Что такое адсорбция расскажите о применении этого явления на примере активированного угля кратко

Обновлено: 30.06.2024

Как указывалось выше, уголь обладает свойством поглощать на своей поверхности различные вещества. Поглощение газов, паров и растворенных веществ поверхностным слоем других веществ называется адсорбцией . Поглотителями, или адсорбентами, могут быть как твердые вещества, так и жидкости; однако наилучшими адсорбентами являются твердые вещества.

Явление адсорбции объясняется тем, что частицы, расположенные на поверхности вещества, находятся в иных условиях, чем частицы, лежащие внутри него. Внутри вещества все действующие между частицами силы взаимно уравновешиваются, а на поверхности вещества уравновешены только силы, направленные внутрь вещества и в плоскости самой поверхности. Поэтому поверхностный слой может притягивать к себе частицы из соприкасающейся с ним жидкой или газообразной фазы. Во многих случаях адсорбированный слой частиц является мономолекулярным, т. е. имеет толщину одной молекулы.

Адсорбированные молекулы совершают определенные колебания. Некоторые из молекул отрываются и переходят обратно в окружающую среду, на их место поступают новые молекулы, и в результате устанавливается определенное состояние адсорбционного равновесия, при котором в единицу времени столько же молекул поглощается поверхностью, сколько и покидает ее.

Состояние адсорбционного равновесия зависит как от концентрации поглощаемого вещества в соприкасающейся с адсорбентом фазе, так и от температуры. С увеличением концентрации абсолютное количество адсорбированных молекул растет, хотя в процентном отношении их адсорбируется меньше, чем при малых концентрациях.

Смещение равновесия при изменении температуры определяется тем, что адсорбция сопровождается выделением тепла. Поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, повышение температуры смещает адсорбционное равновесие, вызывая десорбцию, т. е. обратное выделение адсорбированных молекул. Понижение температуры, наоборот, увеличивает количество адсорбированного вещества.

Увеличение поверхности вещества при его дроблении

Длина ребра куба	Число кубиков в см 3	Общая поверхность	Длина ребра куба	Число кубиков в 1 см 3	Общая поверхность
1 с м

Так как адсорбция есть явление, происходящее только на поверхности вещества, то понятно, что чем больше общая поверхность адсорбента, тем больше молекул он может поглотить. Поэтому вещества пористые и порошкообразные, как правило, обладают большей поглотительной способностью, чем вещества, не имеющие пор. Наглядное представление о том, как сильно увеличивается поверхность вещества при его дроблении, дает табл. 23. В ней показано увеличение поверхности куба с ребром в 1 см при последовательном делении его на кубики с ребром 1 мм, 0,1 мм и т. д. Особенно большой адсорбционной способностью обладает обыкновенный древесный-уголь, что в значительной мере объясняется его пористым строением.

Чтобы наблюдать поглощение газов углем, произведем следующий опыт. Наполним аммиаком стеклянный цилиндр и опустим открытый конец его в чашку с ртутью (рис. 105). Затем, прокалив на горелке кусочек древесного угля, погрузим его для охлаждения в ртуть и подведем под отверстие цилин-дра с аммиаком. Уголь всплывает на поверхность ртути в цилиндре, и ртуть сейчас же начинает подниматься вверх вследствие поглощения аммиака углем.

Количество поглощаемого адсорбентом газа зависит как от свойств адсорбента, так и от природы газа. При этом наблюдается некоторая закономерность, состоящая в том, что газ, как правило,

поглощается тем лучше, чем выше его критическая температура, т. е. чем легче он сжижается.

В табл. 24 указаны количества различных газов в миллилитрах, адсорбируемые 1 г древесного угля при 15° и нормальном давлении.

Адсорбция газов углем

Особенно хорошо поглощает газы активированный уголь. Один из лучших способов приготовления активированного угля заключается в том, что обыкновенный березовый уголь подвергают сильному нагреванию в струе водяного пара. От такой обработки уголь становится очень пористым и его поглотительная способность резко увеличивается .

Активированный уголь применяется для поглощения паров летучих жидкостей из воздуха и газовых смесей. Бензин, например, улавливается активированным углем из природных газов, выделяющихся в больших количествах в нефтеносных районах. Поглощение летучих жидкостей углем и другими адсорбентами, с последующей десорбцией поглощенных веществ, широко применяется в промышленности и позволяет экономить значительные количества ценных растворителей.

Сильно охлажденный активированный уголь служит прекрасным средством для получения высоких степеней разрежения, поглощая последние следы газа, которые уже не могут быть удалены вакуум-насосом. Активированный уголь используется также в качестве катализатора в некоторых химических производствах.

Николай Дмитриевич Зелинский родился в 1861 г. в г. Тирасполе. По окончании в 1884 г. Новороссийского университета (в Одессе) он был оставлен при нем для научной работы. В 1891 г. Зелинский защитил докторскую диссертацию, посвященную исследованию явлений стереоизомерии. В 1893 г. он получил кафедру органической и аналитической химии в Московском университете, в котором и работал до конца своей жизни. В 1929 г. Н. Д. Зелинский был избран действительным членом Академии наук СССР.

Диапазон научных интересов Н. Д. Зелинского был необычайно широк. Работы Зелинского и его учеников в области органического катализа заняли ведущее место в мировой науке. Исключительный интерес представляют исследования Зелинского в области нефти и гидролиза белковых соединений, впервые давшие указания на циклическую структуру белковых молекул.

Адсорбция углем растворенных веществ была открыта в конце XVIII в. русским академиком Т. Е. Ловицем, применившим уголь для очистки -винного спир та. С тех пор на винокуренных заводах винный спирт очищают от содержащихся в нем примесей (так называемых сивушных масел) фильтрованием через уголь. На сахарно-рафинадных заводах таким же путем производят очистку сахара от веществ, сообщающих ему желтоватую окраску.

Кроме угля, ярко выраженной способностью к адсорбции обладает и целый ряд других веществ. Так, например, на адсорбции растворенных веществ растительными и животными волокнами основаны процессы крашения тканей, дубления кож и др.

Рис. 106. Противогаз: 1- резиновая маска, 2- очки, 3- выдыхательный клапан, 4- гофрированная трубка, 5- поглотительная коробка.

Создав необычайно тонкий метод адсорбционного анализа. Цвет осуществил заветную мечту химиков — разделять смесь родственных химических соединений на отдельные компоненты, не подвергая ее активным химическим или физическим воздействиям. Хроматографический метод в настоящее время широко применяется во всякого рода исследованиях. С помощью этого метода на современных производствах получают чистейшие препараты различных витаминов, гормонов, пенициллина и других веществ.

Вы читаете, статья на тему Адсорбция

Похожие страницы:

Содержание статьи1 Что такое адсорбция газов1.1 Адсорбционные свойства угля1.2 Разделение катионов меди и кобальта1.3 Адсорбироваться и десорбироваться веществ Что такое.

АМОРФНЫЙ УГЛЕРОД В виде древесного угля получается при сухой перегонке древесины в виде очень лёгкой пористой и хрупкой массы .

Химические свойства углерода. Карбиды При обыкновенной температуре углерод инертен и может вступать в реакцию только с очень энергичными окислителями. При.

Аллотропия углерода В свободном состоянии углерод известен в виде трех аллотропических модификаций: алмаза, кристаллизующегося в правильной системе; графита, принадлежащего к.

УГЛЕРОД (Carboneum) Ат. вес 12,011 . Углерод в природе. Углерод находится в природе как в свободном состоянии, так и в виде.

Древесный уголь это органическое соединение углерода, образуется в результате неполного сгорания продуктов растительного и животного происхождения. Широко используется в приготовлении.

Активированный уголь, например полученный из скорлупы кокосовых орехов, поглощает большие количества пахучих веществ. Так, он удерживает бензол в количестве, составляющем половину собственного веса. Он поглощает также хлороформ и другие сходные с ним вещества. Он захватывает аммиак, но лишь в малых количествах адсорбирует такие газы, как водород, азот, кислород, окись и двуокись углерода. Поскольку газы, обладающие запахом, обычно хорошо поглощаются углем и другими материалами с развитой поверхностью, вполне вероятно, что развитию ощущения запаха предшествует адсорбция в обонятельном анализаторе. Адсорбция пахучих молекул на твердых поверхностях может происходить тремя путями: 1) слоем конденсированной влаги, обычно присутствующей на всех поверхностях; 2) путем прямой адсорбции твердой чистой поверхностью, с которой удалена пленка влаги, и 3) путем прямого присоединения заряженных частиц к поверхности с противоположным электрическим зарядом.[ . ]

Активированные угли. Активированные угли получают по специальной технологии, одной из стадий которой является обжиг угля при высокой температуре, в результате чего выгорают наиболее легко окисляющиеся органические вещества и образуется пористая структура (Очистка производственных сточных вод, 1967). Казалось бы, что уголь, не обладающий полярностью, по своей природе не должен адсорбировать ионы сильных электролитов, но опыты показывают, что на угле может протекать обменная адсорбция.[ . ]

Остаточный озон может быть извлечен из газовой смеси с помощью адсорбции. Принцип удаления состоит в том, что воздух, содержащий остаточный озон, перед выбросом в атмосферу пропускают через фильтрующие адсорбционные колонны. В качестве фильтрующего материала обычно используют гранулированный активированный уголь диаметром зерен 1—6 мм. Уголь, адсорбируя летучие органические загрязнения, подвергается вместе с ними медленному сгоранию при окислении загрязнений содержащимся в воздухе озоном. В среднем количество потребляемого активированного угля составляет 450 г на 1 кг озона, что требует периодической догрузки фильтра углем.[ . ]

Активированный уголь, применяемый для очистки производственных сточных вод, получают в основном из древесины, торфа, лигнита и битуминозного угля, обычно в гранулированной или порошкообразной форме. В зависимости от используемого сырья, а также применяемого метода активирования, получают большее или меньшее количество крупных, средних и мелких пор. В целом активированный уголь, полученный из битуминозного угля, обладает более значительным насыпным весом по сравнению с другими типами активированного угля. Эффективность адсорбции зависит от типа используемого активированного угля и состава сточных вод. Большинство органических и элементоорганических соединений адсорбируется на нем, что дает возможность в процессе очистки удалять из сточных вод многие токсичные вещества.[ . ]

На рис. 1.3 показана сетка изотерм адсорбции, описываемых уравнениями (1.35), которая охватывает достаточно широкий интервал температур, давлений и концентраций стадий адсорбции и десорбции (система пары бензола-активированный уголь СКТ).[ . ]

Активированный уголь сохраняет высокую адсорбционную активность в результате многократной регенерации, поэтому процесс адсорбционной очистки может иметь сменно-циклический характер /адсорбция-регенерация и т.д./. На адсорбционную емкость адсорбентов влияет содержание воды в отходящих газах, что существенно может сказаться на ресурсосбережении /табл. 13/.[ . ]

Уменьшение размера частиц активированного угля мало влияет на предельную емкость сорбента, но очень сильно влияет на скорость адсорбции. Порошкообразный активированный уголь с размером частиц около 10 мкм достигает 90% равновесного состояния менее чем за 19 мин, в то время как для гранулированного угля потребуется несколько дней.[ . ]

Адсорбция органических веществ на угле зависит от ряда физикохимических характеристик, таких, как молекулярный весь, растворимость, расположение функциональных групп и общая конфигурация молекулы. В значительной мере на величину адсорбции оказывает влияние структура молекулы: соединения с разветвленной цепью углеродных атомов легче сорбируются, чем соединения с прямой цепью. Молекулы, обладающие низкой полярностью и малой растворимостью, адсорбируются лучше. Обычно активированный уголь проявляет большое сродство к адсорбции веществ, обладающих высоким молекулярным весом. Адсорбируемость неорганических вешеств неоднозначна: так, хлорид калия практически не адсорбируется углем, тогда как хлориды ртути и железа обладают довольно значительной сорбируемостью.[ . ]

Адсорбцию можно осуществлять в блоке из двух или трех аппаратов, включаемых последовательно, причем уголь переводится из аппарата в аппарат навстречу движению воды при помощи эжекторов, отсасывающих отработанный адсорбент из углеовде-лителей, как это показано на рис. 1. Выгруженный из углеотде ли-теля первого по движению воды адсорбера отработанный активированный уголь направляется на установку для регенерации.[ . ]

Адсорбция твердыми поглотителями основана на избирательном извлечении вредных компонентов из газа посредством адсорбентов — твердых материалов, имеющих большую удельную поверхность. Адсорбенты должны обладать высокой поглотительной способностью, избирательным действием, термической и механической стойкостью, легкой отдачей адсорбтива (адсорбированного вещества) при регенерации, малым сопротивлением потоку газа. Чаще всего в качестве твердых адсорбентов применяют активированный уголь, силикагель и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Активированный уголь получают обжигом древесных пород и удалением из них смолистых веществ; он обладает разветвленной системой пор. Силикагель — это двуокись кремния БЮг по своей структуре являющаяся высокопористым телом. Цеолиты — это синтетические алюмосиликатные кристаллические вещества, обладающие большой поглотительной способностью и высокой избирательностью, даже при весьма малом содержании определенных веществ в газе.[ . ]

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной смеси отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой - активированный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах.[ . ]

Ход проведения адсорбции — десорбции при использовании в качестве адсорбента активированного угля. Уголь должен быть предварительно освобожден от веществ, извлекаемых хлороформом. Для этого его обрабатывают в течение некоторого времени хлороформом в приборе Сокслета, завернув в фильтровальную бумагу, затем извлекают из прибора, высушивают на воздухе и прокаливают при температуре темно-красного каления. В бюретку, высотой 25 см и диаметром около 1 см насыпают около 1,5 г активированного угля (высота слоя 12—13 см) и пропускают через эту колонку 10—20 л анализируемой воды со скоростью 0,4 л!ч (около 7 мл!мин). Затем извлекают уголь из бюретки, помещают его на часовое стекло, размещая тонким слоем, и дают ему высохнуть на воздухе до постоянной массы, переносят в гильзу прибора Сокслета (или заворачивают в фильтровальную бумагу) и экстрагируют в этом приборе в течение 24 ч. Хлороформный экстракт обрабатывают, как описано на стр. 343 .[ . ]

В качестве адсорбента чаще всего используется активированный уголь. Он применяется для очистки газов от органических паров, летучих растворителей, дурно пахнущих примесей, БОг и целого ряда других газов. Кроме того, в качестве адсорбентов применяются силикагель, активированные глинозем и оксид алюминия, циолиты и др. Некоторые адсорбенты пропитываются соответствующими реактивами, повышающими эффективность адсорбции, так как на поверхности адсорбента в этом случае происходит также хемосорбция.[ . ]

Отмечается также [50], что окись алюминия не может полностью заменить активированный уголь из-за недостаточной эффективности очистки ею сточной воды. Однако большая величина удельной адсорбции и простота регенерации окиси алюминия делают целесообразным использование ее на доочищен-ных сточных водах с целью удаления фосфатов.[ . ]

При относительно низкой скорости выброса пахнущего воздуха или газового потока для адсорбции запаха могут использоваться фильтры из активированного угля. Уголь можно использовать до появления вредного проскока, после чего он должен быть либо повторно активирован, либо заменен. Ниже дается пример использования уравнения, основанного на упрощенной адсорбционной модели, для определения максимального срока службы фильтра (см. также общую дискуссию в разд. 6.6).[ . ]

Все существующие методы извлечения вносимых в водоемы со стоками промышленных предприятий пахнущих веществ основаны на предварительной их адсорбции активированным углем. По мнению исследователей, пользовавшихся этой методикой, применение угольных фильтров обусловливает максимальное удаление из воды пахнущих соединений. Объем профильтрованной через уголь воды в некоторых пробах достигал 37 м3.[ . ]

Адсорбционные методы получили наибольшее распространение для улавливания паров органических растворителей. В качестве адсорбента в этом случае применяют только активированный уголь, что. обусловлено его гидрофобностью, высокой адсорбционной емкостью по парам органических веществ, небольшой удерживающей способностью, достаточной прочностью и т.п. Десорбцию растворителей и регенерацию адсорбента периодически осуществляют перегретым паром в противотоке, перекрывая при этом основной газовый поток. После адсорбции пары воды и растворителя охлаждают, конденсируют и разделяют в сепараторе или в дополнительной колонне, уголь сушат и охлаждают потоком атмосферного воздуха. На 1 т уловленного растворителя при его концентрации во входящих газах 10 г/м затрачивается 2-3,5 т пара при давлении 0,3-0,5 МПа, 30-50 м воды для охлаждения, 0,5-1,0 кг активированного угля и 100-250 кВт ч электроэнергии. Поскольку эти расходные коэффициенты достаточно велики, то адсорберы оправданы только при улавливании дорогих или сильнотоксичных растворителей. Производительность аппаратов составляет 10-150 тыс. м /ч газа, входная концентрация растворителя изменяется от 0,5 до 20 г/м , выходная его концентрация не превышает 0,5 г/м , степень улавливания достигает 95-99%.[ . ]

Процесс сорбции заключается в выделении из сточной жидкости загрязняющих ее веществ путем их поглощения телом твердого вещества (абсорбция), осаждения загрязнений на его активно развитой поверхности (адсорбция) или химического взаимодействия загрязненного вещества с твердым телом (хемосорбция). Для очистки производственных сточных вод чаще всего пользуются адсорбцией. Для этой цели к очищаемой сточной жидкости добавляют сорбент (твердое тело) в размельченном виде и перемешивают его со сточной водой. Через некоторое время сорбент, насыщенный загрязнениями, отделяют от воды при помощи отстаивания или фильтрования. В большинстве случаев очищаемую сточную воду пропускают непрерывно через фильтр, загруженный сорбентом. В качестве сорбентов применяют: активированный уголь, коксовую мелочь, торф, каолин, болотную руду, опилки, золу и др. Лучшим, но наиболее дорогим веществом является активированный уголь.[ . ]

Адсорбция (лат. ad — на, при; sorbeo — поглощаю) — это, в широком смысле, процесс изменения концентрации у поверхности раздела двух фаз, а в более узком и употребительном — это повышение концентрации одного вещества (газ, жидкость) у поверхности другого вещества (жидкость, твердое тело).

Содержание

Основные понятия

Поглощаемое вещество, ещё находящееся в объёме фазы, называют адсорбтив, поглощённое — адсорбат. В более узком смысле под адсорбцией часто понимают поглощение примеси из газа или жидкости твёрдым веществом (в случае газа и жидкости) или жидкостью (в случае газа) — адсорбентом. При этом, как и в общем случае адсорбции, происходит концентрирование примеси на границе раздела адсорбент-жидкость либо адсорбент-газ. Процесс, обратный адсорбции, то есть перенос вещества с поверхности раздела фаз в объём фазы, называется десорбция. Если скорости адсорбции и десорбции равны, то говорят об установлении адсорбционного равновесия. В состоянии равновесия количество адсорбированных молекул остается постоянным сколь угодно долго, если неизменны внешние условия (давление, температура и состав системы) [1] .

Адсорбция и хемосорбция

На поверхности раздела двух фаз помимо адсорбции, обусловленной в основном физическими взаимодействиями (главным образом это Ван-дер-Ваальсовы силы), может идти химическая реакция. Этот процесс называется хемосорбцией. Чёткое разделение на адсорбцию и хемосорбцию не всегда возможно. Одним из основных параметров по которым различаются эти явления является тепловой эффект: так, тепловой эффект физической адсорбции обычно близок к теплоте сжижения адсорбата, тепловой эффект хемосорбции значительно выше. Кроме того в отличие от адсорбции хемосорбция обычно является необратимой и локализованной. Примером промежуточных вариантов, сочетающих черты и адсорбции и хемосорбции является взаимодействие кислорода на металлах и водорода на никеле: при низких температурах они адсорбируются по законам физической адсорбции, но при повышении температуры начинает протекать хемосорбция.

Схожие явления

В предыдущем разделе говорилось о случае протекания гетерогенной реакции на поверхности- хемосорбции. Однако бывают случаи гетерогенных реакций по всему объему, а не только на поверхности- это обычная гетерогенная реакция. Поглощение по всему объёму может проходить и под воздействием физических сил- этот случай называется абсорбцией.

Виды взаимодействий	Взаимодействия только на поверхности	Взаимодействия по всему объёму
Физические	Адсорбция	Абсорбция
Химические	Хемосорбция	Гетерогенная реакция

Физическая адсорбция

Модели физической адсорбции
Образование монослоя	Энергетическая диаграмма

Рис. 1: a) адсорбент, b) адсорбат, c) адсорбтив (газовая фаза или раствор)	Рис. 2: a) адсорбент, b) адсорбат, c) газовая фаза, d - расстояние, E - энергия, E_b - энергия адсорбции, (1) десорбция, (2) адсорбция
Поликонденсация	Избирательная адсорбция

Рис. 3: a) адсорбент, b) адсорбат, c) конденсат, d) адсорбтив (газовая фаза или раствор)	Рис. 4: a) адсорбент, b) адсорбат, c) адсорбтивы (газовая фаза или раствор): показана преимущественная адсорбция частиц голубого цвета

Физическая адсорбция является обратимым процессом, условие равновесия определяется равными скоростями адсорбции молекул адсорбтива P на вакантных местах поверхности адсорбента S * и десорбции — освобождения адсорбата из связанного состояния S − P:

$S^* + P \leftrightarrow S-P$

;

уравнение равновесияя в таком случае:

$K =\frac<[S-P]> $
,

где K — константа равновесия, [S − P] и [S * ] — доли поверхности адсорбента, занятые и незанятые адсорбатом, а [P] — концентрация адсорбтива.

Количественно процесс физической мономолекулярной адсорбции в случае, когда межмолекулярным взаимодействием адсорбата можно пренебречь, описывается уравнением Ленгмюра:

$\theta =\frac<\alpha\cdot P> $
,

где — доля площади поверхности адсорбента, занятая адсорбатом, — адсорбционный коэффициент Ленгмюра, а P — концентрация адсорбтива.

Поскольку и, соответственно, , уравнение адсорбционного равновесия может быть записано следующим образом:

$K =\frac<\theta> $

Уравнение Ленгмюра является одной из форм уравнения изотермы адсорбции. Под уравнением изотермы адсорбции (чаще применяют сокращённый термин — изотерма адсорбции) понимают зависимость равновесной величины адсорбции от концентрации адсорбтива a=f(С) при постоянной температуре (T=const). Концентрация адсорбтива для случая адсорбции из жидкости выражается, как правило, в мольных либо массовых долях. Часто, особенно в случае адсорбции из растворов, пользуются относительной величиной: С/С_s, где С — концентрация, С_s — предельная концентрация (концентрация насыщения) адсорбтива при данной температуре. В случае адсорбции из газовой фазы концентрация может быть выражена в единицах абсолютного давления, либо, что особенно типично для адсорбции паров, в относительных единицах: P/P_s, где P — давление пара, P_s — давление насыщенных паров этого вещества. Саму величину адсорбции можно выразить также в единицах концентрации (отношение числа молекул адсорбата к общему числу молекул на границе раздела фаз). Для адсорбции на твёрдых адсорбентах, особенно при рассмотрении практических задач, используют отношение массы или количества поглощённого вещества к массе адсорбента, например мг/г или ммоль/г.

Значение адсорбции

Адсорбция — всеобщее и повсеместное явление, имеющее место всегда и везде, где есть поверхность раздела между фазами. Наибольшее практическое значение имеет адсорбция поверхностно-активных веществ и адсорбция примесей из газа либо жидкости специальными высокоэффективными адсорбентами. В качестве адсорбентов могут выступать разнообразные материалы с высокой удельной поверхностью: пористый углерод (наиболее распространённая форма — активированный уголь), силикагели, цеолиты а также некоторые другие группы природных минералов и синтетических веществ.

Адсорбция (особенно хемосорбция) имеет также важное значение в гетерогенном катализе. Пример адсорбционных установок приведён на странице азотные установки.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Адсорбционная способность активированного угля

Исполнитель: Абинова Камила ученица 8 класса

Тасенова Гульнар Айопбергеновна учитель химии

Новоникольской средней школы

Глава 1. История открытия явления адсорбция……. ………………………. 7

Глава 3. Распространение и значение явления адсорбция ……. ……….…. 10

Глава 4. Активированный угль и применение его в медицине. …………….12

Отзыв руководителя на исследовательскую работу…………………….…….18

Меня всегда интересовало, как и почему моя одежда может долго сохранять запах туалетной воды, или как при рисовании акварельные краски или гуашь могут впитываться в тетрадь. С таким явлением, о котором сейчас пойдет речь, знаком, наверное, каждый, хотя, может быть, не все знают, что оно называется адсорбцией. Очень хорошим адсорбентом является — активированный уголь. Такой уголь продают в аптеках, обычно в виде таблеток.

Вот именно тогда, на конкурс исследовательских работ учащихся я твёрдо решила представить проект именно на тему, связанную с явлением адсорбция.

Объект исследования: явление адсорбции.

Предметом исследования я выбрала: свойства активированного угля.

В ходе работы я поставила перед собой следующую цель : выяснить, как и почему происходит явления адсорбции активированного угля в различных средах, а так же определить ее применение; показать роль активированного угля в процессах жизнедеятельности.

Для этого поставила перед собой следующие задачи:

1. Изучить историю возникновения процесса адсорбция.

2. Определить какие вещества, и при каких условиях участвуют в этом процессе.

3. Установить биологическое и химическое значение активированного угля в организме человека и промышленности.

4. Экспериментально доказать явление адсорбции активированного угля.

5. Провести анализ адсорбционной способности активированного угля при различных температурах.

6. Провести социологический опрос у учащихся о знании химического явления адсорбция, активированный уголь и их применении.

7. Собранный и изученный материал оформить в виде мультимедийной презентации, буклета [Приложение 1], сборника стихов о явлении адсорбция [Приложение 2] и дневника наблюдений [Приложение 3]

Мной была выдвинута гипотеза:

Для того чтобы провести исследование я наметила список доступных мне методов:

изучение и подбор материала;

наблюдение и анализ явлений адсорбции;

- понаблюдать, и проанализировать явление адсорбции, на примере активированного угля;

- изучить адсорбционную способность активированного угля;

- найти примеры практического применения адсорбционной способности активированного угля в профессиональной деятельности и в жизни.

Для исследования я ознакомились с такими научными источниками, как техническая литература, интернет ресурсы, энциклопедия и выявила, что явление адсорбции широко представлено и хорошо изученное явление.

Менің киімім иісмайдың иісің неге көп уақыт сақтайды, немесе қалай біз түсті қарындаштармен және акварельді бояулармен бояғанда, олар дәптердің бетіне сіңіп қалатыны мені көп қызықтыратын. Мұндай құбылыс әр адамға таныс, бірақ кез келген адам оның адсорбция деп аталатынын білмейді. Өте жақсы адсорбент- белсендірілген көмір. Мұндай көмір тек дәрі түрінде дәріханада сатылады.

Міне, сол кезде, мен ғылыми-зерттеу жұмыстарының сайысына адсорбция құбылысы тақырыбына байланысты жобаны көрсетуге шештім.

Зерттеу объектісі: адсорбция құбылысы.

Мен зерттеу затын таңдадым: белсендірілген көмірдің қасиеттері.

Жұмыс барысында алдыма қойған мақсатым: неліктен белсендірілген көмірдің құбылыстары әр түрлі орталарда бола алады және оның қолданылуы мен өнеркәсіп үрдісіндегі басты рөлін анықтау.

Бұл үшін мен мынадай міндеттерді қойдым:

1. Адсорбция үрдісі процессінің тарихын зерттеу;

2.Қандай заттардың және қандай жағдайда бұл үрдісте қатысатынын анықтау;

3.Адам ағзасында және өнеркәсіпте белсендірілген көмірдің биологиялық және химиялық мағынасын орнату;

4. Белсендірілген көмірдің адсорбция құбылысын эксперименталды дәлелдеу;

5. Белсендірілген көмірдін әр түрлі температурада адсорбциондық қабілетіне талдау жүргізу;

6. Социологиялық сұрақтар қою;

7. Жиналған және оқылған материалды мультимедиялық түрінде жазу, буклет [1-Қосымша], адсорбция құбылысы [2-Қосымша] туралы өлеңдер жинағы және күнделікті бақылау [3-Қосымша].

Мен мындай гипотезаны ұсындым:

Адсорбция "Құбылыс және белсендірілген көмірдің рөлі" жөнінде әдебиетті зерттеп, бұл белсендірілген көмір шынымен күрделі, ерекше және қызықты қасиеттері бар екенін іс жүзінде көз жеткізу.

Зерттеу жүргізу үшін мен қол жетімді маған әдістердің тізімін істедім:

• материалды зерттеу және таңдау;

• адсорбция құбылыстарын бақылау және талдау;

- адсорбция құбылыс ын байқап талдау , мысалы белсендірілген көмір ді көріп талдау;

- белсендірілген көмір дің адсорбцион дық қабілеті н зерттеу;

- белсендірілген көмірдің адсорбциондық қабілетін практика және кәсіби қызметте, өмірде қолданылуы туралы мысалдар табу.

Мен зерттеу барысында ғылыми мақалалар: техникалық әдебиет, интернет ресурстарды, энциклопедияны пайдаландым. Б ұл құбылыс адсорбция кеңінен жақсы зерттелген құбылыс.

Abstract
I was always interested in such questions as the reasons my cloth can keep the smell of perfume for long time or the way paints can sink into paper. I suppose that everybody is aware of a phenomenon we are going to talk about, but it’s not everybody who knows that the name of this phenomenon is absorption. One of the best absorbents is activated carbon. This carbon is usually sold as pills in pharmacies.

For this reason I decided to choose the topic connected with absorption phenomenon for participation in competition of research works made by secondary school students.

Object of research: absorption phenomenon.

Subject of research: activated carbon characteristics.

During research process I have set myself the following goal: to find out how and why absorption phenomenon takes place in different environment and define its appliance; to show the role of activated carbon in day-to-day life processes.

To achieve my goal I have set the following aims:

1. To investigate the history of adsorption process;

2. To identify what substances and in which conditions take place in this process;

3. To determine biological and chemical value of activated carbon in human body and industry;

4. To prove absorption process of activated carbon experimentally;

5. To make an analysis of activated carbon absorption ability under different temperatures;

6. To interview pupils with purpose to check their knowledge of such chemical phenomenon as absorption, activated carbon and how they are connected.

7. To make a multimedia presentation, booklet [Attachment 1] and a collector of poems about absorption phenomenon [Attachment 2].

I have made a hypothesis :

After exploring a literature on “Absorption phenomenon and role of activated carbon” I want to make sure on practice that activated carbon really has complicated, unusual and interesting characteristics.

For making a research I defined a list of methods available for me:

studing and collecting materials;

observation and analysis of adsorption phenomenon;

The results planned:

to observe and analyze absorption phenomenon running an experiment with activated carbon;

to study an adsorption ability of activated carbon;

to find examples of practical usage of adsorption ability of activated carbon at professional activity and daily life.

For this research I looked through such scientific sources as technical literature, internet resources, encyclopedias and after that I found out that adsorption is well characterized and highly researched phenomenon.

С физико - химическим явлением, о котором сейчас пойдет речь, знаком, наверное, каждый, хотя, может быть, не все знают, что оно называется адсорбцией. Если вы даже не слышали о адсорбции то, наблюдали ее неоднократно. Как только потекшая гелевая ручка попадает на бумагу или на одежду, так сразу вы и знакомитесь с этим явлением. Когда поверхность одного вещества (бумаги, ткани) поглощает частицы другого вещества (чернил), это и есть адсорбция.

Чтобы вы имели представление о данном явлении, приведу в качестве примера две истории:

Странная болезнь Ньютона : незадолго до своего пятидесятилетия, в 1692 году, Ньютон тяжело заболел. Причина болезни осталась неизвестной. Недуг продолжался год. Когда непонятная болезнь прошла, он прожил еще 33 года. Впоследствии группа исследователей проанализировала имеющиеся в их распоряжении волосы великого ученого. Оказалась, что средняя концентрация ртути в них в 15 раз превышала норму. Химический анализ волос и то обстоятельство, что до болезни Ньютон 18 лет работал с ртутью, послужили основанием считать болезнь Ньютона результатом ртутного отравления.
Версия отравления Наполеона : подобному анализу подверглись волосы Наполеона, в которых была обнаружена повышенная концентрация мышьяка, достаточная для отравления. Источником мышьяка, по-видимому, служили обои спальни Наполеона в его доме на острове Святой Елены. По случайно сохранившемуся образцу обоев удалось установить, что они содержали большое количество мышьяка.

В настоящее время объяснение причины болезни Ньютона и возможность отравления Наполеона следует рассматривать как версии. Безусловной в одном случае является повышенная концентрация в волосах ртути, в другом - мышьяка. Возможно, они проникли во внутренние органы человека, а затем в волосы, но скорее это произошло вследствие адсорбции паров ртути и мышьяка из окружающей среды.

Роль, которую играет адсорбция в окружающем нас мире трудно оценить. Её мы можем обнаружить в основе очистки воздуха от вредных примесей, а также сахарных сиропов при сахароварении, фруктовых соков. Осветление воды, которую в дальнейшем используют для питья и технических нужд .

Во всех приведённых примерах адсорбция играет не маловажную роль. В процессе моего исследования развивается умение наблюдать, планировать и проводить эксперимент. Знания при этом углубляются, становятся осмысленными, повышается интерес к химии.

В своей работе я попытаюсь доказать адсорбционную способность активированного угля. Описание практикума представить в дневнике наблюдений и экспериментов. [Приложение 3]

Исследовательская часть.

Глава 1. История открытия процесса адсорбция.

Явление адсорбции известно очень давно. Такие природные материалы, как песок и почва, использовали для очистки воды еще на заре человеческого общества. В конце XVIII века К. Шееле и одновременно Ф. Фонтана обнаружили способность свежепрокаленного древесного угля поглощать различные газы в объемах, в несколько раз превышающих его собственный объем. Вскоре выяснилось, что величина поглощенного объема зависит от типа угля и природы газа. Т.Е. Ловиц в 1785 году открыл явление адсорбции углем в жидкой среде, подробно исследовал его и предложил использовать уголь для очистки фармацевтических препаратов, спирта, вина, органических соединений. Т.Е. Ловиц показал, что древесный уголь способен быстро очищать испорченную воду и делать ее пригодной для питья. Например, для очистки питьевой воды на кораблях. И сейчас основным действующим началом фильтров для воды служат углеродные материалы, конечно более современные, чем природные угли. Адсорбция отравляющих веществ из воздуха была использована Н.Д. Зелинским при создании противогаза во время первой мировой войны.

Глава 2. Процесс адсорбция.

Адсорбция (от лат. ad — на, при и sorbeo — поглощаю), поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела.

Одним из адсорбентов является активированный уголь (активный, карболен) (от лат. carbo activatus) — вещество с развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения. Наиболее качественными, из доступных сорбентов являются уголь из кокосовой скорлупы и березовый уголь.

С точки зрения химии активированный уголь – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей. Активированный уголь на 87-97 % по массе состоит из углерода, также может содержать водород, кислород, азот, серу и другие вещества.
Примерами адсорбентов служат не только активированный уголь, но и речной песок, порошок оксида алюминия и оксида кремния, вата, сухая размолотая глина, мел. Словом, даже самые разнообразные вещества, но обязательно с развитой поверхностью. Эффективность адсорбции тем сильнее, чем больше поверхность твердого вещества, на котором она происходит. В том числе и некоторые пищевые продукты – вы, наверное, знаете, как легко хлеб впитывает посторонние запахи.

Давайте более подробно рассмотрим процесс адсорбции. Адсорбция идет самопроизвольно, затем наступает равновесие между прямым и обратным процессами. Десорбция - обратный процесс адсорбции. Процесс адсорбции обратим (схема 1).

Адсорбция Десорбция (принцип Ле - Шателье)

Данное химическое равновесие подчиняется принципу Ле - Шателье, который гласит:

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие, то в результате протекающих в ней процессов равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшится.

Если система находится в состоянии равновесия, то она будет пребывать в нем до тех пор, пока внешние условия сохраняются постоянными. Если же условия изменятся, то система выйдет из равновесия – скорости прямого и обратного процессов изменятся неодинаково – будет протекать реакция. Нарушим равновесие в процессе адсорбция десорбция, повысив температуру. Так как адсорбция протекает самопроизвольно, можно предположить, что это экзотермическая реакция, тогда при повышении температуры равновесие будет смещаться в направлении эндотермической реакции – начнется десорбция.

Читайте также: