گزارش کار آزمایش جذب سطحی

بسمه تعالی

نام و نام خانوادگی نویسنده گزارشکار:

نام ونام خانوادگی اعضای گروه:

رشته تحصیلی: مهندسی شیمی

عنوان ازمایش: جذب سطحی

تاریخ انجام ازمایش: 28/01/1398

استاد مربوطه:
هدف ازمایش: جذب سطحی با کربن فعال
تئوری ازمایش:
جذب سطحی (Adsorption) فرایند چسبیدن اتم ها، یون ها، بیو مولکول ها، یا مولکول های گاز، مایع و یا جامد حل شده به سطح است. در این فرایند لایه نازکی از ماده جذب شده (Adsorbed) بر روی سطح جاذب (Adsorbent) ایجاد می شود. این فرایند در بسیاری ازسیستم های فیزیکی و بیولوژیکی و شیمیایی موجود است. با توجه به این امر که مواد نانو دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند در سال های اخیر با گسترش مطالعات در حوزه نانو، پدیده جذب بیشتر از قبل مورد تحقیق و بررسی و استقبال قرار گرفته است.
جذب سطحی فیزیکی
در جذب فیزیکی(Physical Adsorption) ، به دلیل نیروهای واندروالس، هیچ نوع انتقال الکترون وجود ندارد. قدرت جذب به خواص فیزیکی قابل مشاهده در جذب شونده (Adsorptive) بستگی دارد، در نتیجه خواص فیزیکی ماده جاذب تاثیری در فرآیند جذب ندارد. در جذب سطحی فیزیکی، مولکول ها به وسیله نیروهای واندروالسی به سطح ماده جاذب گیر می کنند. مقدار انرژی جذب معمولا کمتر از 50 کیلوژول بر مول می باشد. این نوع جذب، سریع اتفاق می افتد. چون انرژی فعال سازی نزدیک به صفر و گرمای حاصل از آن بسیار کم است عمدتا این فرآیند در دماهای پایین قابل مشاهده است. با افزایش فشار می توان جذب را زیاد کرد تا حدی که جذب در چندین لایه صورت گیرد. در جذب فیزیکی همه مواد می توانند به عنوان جاذب یا جذب شونده باشند. در نتیجه همه این خصلت ها، جذب فیزیکی کاربرد زیادی در صنعت دارد.
جذب سطحی شیمیایی
در جذب شیمیایی (Chemical Adsorption)، مولکول های جذب شده با پیوند های شیمیایی برسطح ماده نگه داشته می شوند. در فرایند تشکیل پیوند با ماده جاذب مولکول هایی که به طور شیمیایی جذب شده اند، دچار تغییر آرایش الکترونی درونی می شوند. پیوند های درون بعضی از مولکول ها کشیده، ضعیف و حتی پیوند بعضی از آن ها شکسته می شود. پس می توان گفت در این جذب انتقال الکترون بین ذره و سطح انجام می شود. در این جذب انرژی فعالسازی زیاد، سرعت جذب کم و به دلیل تشکیل پیوند شیمیایی گرمای جذب بالاست. همچنین ماهیت جذب به خواص جاذب و جذب شونده بستگی دارد. افزایش فشار نیز تا حد کمی میزان جذب را تغییر می دهد.

تفاوت جذب فیزیکی و شیمیایی
همان گونه که گفته شد، انواع جذب سطحی را می توان به دو دسته فیزیکی و شیمیایی تقسیم کرد. چند تفاوت بین جذب فیزیکی و شیمیایی وجود دارد که عبارتند از:
* در جذب فیزیکی، نیروهای ضعیف واندروالس باعث جذب می شوند ولی در حالت شیمیایی، پیوند های شیمیایی موجب انجام عمل جذب می شوند.
* آنتالپی (Enthalpy) در حالت فیزیکی کمتر از آنتالپی فرایند شیمیایی است.
* جذب فیزیکی دردمای پایین تر از نقطه جوش جذب شونده اتفاق می افتد ولی در حالت شیمیایی، جذب در دماهای بالاتر نیز می تواند اتفاق افتد.
* در جذب فیزیکی با افزایش فشار به جسم جذب شونده، مقدار جذب در واحد سطح افزایش می یابد. ولی در حالت شیمیایی با افزایش فشار به جسم جذب شونده، مقدار جذب در واحد سطح کاهش می یابد.
* در حالت فیزیکی، میزان جذب وابسته به خصوصیات ماده جاذب است. در صورتی که در جذب شیمیایی میزان جذب وابسته به خصوصیات هر دو جسم ( جاذب و جذب شونده ) است.
* انرژی فعالسازی (The Activation Energy ) در حالت فیزیکی چندان دخیل نیست؛ درحالی که در جذب شیمیایی انرژی فعالسازی دخیل می باشد .
* جذب فیزیکی به صورت چند لایه صورت می گیرد. ولی در حالت شیمیایی حداکثر به یک لایه منتهی می شود.
توصیف جذب سطحی
از جمله نقاط تمایز مطالعات سطح از حجم می توان چنین گفت که سطح خیلی سریع با ماده جذب شونده پوشیده می شود. این جمله را با رابطه زیر توجیه می کنیم:

که در آن P فشار، T دما ، M جرم و N تعداد ذره می باشد.. همچنین k ثابت بولنزمن و Z تعداد برخوردها در واحد سطح در واحد زمان است.
عوامل موثر بر قدرت جذب
قدرت جذب یک ماده تابع عوامل زیر است
* نوع ماده جذب شده و جاذب
* حالت ماده جذب شده و جاذب
* غلظت
* دما
* سطح تماس

منبع تئوری : http://mheran2000.blogfa.com/post/16

وسایل مورد نیاز
ارلن-بالن ژوزه-قیف شیشه ای-کاغذ صافی-بورت-گیره نگه دارنده بورت-مزور-همزن مغناطیسی
مواد مورد نیاز:
محلول سود- زغال فعال- فنل فتالوئین – آب مقطر-محلول استیک اسید

شرح کار آزمایش:
تعداد 5 ارلن 200 میلی لیتر، تمیز را برداشته وبه هر کدام یک گرم کربن فعال اضافه میکینم. سپس طبق جدول زیر به هر ارلن طبق شماره ان اب واستیک اسید 0.15 مولار اضافه میکنیم.
شماره ارلن
1
2
3
4
5
اب مقطر(ml)
0
10
20
30
40
استیک اسید(ml)
50
40
30
20
10
سر ارلن ها را با استفاده از چسب کاغذی می بندیم.قبل از بستن سر ارلن درون ان اهنربای ،همزن مغناطیسی را می اندازیم به مدت 20 دقیقه صبر میکنیم تا محلول بخوبی روی همزن مغناطیسی هم بخورد.بعد از 20 دقیقه ارلن را بر میداریم و محلول را از درون کاغذ صافی عبور میدهیم حدود 10 میلی لیتر از محلول درون استوانه مدرج جدا شد.دور میریزیم،تا اگر ناخالصی در قیف یا استوانه مدرج بود جدا شود و اینکه ممکنه مقداری اسید توسط کاغذ جذب شود. بعد ان حدود 25 میلی لیتر بعدی را نگه میداریم و درون یک ارلن تمیز میریزیم حدود 2قطره شناساگر فنل فتالئین به ارلن اضافه میکنیم.حال این محلول را با محلول0.1مولار سود که دورن بورت ریختیم تتیر میکنیم این عمل را برای
همه ی ارلن ها تکرار کنیم فقط باید توجه شود چون مقدار اسید در ارلن 4 و5 کم است باید حجم بسیار کمی از سود استفاده شود.
حجم سود استفاده شده را یادداشت میکنیم و محاسبات انجام میدهیم.
منابع خطا :
1- امکان وجود ناخالصی
2- عدم دقت در خواندن ترازو
3- خطای درجه بندی
4- وجود ناخالصی در مواد ازمایشگاهی

محاسبات
جواب 1) نحوه محاسبه غلظت اولیه استیک اسید (توجه کلیه موارد از این فرمول (پیروی میکند M_1 C_(1=) M_2 C_2
1) 0.15
2)0.15×40=M_2×50
M_(2=0.12)
3)M_(2=0.09)

4) M_(2=0.06)

M_(2=0.03) (5

کلیه موارد از فرمور زیر پیروی میکند.n_0=M×V

1) n_0=0.15*50*10^(-3)=0.0075
2) n_0=0.12*50*10^(-3)=0.006
3) n_0=0.09*50*10^(-3)=0.0045
4) n_0=0.06*50*10^(-3)=0.003
5) n_0=0.03*50*10^(-3)=0.0015

حجم خوانده شده از روی هر بورت برای هر گروه بر حسب میلی لیتر
1)32
2)21
3)12.1
4)6
5)2

غلظت تعادلی C_e از فرمول زیر پیروی میکند M_CH3COOH V_( صافی زیر محلول=) M_NaOH V_NaOH
1)M*25=0.1*32 M=0.128=C_e
2) M=0.084=C_e
3) M=0.0484=C_e
4) M=0.024=C_e
5) M=0.008=C_e

روش بدست اوردن n_eاز فرمول زیر پیروی میکند.
n_e=c_e×v×10^-3
1) n_e=0.128*50*10^(-3)=0.0064
2) n_e=0.0042
3) n_e=0.00242
4) n_e=0.0012
5) n_e=0.0004

تعداد مول جذب شده همه مقادیر با فرمول زیر بدست می ایند.
N=1/m n_0-n_e
1)0.0011
2)0.0018
3)0.00208
4)0.0018
5)0.0011

محاسبه c_e/N
1)116.36
2)46.66
3)23.07
4)13.33
5)7.27

شماره گروه
C_0
n_0
v_NaOH
C_e
n_e
N
C_e/N
LnN
LnC_e

1
0.15
0.0075
32
0.128
0.0064
0.0011
116.36
6.81-
2.055-
2
0.12
0.006
21
0.084
0.0042
0.0018
46.66
6.31-
2.47-
3
0.09
0.0045
12.1
0.0484
0.00242
0.00208
23.07
6.17-
3.028-
4
0.06
0.003
6
0.024
0.0012
0.0018
13.33
6.31-
3.72-
5
0.03
0.0015
2
0.008
0.0004
0.0011
7.27
6.81-
4.82-