Dokument ma'lumotlari

Narxi 9000UZS
Hajmi 240.7KB
Xaridlar 0
Yuklab olingan sana 17 Avgust 2023
Kengaytma docx
Bo'lim Kurs ishlari
Fan Fizika

Sotuvchi

Bohodir Jalolov

Sorbtsiya, adsorbtsiya, absorbtsiya, xemosorbtsiya tushunchalari. Qattiq jism sirtidagi adsorbtsiya. Adsorbtsion tenglamalar

Sorbtsiya, adsorbtsiya, absorbtsiya, xemosorbtsiya tushunchalari. Qattiq jism sirtidagi adsorbtsiya. Adsorbtsion tenglamalar Reja: I. KIRISH 1. Adsorbtsiya va uning mohiyati. II. Asosiy qism 1. Adsorbtsiya muvozanat. 2. Qattiq jism sirtidagi adsorbtsiya . 3. Xemosorbtsiya tushunchasi. 4. Adsorbtsion tenglamalar III. XULOSA IV. Foydalanilgan adabiyotlar ro’yxati. I. Kirish. Umuman olganda, fizik kimyo o’z harakteri bilan nazariy fan bo’lib, kimyoviy jarayonlarning umumiylashgan qonunlarini, ular orasida ichki boqlanishlar, ularning mohiyatini ochib beruvchi fandir. Agar noorganik kimyo qonunlari- noorganik moddalarga, organik kimyo qonunlari organik moddalarga tegishli bo’lsa, fizik kimyo qonunlari hammasi uchun birdek tegishlidir. Hozirgi kunda fizik kimyo fani fizika fanining ko’pgina usullarida foydalansa ham o’zining tajriba tadqiqot usullariga ega bo’lgan va ko’pgina amaliy kimyo-texnologiya fanlarining nazariy asosi bo’lib xizmat qiluvchi fandir. Misol tariqasida kimyo yoki oziq-ovqat texnologiyasi sohalarida, aynan shu erda boruvchi (noorganik moddalar, chinni, plastik, sut mahsulotlari olinishi va x.k.) jarayonlarni fizik kimyoviy o’rganish bularni amaliy texnologiyasining nazariy asosini tashqil etishini ko’rsatish mumkin. Fizik kimyo fani kvant kimyosi, termodinamika va kimyoviy kinetika usullaridan foydalanadi. Kvant kimyosi usuli. Asosan, moddalar tuzilishini o’rganishda qo’llaniladi. Termodinamika usuli. Bu usul umumiy termodinamikaning 3 qonunini kimyoviy jarayonlarga qo’llashga asoslangan. Bu usul yordamida kimyoviy jarayonlar ko’pgina tomonlarini ( issiqlik chiqishi, yutilishi miqdorini aniqlash, jarayonni borish-bormasligini oldindan aytib berish, muvozanat shartlarini aniqlash kabi) oydinlashtirish mumkin. Bu usulda sistemaning (moddaning) tuzilishini bilish shart emas; shunga kura, bu usul vositasida jarayoning mo h iyati ochilmaydi, bu esa bu usulning kamchiligidir. Kimyoviy kinetika usullari yordamida jarayonlarning mo h iyati oydinlashtirildi. Bu usullarning eksperimental va nazariy turlari oxirgi vaqtlarda juda kengayib bormoqda. Fizik kimyoning asosiy bo’limlari; 1) Modda tuzilishi. Bu bo’limda modda (molekula) tuzilishi kvant- mexanika nazariyasi asosida tushuntiriladi. Molekulalarining h osil bo’lishidagi boqlar, ularning mo h iyati, bir-biridan farqlari h aqida so’z yuritiladi. Molekulalarni tadqiq qilish usullari yoritiladi. 2) Kimyoviy termodinamika. Yuqorida aytilgandek, bu bo’limda umumiy termodinamikaning 3 posto’lati (qonuni) ni kimyoviy jaryonlarga tadbiqi o’rganiladi. Bu erda kimyoviy jarayonlarda yutiladigan-chiqadigan issiqlik miqdorini, uni temperaturaga qarab o’zgarishini aniqlash; jarayonlarini borish- bormasligini, yo’nalishini va muvozanat shartlarini aniqlash kabi masalalar ko’riladi. 3) Kimyoviy muvozanat. Bu bo’limda kimyoviy reakstiyalarning muvozanat holatlari, ularga ta’sir qiluvchi omillar ko’rib o’tiladi. 4) Eritmalar (noelektrolit eritmalar) bo’limida suyuq eritmalar xossalari, eruvchanlik muammolari haqida so’z yuritamiz. 5) Fazolararo muvozanat. Bu bo’limda ko’p fazali sistemalardagi muvozanatga ta’sir qiluvchi omillar va bunday sistemalarni o’rganishdagi fizik kimyo usullari yoritiladi. 6) Elektrokimyo. Bu bo’limni o’zi 2 qismdan iborat deb qarash mumkin. Birinchi qismda elektrolit eritmalar, ularning xossalari, ionlar aro muvozanatlar va bu eritmalarning elektr o’tkazuvchanligi va unga ta’sir qiluvchi omillar o’rganilsa; ikkinchi qismda elektro kimyoviy jarayonlar-elektrod potenstiallar turlari, vujudga kelishi, galvanik elementlar, ularning turlari haqida gap yuritamiz. Elektroliz va uning borish qonunlari ham shu bo’limda aytiladi. 7) Kimyoviy kinetika va kataliz bo’limida turli kimyoviy reakstiyalar tezliklari, bularga tasir qiluvchi omillar, kimyoviy reakstiya borish mexanizmlari haqida; katalitik jarayonlar, ularning turlari ta’sir qiluvchi omillar, borish mexanizmlari (nazariyalar) haqida so’z yuritiladi. Yuqoridagi bo’lish nisbiy harakterga ega bo’lib, bazi bir adabiyotlarda bularni yoki ko’proq yoki kamroq bo’limlarga bo’lingan bo’lishi mumkin. Yuqoridagi aytilganlarga yakun qilib shuni aytish mumkinki hozirgi kunda fizik kimyo fani o’zining keng eksperimental va nazariy usulariga ega bo’lgan va kimyo fani va amaliyoti oldida turgan ko’pgina muammolarni hal qilishda asosiy rol o’ynaydigan fandir. Fizik kimyo faning oxirgi 30 yil ichidagi yutuqlarini quyidagi Nobel mukofati laureatlari ro’yxatidan ham ko’rish mumkin. Kisqa impulsli energiya yordamida muvozanatni siljitish orqali o’ta tezkor kimyoviy reakstiyalarni tadqiq qilish (M.Eygen va R.Norrin 1967), qaytmas jarayonlar tatqiqotlari (L. Onsager 1968 yil). Mikromolekulalar fizik kimyosi so h asida eksperimental va nazariy izlanishlar (P.Florn 1970 y). Borrovodorolar strukturalarini o’rganish (U.Lipiskob 1976 y), qaytmas jarayonlar termodinamikasiga xossasi uchun (I.Prikojin1977), biologik energiyaning kuchishining molekulyar asoslarini tadqiqoti uchun (P.Mitchell 1978 y), kimyoviy reakstiyalar mexanizmlari nazariyalarini rivojlantirgani uchun (K.Fukin, Ryu Xofmon 1981 y), Elektron tashish bilan boradigan reakstiyalar mexanizmlari haqidagi ishlari uchun (G.Taube 1983), mukofotlanganligi fizik kimyoning ahamiyatini yanada namoyon qiladi. 1. Adsorbtsiya va uning mohiyati. Suyuqliklarning q atti q jismga adsorbtsiyalangan modda massasini o’ lchash uchun adsorbent tarozida tajribadan avval va keyin bevosita tortiladi, s o’ ngra adsorbtsiya xisoblab topiladi. Yutgilish jarayoni avval tez boradi, s o’ ngra yutilish va ajralib chi q ish (desorbtsiya) jarayonining tezliklari baravarlashib, sistema adsorbtsion muvozanat xolatiga keladi. Agar adsorbtsion muvozanat uzo q va q t davomida q aror topmasa, adsorbtsiya bosh q a xil jarayonlar bilan murakkablashgan deyish mumkin. Odatda, ionlarning adsorbtsiyalanishi oddiy molekulyar adsorbtsiyadan keskin far q q iladi. Ionlarni adsorbtsiyalash uchun adsorbent yuzasidagi adsorbtsion markazlar musbat yoki manfiy ishorali zaryadga ega b o’ lishi kerak. Tabiiyki, geteropolyar bo g’ tarkibiga kirgan ionning elektrolit kuchiga q arab, ba’zi adsorbent yuzasida (-) zaryad kuchlirok, bosh q a bir adsorbentda (  ) zaryad kuchli ifodalangan b o’ ladi, shunga k o’ ra elektrolit eritmasidan adsorbent kationlarni, yoki anionlarni adsorbtsiyalaydi. Eritmada q olgan q arama- q arshi ishorali ionlar adsorbent yuzasida yutilgan ionlar yakiniga tortilib adsorbent - eritma chegara sirtida qo’ sh elektr q avat xosil q iladi. Ushbu elektr q avat adsorbtsiyalangan ionli adsorbent yuzasidan eritmaga q ayta desorbtsiyalanib chi q ilishiga y o’ l qo’ ymaydi. Shuning uchun temperatura k o’ tarilishi bilan ionlar adsorbtsiyasi k o’ pincha ortadi. Adsorbtsiya o’ z mexanizmiga q arab, ionlarning yutilishi, tanlanishi va ion almashinishi adsorbtsiyalariga b o’ linadi. q atti q adsorbent yuzasi ionlarning tanlanib adsorbtsiyalanishi xa q ida Peskov va Fayanslar o’ zlarining 2ta q oidasini kashf etishgan. Peskov-Fayansning 1- q oidasiga k o’ ra, eritmadan adsorbent yuzasiga, avvalo shu adsorbentning tarkibida b o’ lgan, uning kristallik panjarasini t o’ ldiradigan ionlar adsorbtsiyalanadi. (19-rasm). Masalan, KI eritmasidan AgI kristallari yuzasiga birinchi b o’ lib yod ionlari AgNO 3 eritmasidan esa, kumush ionlari adsorbtsiyalanadi. 1-rasm . Kumush yod kristali panjarasining yod ionlari bilan t o’ ldirilishi . Ionlarning tanlanib adsorbtsiyalanishi ion radiusiga, gidratlanish darajasiga va valentlikka bo g’ lik, b o’ ladi. Ma’lumki, ionning radiusi ortishi bilan uning gidratlanish darajasi kamayadi. Ion q ancha kam gidratlangan b o’ lsa, u shuncha oson adsorbtsiyalanadi. Adsorbent – N 2  Sa  2 — adsorbent - Sa  2 N  Adsorbent - ON  NSl — adsorbent - Sl  N 2 O Bulardan tashkari amfoter ionitlar xam b o’ lib, ular sharoitga q arab ba’zan tarkibidagi kationlarni, ba’zida anionlarni almashtiradi. Bir gramm ionit 3-10 milli- ekvivalent ionni almashtira oladi, bu uning almashtirish si g’ imini k o’ rsatadi. Amalda ionitlarda, tuproklarda ionlarning adsorbtsiyasi fa q at sirtda emas, balki butun xajm b o’ ylab ketadi. Shuning uchun butun yutuvchi kompleks si g’ imini xisoblash kerak. Almashinish adsorbtsiyasi 1939 yilda taklif etilgan Nikolskiy tenglamasi bilan ifodalanadi:Г 1 1 z1 Г 2 1 z 2 = К а 1 1 z1 а 1 1 z2 G 1 va G 2 - almashinayotgan ionlar miqdori a 1 va a 2 - ionlar aktivligi K – ion almashinish konstantasi z 1 va z 2 - almashinayotgan ionlar valentligi. Demak, ion almashinish adsorbtsiyasi ximiyaviy reaktsiyaga o’ xshagan b o’ ladi. Fakat farki shundaki, ion almashinish adsorbtsiyasi sust boradi va uzo q va q t davomida sistemada muvozanat q aror topadi. Agar ionlar almashinganda muxitning pH i o’ zgarsa, adsorbtsiya gidrolitik mexanizmga ega deb xisoblanadi. Ion almashinish adsorbtsiyasi natijasida q attik, jism yuzasi zaryadlanadi va o’ ziga eritmadagi q arama- q arshi ionlarni tortib, ikkilamchi elektr q avat xosil b o’ ladi. Texnikada ion almashinish adsorbtsiyasidan suvni Sa  , Mg  , Fe  kabi ionlardan ya’ni mineral tuzlardan tozalashda ( q attik, suvlarni yumshatishda) foydalaniladi. Na 2 [Al 2 Si 3 O 10 ]  Sa  <  > Sa[A1 2 Si0 10 ]  2Na  permutit Bundan tash q ari ion almashinish adsorbtsiyasidan tuprokning disperslik darajasini oshirishida, eritmadan rangli metallar, dorivor moddalar (alkaloid, glyukozid va boshkalar) ionlarini ajratib olishda, sanoatda o q ova suvlarni tozalashda keng qo’ llaniladi. Kolloid sistemalarning sirt xodisalariga, adsorbtsiyadan tashkari, xo’ llanish, adgeziya, kogeziya, flotatsiya, kapillyar bosim va suyukliklarning yoyilish jarayonlari kiradi. Ba’zi bir adsorbentlar o’ z tarkibida xaraktchan ionogen gruppa tutib, ular elektrolit eritmasida o’ zininng biror ionini eritmadagi o’ xshash ishorali ionga almashtiradi. Ionlar adsorbtsiyasining ushbu xiliga ion almashinish adsorbtsiyasi deyladi. Ionlarning o’ lchamiga va gidratlanish darajasiga bo g’ lik ravishda adsorbtsiyalanishi Gofmeystrning liotrop katori bilan ifodalanadi. Ushbu q atorga k o’ ra kationlar q uyidagi tartibda joylashadi , kationlar q atori: Li  < Na  < K  < Rb  < Cs  Anionlar esa q uyidagacha joylashadi: S1 - <Vg - <NO 3 "< I - <SNS - Ionlarning valentligi ortishi bilan adsorbtsiyalanish kobiliyati ortadi. Th  4 >Al  3 > : Sa  2 >Na  Chunki ion valentligi q ancha yu q ori b o’ lsa, sirtga tortilishi shuncha kuchli b o’ ladi. Ion almashtaruvchi adsorbentlarga: permutit, tseolit, alyuminosilikatlar va bentonitlar (mineral tabiatidagi) shuningdek sun’iy sintetik (organik tabiatidagi) ionitlar kiradi. Ion almashtiruvchi adsorbentlar kislota yoki asos xarakterida b o’ ladilar. Kislota xarakterida b o’ lsa va fa q at kation bilan almashinsa - kationit, masalan, EKS-50, KB-4, KU-2, SB va bosh q alar; asos xarakterida b o’ lsa va fa q at anion bilan almashinsa - anionit deb yuritiladi. Masalan, EDS-10, PEK, amberlayt T-400 va bosh q alar. Agar elektrolit eritmasidan xam anion, xam kation ekvivalent mi q dorda adsorbilansa, adsorbtsiya molekulyar tarzda yuzaga chi q adi. II. Asosiy qism 1. Adsorbtsiya muvozanat. Adsborsiya hodisasi ham xuddi suyuqlikning bog’lanishi, moddaning suvda erishi kabi qaytar jarayondir. Har qanday qaytar jarayondagi kabi, bu yerda ham yutilish va ajralib chiqish jarayonlarining tezligi barobarlashib, sistema adsorbsion muvozanatga keladi. Odatda, adsobrsion muvozanatlar juda tez (sekundlar, minutlarda) qaror topadi. Sanoatda adsorbsion muvozanat uzoq vaqt davomida qaror topmasa, adsorbsiya boshqa xil jarayonlar bilan murakkablashgan deyish mumkin. Adsorbsion muvozanat holati harorat o’zgarganda o’zgaradi. Adsorbsiya jarayoni issiqik chiqishi bilan boradi. Adsorbsiya vaqtida ajralib chiqadigan issiqlik adsorbsiya issiqligi deyiladi. Sanoatda haroratni oshirish orqali adsorbentga yutilgan moddani ko’proq qaytadan chiqarish mumkin. 2. Qattiq jism sirtidagi adsorbsiya Qattiq jism ham xuddi suyuqlik kabi, sirt energiyasiga, demak, sirt tarangligiga ega. Adsorbentning sirt birligiga (1m 2 ga) yutilgan moddaning gramm - molekula hisobidagi miqdori solishtirma adsorbsiya deyiladi. Solishtirma adsorbsiya Г =x/S ga teng. X - yutilgan modda miqdori; S - adsorbent sirti. Lekin g’ovak-g’ovak tuzilgan qattiq adsorbentlarning (ko’mir silikagel) sirtini o’lchash juda qiyin bo’lgani uchun amalda sanoatda solishtirma adsorbsiyani topishda yutilgan modda miqdori adsorbent og’irligiga bo’linadi. X/T X - yutilgan moddaning gramm hisobidagi og’irligi M - adsorbentning gramm hisobidagi og’irligi. Moddaning sirt birligiga (1m 2 ga) yutilishi mumkin bo’lgan eng ko’p miqdori, maksimal solishtirma og’irligi deyilib, Г m bilan belgilanadi. Metallurgiya sanoatida adsorblanish maqsadida aktivlangan ko’mir juda ko’p ishlatiladi. Aktivlangan ko’mir g’ovak modda bo’lib, asosan ugleroddan iborat. Turli organik moddalarning havo kirmaydigan mayda kuydirilishidan hosil bo’lgan ko’mirda har xil smolalar bo’lib, ular ko’mirning teshiklarini bekitib qo’yadi. Bu smolalarni yo’qotib, ko’mirning g’ovakligini oshirish maqsadida ko’mir maxsus ishlanadi, ya’ni aktivlashtiriladi. Ko’mir qanday sharoitda aktivlanganiga qarab yo kislotalarni yo asoslarni ko’proq adsorbsiyalaydi. Metallurgik jarayonlarda 900°C da aktivlangan toza ko’mir kislotalarni, 400-450°C da aktivlangan ko’mir asoslarni adsorbsiyalaydi. Sanoatda adsorbsiya bilan bog’liq ishlarda ko’mirdan tashqari, boshqa bir adsorbent silikatel ham ishlatiladi. Silikatel silikat kislotaning suvsizlantirilgan geliydir. U asosan asoslarni adsorbsiyalaydi. Adsorbsiya jarayoni bu moddani ikkinchisida so’rilishi bo’lib, kimyoviy texnologiyada katta rol o’ynaydi. Masalan, gaz aralashmalarini ajratib tozalashda aktiv ko’mir, silikagel, kolloid moddalar kabi adsorbentlar ishlatiladi. Adsorbsiyadan koks gazlaridan benzol olishda foydalaniladi. Buning uchun aktiv ko’mir bilan to’latilgan adsorberga adsorbent to’yinguncha gaz aralashmasi yuboriladi. So’ngra adsorberga 100°C li suv bug’i beriladi, suv bug’i ko’mirga yutilgan benzolni siqib chiqaradi. Natijada, benzol va suvdan iborat sistema hosil bo’ladi. Benzol suvda erimasligi uchun endi benzolni ajratib olish qiyin bo’lmaydi. Gazlar aralashmasini ajratishda ketma-ket adsorbsiya o’tkaziladi. Avval past haroratda gazlar aralashmasi adsorbentga yuttiriladi. Keyin asta-sekin qizdirilganda gazlar o’zining qaynash haroratiga muvofiq adsorbentdan chiqa boradi. Shu tariqa geliy va boshqa inert gazlar olinadi. 3. Xemosorbtsiya tushunchasi. Shunday qilib, sirt hodisalar tabiati, ya’ni sirtda u yoki bu jarayonning borishi fazalararo chegara sirtning xolati bilan bog’liqdir. Shuning uchun fazalararo sirtlar termodinamikasini o’rganish kolloid kimyoda katta ahamiyat kasb etadi. Sirt kavatlar termodinamikasini xarakterlaydigan kattalik sirt taranglikdir. Sirt taranglik esa adsorbtsiya hodisasi bilan bevosita bog’liq. Suyuklik yoki qattiq jism sirtida boshqa modda molekulalari, atomlari yoki ionlarining o’z-o’zicha yig’ilishiga adsorbtsiya deyiladi. Moddani yutgan sirt - adsorbent. Yutilayotgan modda esa adsorbtiv deyiladi. Adsorbtsiyaga oid dastlabki ilmiy tekshirish ishlari T.E. Lovits nomi bilan bog’liq. U 1792 yilda eritmalarni turli ko’shimchalardan tozalash uchun qattiq adsorbent sifatida ko’mirdan foydalandi. Adsorbtsiya hodisasi ko’mirgagina emas balki boshqa barcha g’ovak moddalarga ham xosdir. Masalan turli gellar o’z sirtiga har xil bo’yoqlarni yutadi. Yutilgan modda yutuvchining ichki tomoniga diffuziyalanishi mumkin. Bu hodisa adsorbtsiya deyiladi. Agar modda geterogen sistemada bo’ladigan ximiyaviy reaktsiya tufayli yutilsa, bu hodisa xemosorbtsiya deyiladi. Natron ohak bilan sulfid angidrid orasidagi xemosorbtsiya bunga misol bo’la oladi. Xemosorbtsiya qaytmas jarayonlar jumlasiga kiradi. Ba’zan o’z kritik temperaturasidan past temperaturadagi gaz sorbtsiya vaqtida qattiq jism g’ovaklarida kondensatlanib suyuqlikka aylanadi. Bu hodisa kapillyar kondensatsiya deyiladi. Adsorblangan gaz qattiq jism sirtida bir yoki bir necha katlam molekulalardan iborat bo’lishi mumkin. Shunga ko’ra adsorbtsiyalanish monomolekulyar yoki polimolekulyar adsorbtsiyalanish deb nomlanadi. Adsorbtsiyalangan molekula adsorbtsion qavatda kancha vaqt davomida istiqomat qilishi adsorbtsiya vaqti deb ataladi. Adsorbtsiya vaqti S.Ya. Frenkel tenglamasiga binoan qo’yidagicha ifodalanadi: t= t0⋅ e Q RTbunda Q - molekula bilan sirt orasidagi o’zaro ta’sir energiyasi, t 0 - molekula bilan sirt orasida hech qanday tortishish kuchlari mavjud bo’lmagan sharoitdagi adsorbtsiya vaqti. Adsorbtsiya qo’yidagi fazalararo chegara sirtda borishi mumkin: 1. Suyuqlik – suyuqlik yoki eritma - gaz 2. Q attiq jism - gaz 3. Q attiq jism - eritma. Adsorbtsiya (G) fazalararo chegara sirtning yuza birligiga (I m 2 yoki I sm 2 ) to’plangan modda miqdoridir. Adsorbtsiya gazning bosimiga -R ga, eritmaning kontsentratsiyasi S ga , temperatura T ga, adsorbent va adsorbtiv tabiatiga, adsorbentning solishtirma sirt yuzasi S ga va sirt taranglikka bog’lik. G  f (S, T. R, S,  ) Suyuqlikning ichki qismidagi (hajmidagi) molekulani (11-rasm a-holat) boshqa molekulalar hamma tomondan bir xilda tortib turadi va barcha kuchlar bir- birini muvozanatlaydi. Bu holda teng ta’sir etuvchi kuch nolga teng, (F  0). Suyuqlik sirtida joylashgan molekulani (b-holat) suyuqlik ichidagi qo’shni molekulalar kuchliroq tortadi, lekin gaz fazadan o’sha molekula juda oz kuch bilan tortiladi. Shu sababli sirtning yuzasida ortiqcha erkin energiya (  F) yoki sirt energiyasi (G s ) paydo bo’lib qoladi. O’sha sirt energiya ta’sirida suyuqlik sirtida turgan molekulalar mumkin qadar suyuqlik ichiga kirishga intiladi, ya’ni suyuqlik o’z sirtini kamaytirishga harakat qiladi. 2-rasm. Molekula suyuqlik ichida (a-holat) va suyuqlik sirtida (b-holat) Demak, suyuqlik sirtini kattalashtirish uchun ish sarf qilish kerak. Suyuqlik sirtini 1 sm 2 yoki 1 m 2 ga kattalashtirish uchun sarf qilish zarur bo’lgan energiya miqdori shu suyuqlikning sirt tarangligi deyiladi yoki fazalararr chegara sirtning 1 sm 2 yoki 1 m 2 yuzasiga muvofiq keluvchi erkin energiyaga sirt taranglik deyiladi. Sirt taranglik koeffitsienti – “  ” bilan ifodalanib, qo’yidagi birliklarda o’lchanishi mumkin: SI sistemasida j  m 2  n  m 2  n  m; SGS sistemasida erg  sm 2  dina*m  sm 2  dina  sm; I j  m 2 1000 erg  sm 2  n  m  1000 dina  sm. Sirt taranglik qo’yidagi faktorlarga bog’liq: 1) suyuqlik tabiatiga; molekulararo tortishish kuchi kancha katta bo’lsa, sirt taranglik shuncha katta bo’ladi; 2) temperaturaga; temperatura ortgan sari sirt taranglik kamayadi; 3) ikkinchi faza tabiatiga bog’liq: Antonov qoidasiga ko’ra, ikki suyuqlikning fazalararo sirt tarangligi o’sha suyuklikning havo bilan chegaralangan holatdagi sirt tarangliklari ayirmasiga teng, ya’ni:  suv  benzol  suv  xavo -  benzol  xavo 4) erigan modda tabiatiga bog’lik shunga ko’ra erigan moddani 3 turga bo’lish mumkin: 1. Sirt aktiv modda - sirt taranglikni kamaytiruvchi, 2. Sirt befark modda - sirt taranlikni o’zgartirmaydigan, 3. Sirt noaktiv modda - sirt taranglikni oshiradigan modda (1) - sirt-aktiv modda (2) - sirt-befark modda (3) - sirt-noaktiv modda 3-rasm. Sirt taranglikni kontsentratsiya ortishi bilan o’zgarishi. Dispers sistemalarning sirt xossalarini o’zgartirishda sirt-aktiv moddalarning ahamiyati kattadir. Sirt-aktiv modda “SAM” deb fazalararo chegara sirtda yig’ilib, sirt energiyasini kamaytiruvchi moddalarga aytiladi. Ularga spirtlar, fenol, karbon kislotalar, organik aminlar, sulfokislotalar va boshqalar kiradi. Demak, SAM molekulasi ikki qismdan iborat: gidrofob (organik radikal) va gidrofil qismlardan (kutbli gruppalar). SAM molekulasini qo’yidagi shakl “O  ”da belgilash qabul qilingan. Bu shaklning sferik qismi qutbli gruppalarni (gidrofil qismi), to’g’ri chiziqli qismi esa uglevodorod radikalini ifodalaydi. SAM ning sirtga aktivligi uglevodorod radikali uzunligiga bog’liqdir. Dyuklo-Traube qoidasiga ko’ra, uglevodorod radikalida metilen (- SN 2 -) gruppani bir birlikka ortishi bilan sirt aktivlik 3 - 3,5 marta ortadi (13-rasm). a b 4-rasm. Sirt taranglik (a) va adsorbtsiyaning (b) uglevodorod radikali uzunligiga bog’likligi. Suyuqlik sirtidagi adsorbtsiya bilan suyuqlikning sirt tarangligi orasidagi miqdoriy bog’lanishni ifodalash uchun 1876 yilda V.Gibbs o’zining qo’yidagi tenglamasini taklif etgan: tenglamada: G - erigan moddaning suyuqlik sirt birligaga yig’ilgan miqdori, ya’ni adsorbtsiya, S - eritma kontsentratsiyasi, R - gaz doimiysi, T - absolyut temperatura, d  dC - kontsentratsiya o’zgarishi bilan sirt taranglikning o’zgarishi. Bu kattalik sirt aktivlik deb ataladi: q  - d  dC Eritma kontsentratsiyasi ortishi bilan sirt taranglik kamaysa, ya’ni d  dC manfiy bo’lsa, adsorbtsiya musbat qiymatga ega bo’ladi. Agar eritma kontsentratsiyasi ortishi bilan suyuqlikning sirt tarangligi ko’paysa, d  dC musbat qiymatga ega bo’lib, adsorbtsiya sodir bo’lmaydi. Tajribada sirt-aktiv moddaning turli kontsentratsiyali eritmalari uchun sirt taranglik o’lchanib, olingan natijalar asosida  f (S) sirt taranglik izotermasi tuziladi. Sirt taranglik izotermasi asosida adsorbtsiya izotermasini tuzish mumkin. Buning uchun sirt taranglik egrisining ixtiyoriy nuktalaridan ordinata o’ki bilan kesishguncha urunmalar o’tkazamiz. Shu nuqtalardan abtsissa o’ q iga tik chiziklar tushiramiz va z 1 , z 2 , z 3 ... kesmalarni topamiz (14-rasm). Topilgan z-larning qiymatidan foydalanib Gibbs tenglamasini soddalashtiramiz. AVD uchburchakdan, z va s larning qiymatlarini belgilab olamiz. 5-- rasm. Sirt taranglik (1) va adsorbtsiya (2) izotermalari⇒ z c=− dσ dc ⇒ Г=− с RT ⋅dσ dc =− c RT ⋅(− z c) Г= z RT Bu tenglamadan har qaysi kontsentratsiyaga muvofik, keluvchi adsorbtsiya qiymati topiladi. 6--rasm . SAM kontsentratsiyasining o’zgarishi bilan molekulyarning sirtda joylashishi. Yuqoridagi sirt taranglik va adsorbtsiya izotermalarini (14-rasm) 3 soxaga bo’lib o’rganish mumkin. Diagrammaning 1 soxasida, kontsentratsiyaning kichik qiymatlarida sirt taranglikning keskin kamayshi va adsorbtsiya qiymatining unga to’g’ri proportsional ortishi kuzatiladi. Bunga sabab SAM molekulalari sirtda yoyiq joylashadi (15-rasm, a-holat). 2 soxada kontsentratsiyaning o’rtacha qiymatlarida sirt taranglik egri chiziq bo’yicha, birmuncha kamrok o’zgaradi. Adsorbtsiyaning ortishi ham kamrok bo’ladi (rasmda b-holat). Bunga sabab SAM molekulalari sirtda jipsroq joylashadi. 3 soxada esa kontsentratsiyaning katta qiymatlarida sirt taranglik minimumga tushadi, adsorbtsiya qiymati esa maksimumga etadi. Bunda SAM molekulalari to’yingan adsorbtsion qavat hosil qiladi (rasmdagi s-holat). Izotermadagi G  adsorbtsiyaning eng maksimal qiymatini ko’rsatadi. G  ning aniq qiymatini topish uchun Lengmyur tenglamasidan foydalanish mumkin:Г = Г ∞ кс 1+кс bu tenglamada G-solishtirma adsorbtsiya, G  - solishtirma maksimal adsorbtsiya, s-kontsentratsiya, k-konstanta. Eritmadan adsorbtsiyalanish texnologiyada aralashmalardan komponentlarni ajratishda (xromotografiya) suyu q liklarni tozalashda, atrof-muxit muxofazasida katta axamiyatga ega. Q attik jism sirtida eritmadan adsorbtsiyalanish q attik, jism - gaz adsorbtsiyasiga q araganda murakkabdir, chunki bunda erigan moddadan tash q ari erituvchi xam adsorbtsiyalanishi mumkin. Adsorbtsiya turlari: 1) molekulyar adsorbtsiya (noelektrolitlar adsorbtsiyasi) 2) elektrolitlar adsorbtsiyasi (tanlanish va ion almashinish) adsorbtsiyasi. 3) kolloid elektrolitlar adsorbtsiyasi kabilarga bo’linishi mumkin. Kattik, jism sirtidagi molekulyar adsorbtsiya Freyndlix formulasi — x m = β⋅c 1 n yoki Lengmyur Г = Г ∞ кС 1+кс —— formulasi orqali xisoblanadi. Amalda qo’yidagi empirik formula orqali ifodalanadi. Г = Со − Смув m ⋅V So - eritmaning adsorbtsiyadan oldingi boshlangich kontsentratsiyasi . S muv , - adsorbtsiyadan keyingi muvozanat vaqtidagi kontsentratsiya . V- eritma xajmi, m- adsorbent massasi. Agar eritmadan erigan modda molekulalari adsorbtsiyalansa, adsorbtsiya musbat erituvchi moddaning molekulalari yutilsa adsorbtsiya manfiy deb xisoblanadi. Erigan modda molekulalarining adsorbtsiyalanishi akademik Rebinder ta’limotiga k o’ ra, adsorbentning va muxitning q utbligiga bo g’ li q . Agar erigan moddaning polyarligi (S) adsorbent (A) va erituvchi (V) larning polyarliklari orasida b o’ lsa, bunda erigan modda molekulalari shu adsorbentda yaxshi adsorbtsiyalanadi. Ya’ni, A E < S E < V E yoki A E > S E > V E (E - moddaning polyarligi bilan boqlik bo’lgan dielektrik doimiy). Erigan modda molekulalari yaxshi adsorbtsiyalanishi uchun, erituvchi shu q atti q sirtni yomon xo’ llashi kerak. Aktivlangan k o’ mir yuzasida suvda erigan moddalar yaxshi adsorbtsiyalanadi (16-rasm, a-xolat), silikagelda esa organik erituvchida erigan moddalar yaxshi adsorbtsiyalanadi ( rasmda, b-xolat) 7-rasm. Gidrofob va gidrofil adsorbentlarda sirt aktiv moddalarning adsorbtsiyalanishi. Adsorbtsiyalangan sirt-aktiv modda adsorbentning tabiatiga q arab, orientatsiyalanadi va monomolekulyar q avatni xosil q iladi. Sirt-aktiv moddalarning molekulalari q utbli q ismi bilan q utbli adsorbentga, q utbsiz q ismi bilan q utbsiz mu x it tomonga orientatsiyalanadi va sirtning tabiatini o’ zgartira oladi. Ya’ni gidrofob adsorbent gidrofil adsorbentga, gidrofil adsorbent esa gidrofob adsorbentga aylanishi mumkin. Traube q oidasi b o’ yicha SAMning uglevodorod radikali q ancha uzun b o’ lsa, shu modda adsorbent sirtiga shuncha yaxshi adsorbtsiyalanadi . Agar adsorbent g’ ovaklarining o’ lchamligi kichik b o’ lib, SAMning o’ lchamligi katta b o’ lsa, adsorbtsiya Traube q oidasiga b o’ ysunmay q oladi. Molekulyar adsorbtsiya uchun izoterma grafigi qo’ yidagi k o’ rinishiga ega (17-rasm) g 8-rasm . Molekulyar adsorbtsiyaning eritma kontsentratsiyasi o’ zgarishi bilan o’ zgarishi. 1 - musbat; 2,3manfiy adsorbtsiyalar. Adsorbtsiya izotermalarini xisoblashda Gibbs (Г = − с RT ⋅ dσ dc ), Lengmyur ( Г = Г ∞ кс 1+ кс ) va Freyndlix ( Г = кс 1 n ) tenglamalari ishlatiladi. Freyndlix tenglamasi bo’yicha Г = x m ; x- yutilgan modda miqdori, m - adsorbentning massasi. Freyndlix tenglamasi asosida adsorbtsiyani xisoblashdan avval bu tenglamaga kirgan «k» va «n»ni grafik usulda topish lozim. Buning uchun Freyndlix formulasini logarifmik k o’ rinishda yozamiz: lg x m = lg k+ 1 n lg c so’ngra, abtsisslar o’q iga lg Sni, ordinatlar o’q iga lg x  m ni qo’ yib, grafikdan  burchakning tangensini ( tg  1  p) topa olamiz (18-rasm). 9-rasm. Freyndlix formulasining logarifmik koordinatalarda chizilgan grafigi. Freyndlix formulasi o’ rtacha kontsentratsiyalar uchungina to’g’ ri natijalar beradi, lekin kichik va katta kontsentratsiyalar uchun to’g’ ri natijalar bermaydi. Tajribada molekulyar adsorbiyani aniqlashdaГ = n⋅(N 0− N ) m ⋅S сол formula ishlatiladi. Bu erda: G- adsorbtsiya, n - eritmadagi moddaning umumiy mol soni , N 0 -moddaning eritmadagi adsorbtsiyaga q adar mol q ismi, N - adsorbtsiyadan keyingi mol q ismi, m - adsorbent massasi. 4. Adsorbtsion tenglamalar Mаtеriаlning sоrbtsiоn xоssаlаri yoki mа’lum mоddаlаrning sоrbеnt sirtidа аdsоrbtsiya xаrаktеri hаqidа аsоsiy mа’lumоtlаr dоimiy hаrоrаtdа sоrbtsiоn qоbiliyat А ning kоntsеntrаtsiya S (yoki bоsim R) gа bоg’liqligini ko’rsаtuvchi аdsоrbtsiya izоtеrmаlаridаn оlinishi mumkin: suyuq fаzа uchun yoki gаzlаr uchun . Brunаuer, Emmеt vа Tеllеr sоrbtsiya izоtеrmаlаrining bеshtа аsоsiy tiplаrini аjrаtdilаr (rаsm 1). I , II vа IV izоtеrmаlаrdа qоvаriq qism bo’lishi (Lengmyur аdsоrbtsiya) sоrbеntdа mikrоg’оvаklаr bоrligini ko’rsаtsа, sоrbеntlаr II vа IV bundаn tаshqаri mаkrоg’оvаklаrgа hаm egаdir. III vа V tipdаgi izоtеrmаlаr kаm uchrаydi vа sоrbаtdа kuchli mоlеkulаlаrаrо tа’sirlаshuv bоrligini ko’rsаtаdi. I tipdаgi izоtеrmаning kеskinligi sоrbеntning mikrоg’оvаklаri o’lchаmini ifоdаlаydi: а — ultrаmikrоg’оvаkli, b — mikrоg’оvаkli. Izоtеrmа IVb оrаliq-g’оvаk sоrbеntgа tеgishli; IVv — bir jinsli mаkrоg’оvаkkа, IVа — esа аrаlаsh strukturаligа. 10- rasm . BET bo’yichа sоrbtsiya izоtеrmаlаri tiplаri Izоtеrmа qаnchаlik kеskin bo’lsа, mikrоg’оvаklаr shunchаlik kichik bo’lаdi. Bundаy аdsоrbtsiyaning chеgаrаviy qiymаti А pr sirtni mоnоmоlеkulyar qаtlаm bilаn qоplаnishigа mоs kеlаdi. Bоtiq qismlаr mаkrоg’оvаklаr bоrligidаn dаrаk bеrаdi [4]. Mikrоg’оvаkli sоrbеntlаrdа mоnоmоlеkulyar аdsоrbtsiya izоtеrmаsi rаsm 2 dа ko’rsаtilgаn ko’rinishgа egа. Ushbu egri ikkitа to’g’ri chiziqli qismgа egа – аdsоrbаtning muvоzаnаt kоntsеntrаtsiyalаrini kichik vа kаttа qiymаtlаridа. Bug’lаr аdsоrbtsiyasi vа eritmаdаn аdsоrbtsiya 0,5-1,6 nm rаdiusli g’оvаklаr sоhаsidа аmаlgа оshаdi. 11- rasm . Аdsоrbtsiya izоtеrmаlаri : 1 – qоvаriq (Lengmyur аdsоrbtsiyasi ); 2 – bоtiq ( mаkrоg’оvаklаrdаgi ) Mоnоmоlеkulyar аdsоrbtsiya izоtеrmаsini аnаlitik ifоdаlаsh uchun ko’pinchа Lengmyur tеnglаmаsi ishlаtilаdi : Bu еrdа: – sоlishtirmа аdsоrbtsiya, mmоl/g: – chеgаrаviy аdsоrbtsiya, mmоl/g; – аdsоrbаtning muvоzаnаt kоntsеntrаtsiya si , mmоl/l; – аdsоrbtsiоn kоnstаntа. Lengmyur tеnglаmаsi аdsоrbtsiya izоtеrmаsini muvоzаnаt kоntsеntrаtsiyaning bаrchа sоhаsidа ifоdаlаydi. Pаst kоntsеntrаtsiyalаrdа , bo’lgаndа , fоrmulа sоddаlаshаdi vа quyidаgi ko’rinishgа kеlib qоlаdi : (6) bo’lgаn shаrоitdа , fоrmulа (5) аdsоrbtsiyani kоntsеntrаtsiyagа bоg’liq emаsligini ko’rsаtаdi : (7) Tеnglаmа (5) uni ko’pаytirish vа kеyin bo’lish yo’li bilаn chiziqli shаklgа o’tkаzilishi mumkin , nаtijаdа u quyidаgichа ko’rinishgа kеlаdi : (8) Tеnglаmа (8) to’g’ri chiziq tеnglаmаsidir . Ushbu bоg’liqlik bo’yichа chеgаrаviy аdsоrbtsiya kаttаligi tоpilаdi . 12-rasm. Lengmyur tеnglаmаsidа kоnstаntаlаrni аniqlаsh sxеmаsi Оrаliq muvоzаnаt kоntsеntrаtsiyalаr sоhаsidа аdsоrbtsiyani kоntsеntrаtsiyagа bоg’liqligi аsоsаn Frеyndlix tеnglаmаsi bilаn ifоdаlаnishi mumkin, uning аsоsidа аdsоrbtsiya izоtеrmаsi pаrаbоlа bo’lаdi dеgаn fаrаz yotаdi : (9) Bu еrdа: vа – k о nst а nt аlаr . K о nst а nt а аdsоrbеnt vа аdsоrbаt tаbiаtigа bоg’liq bo’lаdi vа kеng оrаliqdа o’zgаrib turаdi. Kоnstаntа SFMning uglеvоdоrоd rаdikаli uzunligi оshishi bilаn оrtib bоrаdi, chunki bu mоddаning аdsоrbtsiоn qоbiliyati оrtаdi. Ko’rsаtkich 0,1 – 1 оrаliqdа o’zgаrаdi vа hаrоrаt hаmdа аdsоrbаt tаbiаtigа bоg’liq bo’lаdi. Lоgаrifmlаngаn xоlаtdа Frеyndlix tеnglаmаsi to’g’ri chiziq shаklidа bo’lаdi (rаsm 4): (10) 13-rasm. Frеyndlix tеnglаmаsidаgi kоnstаntаlаrni аniqlаsh sxеmаsi Оrdinаtаlаr o’qidа to’g’ri chiziq kеsаdigаn bo’lаk gа tеng , to’g’ri chiziqning аbtsissаlаr o’qi bilаn hоsil qilgаn burchаk tаngеns i gа tеng bo’lаdi III. XULOSA Аdsоrbtsiоn qurilmаning tеxnоlоgik rеjimini аniqlаshdа аsоsiy vаzifаlаrdаn biri – bu аdsоrbtsiоn muvоzаnаt shаrtlаrini, ya’ni аdsоrbtsiya izоtеrmаsini hisоblаshdir. Аdsоrbtsiyalаngаn mоddаning eritmаdаgi muvоzаnаt kоntsеntrаtsiyasigа bоg’liqligini аdsоrbtsiya kinеtikаsi vа dinаmikаsini, shuningdеk tеxnоlоgik shаkllаngаn аdsоrbtsiоn jаrаyondа аdsоrbеntni sоlishtirmа sаrfini hisоblаshdа zаrur bo’lаdi. Tаjribа o’tkаzmаsdаn аdsоrbtsiya izоtеrmаsini hisоblаsh kаttа qiziqish uyg’оtmоqdа. Bundаy hisоblаsh аsоsini quyidаgi tаsаvvurlаr tаshkil qilаdi: – fizik jihаtdаn lоkаllаshmаgаn jаrаyon bo’lgаn оrgаnik mоddаni (nоelеktrlit vа kuchsiz elеktrоlitlаr) uglеrоdli аdsоrbеntlаrgа аdsоrbtsiyasi оrgаnik mоddаlаr mоlеkulаlаrini sirtdаgi uglеrоd аtоmlаri bilаn tа’sirlаshish jаrаyoni bo’lаdi, vа shuning uchun sirtdаgi оksidlаr аdsоrbtsiоn muvоzаnаt vа tаnlоvchаn аdsоrbtsiyagа tа’sir qilmаydi; – eritmаning bаrchа аdsоrbtsiyalаngаn kоmpоnеntlаrining umumiy hаjmi dоimiy kаttаlik bo’lib, u mоlеkulа strukturаsi, kоntsеntrаtsiyalаr nisbаti vа ulаrning оriеntаtsiyasigа bоg’liq bo’lmаydi. Аdsоrbtsiyalаngаn mоddаlаrning mоlyar hаjmlаri tаxminаn suyuqliklаrning mоlyar hаjmigа tеng bo’lаdi; – eruvchаnlikkа tеng bo’lgаn hаjmiy eritmаdаgi muvоzаnаt kоntsеntrаtsiyasigа аdsоrbtsiyaning pаrtsiаl izоtеrmаsi tеnglаmаsidаgi fаоllik kоeffitsiеntining mаksimаl qiymаti mоs kеlаdi, uning qiymаti аdsоrbtsiоn muvоzаnаt kоnstаntаsini eruvchаnlikkа ko’pаytmаsigа tеng bo’lаdi; – suvli eritmаlаrdаn kuchli qutbli mоlеkulаlаrni (dipоl mоmеnti kаttа bo’lgаn) аdsоrbtsiyalаshdа аdsоrbtsiоn fаzаdа dipоl-dipоl itаrilish kuzаtilаdi, bungа sаbаb fаzаlаr chеgаrа sirtidа аdsоrbеnt mаydоni hоsil qilаdigаn bir tоmоnlаmа yo’nаltirilgаn dipоl bo’lаdi, bu esа аdsоrbtsiоn fаzаdа mоddаning mаksimаl zichligini pаsаyishigа оlib kеlаdi IV. Foydalanilgan adabiyotlar ro’yxati. 1. Ахманов М. "Вода, которую мы пьем" С-Пб.: Невский проспект, 2002 2. Когановский А.М., Клименко Н.А и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. – М.: Химия, 1983. – 288 с., ил. 3. Мешалкин А.В., Дмитриева Т.В., Стрижко Л.С. Экохимический практикум/Под общей ред. А.П. Коржавого. – М.: «САЙНС-ПРЕСС», 2002. – 240 с.: ил. 4. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л., Химия, 1977. 464 с. 5. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л., Химия, 1982, 168 с. 6. "Физическая химия" т.1, М.: Высшая школа, 2001 под редакцией Краснова К.С. 7. Фрог Б.Н., Левченко А.П. "Водоподготовка" М.: ИМГУ, 196 8. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М.: Альянс, 2004 9. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М. Высшая школа, 2004.

Sorbtsiya, adsorbtsiya, absorbtsiya, xemosorbtsiya tushunchalari. Qattiq jism sirtidagi adsorbtsiya. Adsorbtsion tenglamalar

Sotib olish