Analiza Chimica si Instrumentala Aplicata - AcademicDirect

Analiză Chimică şi Instrumentală Aplicată
Metoda cinetică de determinare a izotermelor de desorbţie
În procesul de formare a materialelor, particulele se aranjează în diferite moduri, de unde
rezultă o mare varietate de structuri poroase ce caracterizează textura fiecărui solid. Parametri
texturali ce definesc o structură poroasă a unui material solid sunt: volumul de pori, porozitatea,
suprafaţa specifică, forma şi distribuţia mărimii porilor după rază. Mijloacele de investigare ale
texturii materialelor solide sunt adsorbţia şi desorbţia fizică a gazelor şi vaporilor. Pentru trasarea
izotermelor de adsorbţie – desorbţie se folosesc gaze (N2, Ar, Kr, O2, CO2, CH4) la temperatura de
fierbere şi vapori (butan, butanol, etanol, metanol, benzen, tetraclorură de carbon) care la
temperatura de lucru au presiuni de vapori mari şi reacţionează cu solidul studiat. Izoterma de
desorbţie este reprezentarea lui a = f(x) unde a este cantitatea de substanţă adsorbită pe gram de
adsorbant, iar x = p/p0, adică presiunea relativă a vaporilor, p reprezentând presiunea vaporilor în
echilibru cu substanţa adsorbită şi p0 fiind tensiunea de vapori a substanţei lichide.
a
desorbţie
adsorbţie
adsorbţie
desorbţie
p/p0
t (s)
Izoterme de adsorbţie/desorbţie (a coeficient de adsorbţie)
Coordonatele unui punct de pe izotermă sunt: cantitatea de substanţă adsorbită respectiv
desorbită a (în g/g) care se determină direct şi presiunea relativă a vaporilor p/p0, care se determină
din legea lui Fick. Metoda cinetică constă în determinarea valorilor a şi x cu ajutorul balanţei
analitice. Avem un strat subţire de adsorbant într-o fiolă cu capac găurit şi introducem lichidul de
adsorbit (benzen, etanol, metanol, butan, tetraclorură de carbon) până la îmbibarea adsorbantului.
Tensiunea de vapori a lichidului în interiorul fiolei fiind p0 iar în exterior fiind nulă, apare o difuzie
a vaporilor cu o viteză controlată de legea lui Fick:
dm0
− = −m
0 = D'p
0
dt
unde m 0 este viteza constantă de scădere a greutăţii vasului cât timp mai este lichid deasupra
adsorbantului, întrucât p0 este constant la temperatură constantă. După aceea se evaporă lichidul din
capilarele adsorbantului. Cantitatea de substanţă ce părăseşte fiola în unitatea de timp e
proporţională cu diferenţa de presiune:
dm
p m
∆t
0 ∆m
− = −m
= D'p
, x = = = ⋅
dt
p0
m
0 ∆m0
∆t
unde p este presiunea parţială de echilibru. Ecuaţia poate servi făcând măsurătorile de lichid ∆m şi
∆m0 la timpi egali ∆t = ∆t0, sau, mai convenabil, determinând timpii ∆t şi ∆t0 la mase egale ∆m =
∆m0:
∆m
∆t
0
x = , la ∆t = ∆t0, x = , la ∆m = ∆m0
∆m
0
∆t
S-a presupus că temperatura este constantă tot timpul determinărilor, ceea ce nu este întru
totul valabil, evaporarea fiind un proces endoterm. Dar după un timp, căldura pierdută prin
evaporare este acoperită de cea primită de la mediu şi se stabileşte o temperatură staţionară.
Se folosesc următoarele instrumente: fiolă de cântărit (cutie metalică cu capac perforat),
balanţă analitică, cronometru, adsorbant (cărbune activat granule cu diametrul mai mic de 1mm
uscat în etuvă la temperatura de 150ºC timp de 5 minute), cristalizor (sau o sticlă Petri) cu 100 g
cărbune activ introdus în cutia balanţei pentru a menţine atmosfera liberă de vaporii substanţei
adsorbite, eter etilic, benzen sau metanol.
34
a