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Galerie de cartes mentales Phénomènes d'interface
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Phénomènes d'interface
Il s'agit d'une carte mentale sur les phénomènes d'interface. Le contenu principal comprend : 5. Surface de la solution, 4. Interface solide-liquide s-l, résumé du chapitre, 5. Application de la chimie de surface, 3. Surface solide [en particulier l'interface g-s], 2. Surface. propriétés du liquide [interface g-l], 1. Tension interfaciale.
Modifié à 2024-04-09 22:33:45
- Cent ans de solitude - Tableau des relations entre les personnages
Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
- Cent ans de solitude - Tableau des relations entre les personnages
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- Modèle de processus de gestion de projet
La gestion de projet est le processus qui consiste à appliquer des connaissances, des compétences, des outils et des méthodologies spécialisés aux activités du projet afin que celui-ci puisse atteindre ou dépasser les exigences et les attentes fixées dans le cadre de ressources limitées. Ce diagramme fournit une vue d'ensemble des 8 composantes du processus de gestion de projet et peut être utilisé comme modèle générique.
Phénomènes d'interface
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Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
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Phénomènes d'interface
1. Tensions interfaciales
interface
définition
Zone de transition entre deux phases en contact étroit (épaisseur de plusieurs couches moléculaires)
L’interface air-air n’existe pas ! !
Les propriétés de la phase superficielle et de la phase massive sont très différentes Dans les systèmes généraux, le nombre de molécules dans la phase d'interface « phase en vrac
Les systèmes avec de grandes surfaces nécessitent des considérations de phase interfaciale par exemple brouillard d'eau, gris craie
Décrire la taille de la surface --->Surface spécifique a(s) Unité : m^2/g
Phénomènes d'interface
Les forces exercées sur les molécules de la couche d’interface sont différentes des forces exercées sur les molécules internes et présentent donc des propriétés particulières. Il en résulte des phénomènes d'interface.
La particularité de la phase d'interface
Les molécules en phase de surface sont soumises à des forces spéciales
f : force d'attraction vers le haut, la force du gaz au-dessus ; F : force d'attraction vers le bas, la force des molécules en dessous ; f<F--->Les molécules de phase de surface sont soumises à une force nette descendante
Les molécules en phase de surface ont une énergie spéciale
Il faut du travail pour déplacer des molécules massives vers la surface
Les effets d’interface ne peuvent être ignorés dans les systèmes très dispersés
surface
Si l’une des deux phases en contact étroit est un gaz, on parle alors de surface.
1.1 Tension superficielle, travail de surface et fonction de Gibbs de surface du liquide "γ"
La cause profonde des phénomènes d’interface
Les molécules de la couche superficielle sont dans un champ de force asymétrique – tension interfaciale
résultat
La surface du liquide a tendance à se rétrécir automatiquement ;
Les molécules de la couche interfaciale ont tendance à se combiner spontanément chimiquement ou physiquement avec des molécules étrangères.
travail de surface Surface spécifique par unité de surface γ Unité : J/m^2 (Un travail de surface spécifique entraîne une augmentation de l'énergie moléculaire et une augmentation de la surface)
P.S.
Le travail en volume entraîne un changement de volume
L’énergie électrique provoque des changements dans ΔrGm
Signification physique : dans des conditions de température constante, de pression constante et de composition inchangée, déplacez infiniment lentement une certaine quantité de molécules de phase en vrac vers la phase de surface, augmentant ainsi l'énorme surface de travail effectuée par unité de surface.
Fonction de Gibbs de surface/énergie de surface Unité : J/m^2
Signification physique : taux de changement de la fonction de Gibbs avec une surface à température et pression constantes.
ΔG=γ*ΔAs
Tension interfaciale γ Unité : N/m, J/m^2
La force par unité de longueur qui agit sur une interface d'une unité de longueur et provoque le rétrécissement de la surface du liquide.
Direction - direction tangentielle, comprimant le niveau de liquide
Parmi les figures géométriques de même volume, la forme sphérique a la plus petite surface.
Lieu d'action - surface
Raison d'être
La force est asymétrique et les molécules de la phase de surface doivent entrer dans la phase de masse, réduisant ainsi la surface.
La température est constante et la tension superficielle est constante
Facteurs affectant la tension interfaciale (B : Propriétés de la matière)
①Lié à la nature de la matière
Plus l’interaction intermoléculaire est grande, plus γ est grand
②Phase de contact
par exemple.
③Température et pression
Cas limite : T--->Tc, γ-->0
À mesure que T augmente, les molécules liquides se déplacent violemment, la force interne des molécules liquides diminue, le degré d'asymétrie de force diminue et la tension superficielle diminue.
④Dispersion
Tension superficielle et tension interfaciale liquide/liquide de certains liquides et solides
La fonction de Gibbs de surface, le travail de surface et la tension superficielle sont le résultat de l'observation du même phénomène sous différents angles, donc leurs valeurs sont égales et leurs dimensions sont les mêmes, toutes g, mais leurs significations physiques sont différentes.
1.2 Formule thermodynamique
Formule thermodynamique pour les systèmes multi-composants multi-phases (en tenant compte du travail d'interface)
[Sélection de test] Faites attention à la relation correspondante entre les indices et ()
Généralement, cette méthode n’est pas utilisée pour déterminer la tension superficielle.
Application --- Expliquer les phénomènes d'interface
Base : ΔG<0
1. Phénomène : Le liquide prend automatiquement une forme sphérique Explication : La surface As diminue au cours du processus, provoquant un déplacement de ΔG dans la direction <0
2. Phénomène : Les surfaces solides et liquides adsorbent automatiquement d’autres substances Explication : Le processus réduit la tension interfaciale γ....
2. Propriétés de surface du liquide [interface g-l]
2.1 Pression supplémentaire sur la surface incurvée du liquide [Test de réponse courte/calcul]
Causes de stress supplémentaire
Direction γ : tangente à la balle
surface liquide convexe
Une fois que les forces agissant sur les deux tensions superficielles γ sont décomposées, elles ne peuvent pas être complètement compensées et combinées en une force descendante Δp ; p(l) : direction vers le haut, force provenant de la montée du liquide vers le haut ; p(g) : direction vers le bas, pression du gaz au-dessus sur le liquide ; ------>p(l)=p(g)Δp
Surface liquide concave
Une fois que les forces agissant sur les deux tensions superficielles γ sont décomposées, elles ne peuvent pas être complètement compensées et combinées en une force ascendante Δp ; p(l) : direction vers le haut, force provenant de la montée du liquide vers le haut ; p(g) : direction vers le bas, pression du gaz au-dessus sur le liquide ; ------>p(g)=p(l)Δp
On précise que le côté du centre de courbure est "intérieur" : Δp=p (intérieur) - p (extérieur) > 0
Calcul de la pression supplémentaire
L'équation de Laplace
【Mémoriser/Tester】 Δp=p(intérieur)-p(extérieur)=2γ/r Direction : tangente à la balle et vers le centre de la dépression
Dérivation
1.Δp=F/A 2. Direction Δp : pointe verticalement vers le centre du cercle, donc la force correspondante F doit également être dans la direction verticale. 3.γ*cosa : force descendante par unité de longueur (un point) ; 4. La force F est la force résultante vers le bas en chaque point du périmètre extérieur
Pour les bulles de savon dans l’air, il existe deux surfaces, les surfaces intérieure et extérieure, qui produisent toutes deux une pression supplémentaire vers le centre de la sphère, il y a donc :
Plan de la surface de l'eau : r=∞, Δp=0
Avis
L'équation de Laplace n'est applicable qu'au calcul de la pression supplémentaire dans les petites gouttelettes sphériques ou les petites bulles sphériques dans les liquides.
La pression à l'intérieur de la surface courbe (concave) > la pression à l'extérieur de la surface courbe (convexe), Δp>0
Plus r (rayon) est petit, plus Δp est grand ; plus r est grand, plus Δp est petit ;
Surface liquide plate r--->∞, Δp--->0
Δp pointe toujours vers le centre de la sphère
résumé
Une pression supplémentaire est générée par la pression de surface
La valeur de la pression supplémentaire dépend du rayon de courbure
PS :
direction de pression supplémentaire
Application d’une pression supplémentaire
1. Phénomène capillaire --- calculer la hauteur montante
Lorsqu'un tube capillaire est inséré dans un liquide, le niveau de liquide dans le tube augmente ou diminue, ce qu'on appelle un phénomène capillaire. L'essentiel est qu'il existe une pression supplémentaire sur la surface incurvée du liquide.
1. Si le niveau de liquide ne bouge pas et se situe sur la ligne blanche, alors la pression du liquide en dessous peut être calculée <la pression du liquide des deux côtés 2. Puisque la surface plate du liquide est dans un état stationnaire, l’équilibre mécanique est à ce moment p (g) = p (l)
r : rayon du tube capillaire
résumé
sous-thème
2. Calculer la tension superficielle Δp=p(intérieur)-p(extérieur)=2γ/r
1. Pendant l'expérience, pompez le liquide dans le tube capillaire jusqu'au niveau de la surface plane du liquide. 2. Pression du manomètre de mesure de pression différentielle
2.2 Pression de vapeur saturée d'une surface liquide incurvée/minuscules gouttelettes [L'influence de Δp sur p*]
revoir
Pression de vapeur saturée p*=f (T (l), p (l))
La grandeur physique décrivant la vaporisation du liquide appartient aux propriétés du liquide ; Numériquement = la pression de la phase gazeuse à l'équilibre gaz-liquide
Plus il est gros, plus il est facile à vaporiser et plus le point d’ébullition est bas.
p*&T(l)
Équation gramme-gramme : p*=f(T(l))
PS : Dérivation Gazéification réversible --- équilibre de phase (potentiel chimique égal ---> G égal)
À mesure que la température augmente, p* augmente
p*& p(l)
Bilan thermique : T(l)=T(g) Bilan des forces : moue = p(l) Equilibre de phases : p(g)=p* Membrane semipermeable! =piston:p(l) ! =p(g) Équilibre gaz-liquide : les potentiels chimiques sont égaux--u(g)=u(l)---G(l)=G(g)
Formule Kelvin [note/test]
surface liquide convexe
pr : : pression de vapeur saturée de la surface p : pression de vapeur saturée Vm : volume molaire de liquide
Dérivation
Fayi
Méthode 2 Lorsque la surface du liquide est plate, p(l)=p(g)--->Lorsque la surface du liquide passe d'une surface liquide plate à une surface liquide convexe, La pression du liquide passe de p(l) à p(g) Δp=p(l) Δp [p(l) : pression du liquide d'origine]
en conclusion
À une certaine température, plus la gouttelette est petite, plus la pression de vapeur saturée est élevée [plus r est petit, plus pr est grand] ; lorsque le rayon est réduit à 10 ^ -9 m, sa pression de vapeur saturée est presque trois fois supérieure à celle du liquide plat ; surface
Surface liquide concave
Dérivation
Fayi
Méthode 2
Résumer
1. La pression de vapeur pr de la surface liquide convexe > la pression de vapeur saturée p de la surface liquide plane
La phase liquide avec une surface liquide convexe est plus susceptible de se vaporiser
2. Le canon et la pression de vapeur pr de la surface liquide concave < la pression de vapeur saturée p de la surface liquide plane
La phase liquide dans la surface liquide concave est plus facile à liquéfier
2.3 Phénomènes d'interface spécifiques provoqués par Δp
État métastable et formation d'une nouvelle phase
État métastable : un état thermodynamiquement instable mais qui peut exister de manière stable sous certaines conditions.
Raison : Il est difficile de générer de nouvelles graines de phase
Éliminer l'état métastable - ajouter de nouvelles graines de phase : zéolite, cristal de graine
L'augmentation de la dispersion du système et la diminution de la taille des particules font que la pression de vapeur saturée des gouttelettes liquides et des particules solides est supérieure à celle des liquides et solides ordinaires. Cela ne doit être pris en compte que lorsque la taille des particules est très petite.
Dans des processus tels que la condensation de vapeur, la solidification et l'ébullition de liquides et la cristallisation de solutions, de nouvelles phases naissent de zéro. La taille initiale est extrêmement petite, et la surface spécifique et la fonction de Gibbs de surface sont toutes deux très grandes. difficile et certains problèmes surviendront. État spécial - état métastable.
①Vapeur sursaturée - pluie artificielle
Théoriquement
Conditions de liquéfaction : p(externe)>p*
En fait : non liquéfié - vapeur sursaturée
cause
La pression de vapeur pr des gouttelettes extrêmement minuscules nouvellement générées (nouvelle phase) > la pression de vapeur de la surface liquide plane = la pression atmosphérique externe p [Plus r est petit, plus pr est grand]
Solution
PS : Lorsque le gaz et le liquide sont en équilibre, p(l)=p(g)
②Liquide surchauffé - phénomène de choc
L'ébullition : le phénomène de vaporisation au sein d'un liquide
Conditions d'ébullition : p*>p(extérieur)
Si le niveau de liquide est très faible
p (extérieur) = 101,325 kPa
Si le niveau de liquide est très profond (fond marin)
p (extérieur) représente la pression à la position d'ébullition // la pression du gaz à l'extérieur de la bulle
cause
Pression de petite bulle pr > pression atmosphérique externe
Il est difficile pour les bulles d'éclater et de bouillir, et le point d'ébullition réel T >> lorsque les petites bulles sortent de la surface du liquide entraîne une ébullition irrégulière.
Méthode d'élimination : Ajouter de la zéolite
③Liquide surfondu
Cause : À une certaine température, la pression de vapeur saturée de minuscules cristaux > la pression de vapeur saturée de cristaux ordinaires
ur : état de petites particules ; ur>u, car le matériau change dans la direction d'un faible potentiel chimique, les petites particules se dissolvent.
Ps : Lorsque la phase est en équilibre, u(s)=u(l)
④Solution sursaturée
Cause : A la même température, la solubilité des petites particules > la solubilité des cristaux ordinaires
Méthode d'élimination : mise en germe de cristal
Résumé du chapitre
Formule principale
concept de base
Type de calcul
5. Application de la chimie de surface
1. Tensioactif
Généralement, les molécules de tensioactif sont composées de groupes polaires hydrophiles (groupes hydrophiles) et des groupes non polaires hydrophobes (lipophiles).
la disposition des molécules
Premièrement, le groupe hydrophobe est poussé hors de la surface de l’eau et s’étend dans l’air, tandis que le groupe hydrophile reste dans l’eau. En conséquence, les molécules tensioactives sont orientées et disposées sur l’interface pour former un film superficiel monomoléculaire ;
Deuxièmement, les molécules de tensioactif dispersées dans l'eau se combinent entre elles et leurs parties non polaires pour former des agrégats multimoléculaires avec des groupes hydrophobes tournés vers l'intérieur et des groupes hydrophiles tournés vers l'extérieur, appelés colloïdes ou micelles associatifs.
pression superficielle
Les molécules du film superficiel effectuent un mouvement thermique sur le plan bidimensionnel et génèrent une pression sur les bords environnants, appelée pression de surface. Dans le sens opposé à la tension superficielle, la tension superficielle diminue.
concentration micellaire critique
Concentration minimale de tensioactif requise pour former des micelles critiques
Modifications des propriétés des tensioactifs
2. Application et classification des tensioactifs
5. Surface de la solution
revoir
Surface du liquide : réduire la surface ---- plier (La tension superficielle ne peut pas être modifiée et est une constante)
Surface solide : réduction des forces asymétriques ---- adsorption (gaz)
Interface solide-liquide --- phénomène de mouillage
La raison fondamentale de ces phénomènes de surface : les forces asymétriques sur les molécules en phase de surface et incarner la spontanéité en thermodynamique
Inspirer
Déterminer si un phénomène d'interface existe/se produit<--->G<0
Inviter le phénomène à se produire ---> Réduire la tension superficielle γ // Réduire la surface As
extension
Surface de la solution : réduire la tension superficielle en modifiant la composition de la phase de surface (La tension superficielle de la solution est liée à la composition de la surface)
Phénomènes d'adsorption de surface des solutions
raison essentielle
La concentration σ de la phase superficielle de la solution n’est pas égale à la concentration de la phase globale.
À température et pression constantes, γ~f (cB)
Obtenu grâce à des expériences
Ⅰ : cB augmente, γ augmente, G augmente, fB augmente
Ⅱ : cB augmente, γ diminue, G diminue et fB diminue
Ⅱ : cB augmente, la chute γ diminue, la chute G diminue, la chute fB diminue
Cause
Triez la situation de force et la situation G : f est positivement lié à G
a.fa>fb Résultat : adsorption positive G<0, spontané
Analyse des forces
a a tendance à entrer dans la phase massive, la concentration de B dans la phase de surface > la concentration de B dans la phase massive --- > la concentration de B dans la phase d'interface augmente
Recherche en thermodynamique
À mesure que a entre dans la phase globale, la concentration de la phase de surface a diminue, fa diminue et G diminue
B est une substance tensioactive
b.fa<fb Résultat : adsorption négative G<0, spontané
Analyse des forces
B a tendance à entrer dans la phase globale, et la concentration de B dans la phase de surface <la concentration de B dans la phase globale ---> la concentration de B dans la phase d'interface diminue
Recherche en thermodynamique
Comme ci-dessus
A est une substance tensioactive
PS
Substances tensioactives : composants qui supportent moins de force (composants qui peuvent réduire la tension superficielle)
résultat
Le phénomène d'adsorption de surface rend les substances tensioactives dans la phase de surface relativement enrichies.
Description - Capacité d'adsorption superficielle (excès de surface) [Peut décrire quantitativement l'adsorption positive et l'adsorption négative]
proposer
définition
La différence entre la quantité de soluté dans la phase de surface par unité de surface et la quantité de soluté dissous dans la phase globale avec une quantité égale de solvant dans la phase de surface
Dérivation
S'il y a n(a), n(b) dans la phase de surface et N(B) dans la phase de masse
N(B) : quantité de substance solutée dissoute dans la phase globale par un solvant avec la même quantité de substance que n(a) dans la phase superficielle.
Par exemple, s'il y a 10 moles de solvant dans la phase superficielle, combien de moles de soluté peuvent être dissoutes dans la phase globale par ces 10 moles de solvant ?
Remarque : N (B) ne représente pas la quantité de B dans la phase globale, mais est une propriété liée à a dans la phase de surface - une mesure du nombre de moles de b qui peuvent être dissoutes avec le même nombre de moles de a en phase de surface.
Régulation
Calcul de la quantité d'adsorption en surface - isotherme d'adsorption de Gibbs··
Processus de dérivation spécifique
a.Phase corporelle
Formule de Gibbs-Duhem
Dérivation
Formules définies Formules thermodynamiques
définir la formule
formule thermodynamique
Combinez les deux pour obtenir la formule
b.Phase superficielle
Formule de Gibbs-Duhem
Dérivation
Formules définies Formules thermodynamiques (Notez la contribution de la tension superficielle)
définir la formule
formule thermodynamique
Combinez les deux pour obtenir la formule
Régulation
Comment obtenir la grandeur d’une forme partielle ?
Mesurez la courbe de relation γ~c de la substance B pour obtenir la pente à la concentration cible, obtenant ainsi la quantité d'adsorption en surface
Quantité maximale d'adsorption en surface : la phase de surface est occupée par B
calculer
Application - Détermination de l'aire moléculaire a (m) des substances tensioactives
revoir
Isotherme de Langmuir
Lors de l'adsorption monocouche, lorsque la quantité maximale d'adsorption est atteinte, la surface des molécules de gaz peut être obtenue.
Lorsque la quantité maximale d'adsorption en surface est atteinte, la phase de surface est complètement occupée par B. Quelle est la surface moléculaire de B à ce moment ?
Formule d'adsorption
am : aire d'une molécule de soluté
L : constante d'Avogadro =6,02214076×10²³
4. Interface solide-liquide SL
Étaler et humidifier
hydrater
Processus par lequel le gaz est remplacé par un liquide sur une surface solide. surface s-g--->surface s-l
Modèle général de mouillage
L'équation de Young
1. Le point O est l’intersection des interfaces s, l et g : il existe trois types de tensions interfaciales 2. Direction γ (l) : la direction dans laquelle la surface du liquide diminue. 3. Direction γ (s) : la direction dans laquelle la surface du solide diminue. 4. Direction γ (ls) : la direction dans laquelle la surface de l'interface solide-liquide diminue. 5. Angle de contact q : l'angle entre la ligne tangente entre l'interface sl et l'interface gl
Classification
Mouillage [processus spontané]
définition
Le processus dans lequel les surfaces solides et les surfaces liquides sont remplacées par des interfaces SL
lois de la thermodynamique
ΔGa
Dérivation
1.ΔG(l)=G(état final)-G(état initial)=0-γ(l)*As 2.ΔGa=ΔG/As---->Plus le ΔGa est petit, plus le degré de mouillage est élevé. 3.w'(a) : Travail de mouillage (=différence de tension superficielle [seul γl est facile à obtenir]), J/m^2---->Plus le travail de mouillage est important, plus le degré de mouillage est important
Est-ce spontané ?
Oui
trempé
définition
Le processus dans lequel la surface solide est complètement remplacée par l'interface SL
La loi de la thermodynamique ΔGi
ΔGl=0 : La surface du liquide reste inchangée avant et après mouillage. w'(i) : Travail de mouillage (=différence de tension superficielle [seul γl est facile à obtenir]), J/m^2---->Plus le travail de mouillage est important, plus le degré de mouillage est important
Est-ce spontané ?
q<=90°
Mouillage/mouillage spontané
q=180 [s et l se touchent/la zone de contact n'a que la taille de 1 point]
Totalement non mouillant [situation idéale]
90°<q<=180°
Pas humide
q=0
Complètement mouillé//étalé
PS : Il est préférable de juger de la taille des ΔG grâce au calcul de S pour déterminer si une propagation s'est produite.
propagé
définition
Une petite quantité de liquide se déplie spontanément sur la surface solide, remplaçant la surface solide par l'interface SL
Loi thermodynamique ΔGs
S : Coefficient de propagation, différence de tension interfaciale, J/m^2--->Plus le coefficient de propagation est grand, plus le degré de propagation est grand et plus il est facile de se propager.
Est-ce spontané ?
q=0
se propage spontanément
PS : Il est préférable de juger de la taille des ΔG grâce au calcul de S pour déterminer si une propagation s'est produite.
adsorption superficielle des solutions
(1) Adsorption superficielle et tension superficielle de la solution
Lorsqu’un soluté est ajouté à un solvant, la tension superficielle de la solution change.
adsorption à la surface de la solution
Phénomène selon lequel la concentration d'un soluté dans la couche superficielle d'une solution est différente de celle de la phase globale.
Un équilibre est atteint entre l’adsorption en surface et la diffusion en concentration.
(2) Isotherme d'adsorption de Gibbs
Quantité d'adsorption de surface (quantité d'excès de surface) G
La quantité de matériau contenant du soluté dans la couche superficielle par unité de surface est La différence entre la quantité de soluté contenue dans la même quantité de solvant dans le corps de la solution, l'unité est mol/m2
Isotherme d'adsorption de Gibbs
Dans la formule, g est la tension superficielle et c est la concentration apparente de la solution.
En mesurant la tension superficielle d'une solution lorsqu'elle change avec la concentration, l'excès de surface à différentes concentrations peut être calculé.
3. Surface solide [en particulier l'interface g-s]
adsorption sur surface solide
Différentes parties de la surface solide ont des activités d'adsorption et catalytiques différentes
Adsorption : Phénomène selon lequel la concentration d'une substance sur une surface solide ou liquide est différente de la concentration globale.
par exemple, le gaz est adsorbé sur la surface externe du solide
adsorbant
Substances solides ayant une capacité d'adsorption
Adsorbants couramment utilisés
Gel de silice, tamis moléculaire, charbon actif, etc.
adsorber
substance adsorbée
équilibre d'adsorption
Taux d'adsorption = équilibre dynamique établi par le taux de désorption
(1) Adsorption physique et adsorption chimique [Essence : différents pouvoirs d'adsorption]
adsorption physique
Diagramme schématique
adsorption chimique
Nombre de couches d'adsorption !
L'adsorption physique/chimique est deux processus exothermiques
(2) Décrire le processus d'adsorption --- quantité d'adsorption
Capacité d'adsorption (Va couramment utilisé)
À l'équilibre d'adsorption, nombre de moles de gaz adsorbées par unité de masse d'adsorbant ou volume qu'il occupe dans des conditions standard Unité : mol/kg, m^3/kg
PS : volume de gaz à 0 ℃, état p (atm) ---> V0 = 22,4 L/mol
V : volume de gaz adsorbé dans des conditions standards
Facteurs qui influencent
Pour un certain système d'adsorbant et d'adsorbat, lorsque l'équilibre d'adsorption est atteint, La quantité d'adsorption dépend de la température et de la pression de l'adsorbat.
L'adsorption équivaut à la liquéfaction. Plus la pression est élevée, plus la quantité d'adsorption est importante.
isotherme d'adsorption
5 types d'isothermes d'adsorption
Maîtrisez la courbe de classe I
[Choisir] Qu'est-ce que l'adsorption monocouche ?
PS : des idées
Formule empirique - Isotherme de Freundlich [moyenne pression] (Décrit l'adsorption monocouche)
k, n sont liés à la température
avantage
Forme simple, facile à utiliser, large gamme d'applications (moyenne pression).
Peut être utilisé pour calculer l'adsorption monocouche sur les interfaces g-s et l-s
défaut
La signification physique de k et n n’est pas claire et ne peut expliquer le mécanisme d’adsorption. valeur n : (0, 1)
k : capacité d'adsorption à pression unitaire. T augmente, k diminue et la capacité d'adsorption diminue.
n : entre (0, 1), reflétant la force de l’influence de p sur V(a)
Isotherme d'adsorption de Langmuir (théorie de l'adsorption monocouche) [Test (pas de calculs, les changements doivent être analysés à partir de formules)]
Hypothèses de base du modèle
(1) Adsorption monocouche
(2) La surface solide est uniforme et la capacité d’adsorption est la même partout (la chaleur d’adsorption est constante et n’a rien à voir avec la couverture)
(3) Les molécules adsorbées sur la surface solide n’ont aucune interaction entre elles.
(4) L'équilibre d'adsorption est un équilibre dynamique
Isotherme d'adsorption de Laugmuir [note]
Formulaire 1
"Utilisation active du site"
Le processus de dérivation
Noyau : v (adsorption) = v (désorption) Quantité descriptive : A (g) ---p M (s) ---N&q ; N : site d'adsorption (site actif) q : couverture k1 : taux d'adsorption constant k-1 : taux de désorption constant b=k1/k(-1) : coefficient d'adsorption (similaire à la constante d'équilibre)
Couvertureq
Coefficient d'adsorption b [Constante d'équilibre]
Décrire le degré d'adsorption
b=f（T）
Plus b est grand, plus la quantité d’adsorption est grande et plus le degré d’adsorption est grand.
Méthodes de mesure
Formulaire 2
Trouver la quantité d'adsorption
La relation entre q et Vm(a)
Vm(a) : capacité d'adsorption maximale, c'est-à-dire la capacité d'adsorption lorsque la surface solide est juste recouverte d'une couche de gaz [Pas égal à la valeur limite de la véritable capacité d'adsorption]
À des pressions plus basses, q devrait augmenter à mesure que la pression d'équilibre augmente
Lorsque la pression est suffisamment élevée, lorsque les molécules de gaz remplissent une couche sur la surface solide, q devrait tendre vers 1--->Vm(a)
discuter
L'isotherme d'adsorption de Laugmuir peut mieux décrire les caractéristiques d'adsorption de l'isotherme d'adsorption de type I dans différentes plages de pression.
1 Lorsque la pression est très basse ou que l'adsorption est faible (b est très petit), bp<<1, la formule est
2. Lorsque la pression ou la force d'adsorption est modérée, la quantité d'adsorption V(a) a une relation courbe avec la pression d'équilibre p.
3. Lorsque la pression est suffisamment élevée ou que l'adsorption est forte, bp>>1, alors
application
a. Trouvez la surface moléculaire a (m).
Dérivation
L : constante d'Avogadro V0 : Le volume de 1 mole de gaz dans des conditions standards = 22,4L/mol
b. Trouvez la ou les surfaces spécifiques a(s) du matériau [utilisez-en moins, sachez-le simplement]
Isotherme d'adsorption BET et théorie de l'adsorption par couches multimoléculaires [actuellement la théorie la plus couramment utilisée et la plus répandue]
"BET" est la première lettre des noms des trois proposants
Hypothèses de base
(1) L'adsorption et la désorption sont des équilibres dynamiques
(2) La surface est uniforme et la capacité d'adsorption est la même partout
(3) Adsorption de couches multimoléculaires
a. Lors de l'adsorption, il n'est pas nécessaire d'attendre que la première couche soit pleine avant d'absorber la deuxième couche.
b. La première couche est la chaleur d'adsorption chimique
c. La chaleur d'adsorption au-dessus de la deuxième couche est égale et correspond à la chaleur de condensation.
PS : Le phénomène d'adsorption des solides à partir des liquides
Quantité d'adsorption n(a)
La quantité de soluté adsorbée par une solution par unité de masse d'un solide (Réduire la concentration de la solution)
Variante de l'isotherme d'adsorption de Langmuir b : constante, c : quantité concentration de la substance
(3) Thermodynamique d'adsorption
L'adsorption est un processus spontané (la tension interfaciale γ diminue, ΔG diminue)
ΔS<0,ΔH<0
Enthalpie molaire d'adsorption ΔadsHm
Avis
b=k1/k（-1） Coefficient d'adsorption-constante d'équilibre
Utilisé pour décrire le degré d'adsorption (La quantité d'adsorption)
ΔadsHm Enthalpie d'adsorption molaire
Utilisé pour décrire la force d'adsorption (La taille de la force entre l'adsorption/s'il est facile de tomber après l'adsorption)
Méthode de calcul
Dérivation
contours d'adsorption
signification
Une certaine quantité de gaz atteint l'équilibre d'adsorption sur la surface solide et la relation entre T et p est étudiée.
1. Équilibre d'adsorption ---> Les potentiels chimiques de la phase de masse et de la phase de surface du gaz sont égaux et Gm est égal. 2.Vm(σ) est négligeable par rapport à Vm(g) 3.g est considéré comme ig 4.S = H/T
Semblable à l'équation de Kirk (Décrivez le taux de changement de pression P avec la température T lorsque le système monocomposant est en équilibre de phase) L est l'enthalpie de changement de phase, T est la température d'équilibre de phase, R est la constante du gaz
Interface solide-liquide ! =Surface solide