробиркасына зерттелінетін сұйықтықты «А» капилярлы сұйықтыққа 3-5 мм бататындай етіп құяды. Құрылғы герметикті екенін тексеріп, тәжірибиені орындай бастайды. Әуелі «В» аспиратордың қысқышын ашады. Аспиратордағы су ағып, «В» құмырасында зарядсыздандыру пайда болады. Соның салдарынан капиллярдағы ауа түйіршіктері біртектес бір біреуден секіріп шыққанда «Г» манометрдегі Һ биіктігін белгілейді. Анықтауды бірнеше рет істейді де, ортақ мәнін алады.

2.2.2 Жұмыстың орындалуы

Тәжірибие №1.

Құрылғы тұрақтысын анықтау құрылғының константа су арқылы анықтайды, беттік ығысу температура бойынша белгілі. Ол үшін «Б» пробиркасына методика бойынша анықтандар. Бірнеше анықтаулар істеп, ортақ мәнін алыңыз. Есептеу қорытындыларын таблицаға енгізіңіз.

Тәжірибие №2

Зерттелінетін ерітінділердің беттік ығысуын анықтау.

Барлығы 4-5 әр түрлі ерітінділер әр анықтаудың алдында пробирканы зерттелінетін ерітіндімен тамып, бірнеше Һ анықтаулар істейді. (манометр арқылы) ортақ мәнін алады. Қорытынды өлшеулерін таблицаға еңгізеді.

Зерттелінетін

Ерітінді___________________тәжірибе t⁰ ______________________________

Әр түрлі темпертураларда судың үстіңгі натяжениясы (σ)

2.2.3 Бақылау қорытындысын сұрақтау.

Құрылғының тұрақтысын формуламен анықтау:
K= σ _Н2О/h
Қарастырылатын ерітінділердің беттік ығысуын формуламен анықтау
σ=к* h
Беттік ығысудың изотермасын σ – С координаталары бойынша құру адсорбцияны Г Гибсс уравнеиясы бойынша анықтау.
Г=-C/RT* dσ/dС,
Немесе
Г=-C/RT*Δσ/ΔC.
Гибсс адсорбциясының изотермиясын құру.

Шыққандарды таблицаға еңгізу керек.

Жұмыс туралы жауап беру жұмыстың атын, мақсаты, сипаттамасы, шыққан сандар мен таблица, есептеулер.

1. 
   Адсорбция деген не?
   
2. 
   Адсорбция мен адсорбцияның айырмашылығы қандай?
   
3. 
   Адсорбция қандай факторларға байланысты?
   
4. 
   Меншікті адсорбция дегеніміз не?
   
5. 
   Адсорбцияның изотермасы нені көрсетеді?
   
6. 
   Қатты адсорбент бетіндегі ерітіндінің, адсорбциясы туралы айтыңыз. Фрейндлихтің теңдеуі.
   
7. 
   Сұйық-газ шекарасындағы адсорбция туралы айтыңыз.
   
8. 
   Бетті-активті заттар дегеніміз не? Бетті-активті емес заттар дегеніміз не?
   
9. 
   Гибсстің теңдеуі туралы айтыңыз.
   

2 С. А. Балезин. Практикум по физической и колоидной химии. – М.: «Просвещение», 1972.