Physikalische Chemie SS Versuch 7 : Aufnahme einer Adsorptionsisothermen

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1 Physikalische Chemie SS 2002 Praktikumprotokoll Versuch 7 : Aufnahme einer Adsorptionsisothermen von Joanna Swidlinski Matrikelnr.: Annika Dettloff Matrikelnr.:

2 Physikalische Chemie Praktikum Adsorptionsisotherme Joanna Swidlinski Matrikelnr.: Annika Dettloff Matrikelnr.: Theoretische Grundlagen: Bringt man einen adsorbierenden Stoff (Adsorbens) in die Lösung (oder den Gasraum) einer adsorbierbaren Substanz (Adsorbat), so stellt sich zwischen beiden ein Adsorptionsgleichgewicht ein. Ein Teil des Adsorbats haftet auf der Oberfläche des Adsorbens an, während die übrige Menge in der Lösung (bzw. im Gasraum) verbleibt. Man hat sich diesen Zustand so vorzustellen, daß die Anzahl der Moleküle, die pro Zeiteinheit auf die Oberfläche des Adsorbens adsorbieren, genauso groß ist wie die jener, die die Oberfläche wieder verlassen (desorbieren). Man spricht daher von einem dynamischen Gleichgewicht. Je nach Art der Bindung zwischen Adsorbens und Adsorbat spricht man von Physisorption, wenn nur van der Waalssche Kräfte wirksam sind, und von Chemisorption, wenn die Stärke der Bindung mehr chemischen Bindungskräften gleicht. Bei der Physisorption bleiben die adsorbierten Moleküle als solche erhalten. Bei der Chemisorption kann es zu einem Zerfall der Moleküle kommen. Ausmaß und Art der Adsorption hängen von der chemischen Natur von Adsorbens und Adsorbat, von der Oberflächenstruktur des Adsorbens und von der Konzentration (bzw. dem Druck) des Adsorbats in der umgebenden Lösung (bzw. im Gasraum) ab. Auf die Möglichkeit der selektiven Adsorption eines Adsorbats aus einem Gemisch bzw. die Verdrängung einer adsorbierten Substanz durch eine andere (Verdrängungsadsorption) sei hier nur hingewiesen. Adsorption auf Aktivkohlefiltern (etwa von chlorierten Kohlenwasserstoffen) spielt bei der Trinkwasseraufbereitung eine große Rolle. Für eine gegebene Temperatur existiert eine Beziehung zwischen den pro Flächeneinheit adsorbierten Teilchen und der Konzentration bzw. dem Partialdruck des Adsorbats. Beschränkt sich die Adsorption auf die Ausbildung einer monomolekularen Adsorptionsschicht und ist die Adsorptionswärme unabhängig vom Belegungsgrad der Adsorbensoberfläche, dann gilt oft die Langmuirsche Adsorptionsisotherme. Θ = b c / 1 + bc Θ = Belegung, auch Bedeckungsgrad c = Konzentration des Stoffes in Lösung (Gleichgewichtskonzentration) b = Adsorbtionskonstante 2

3 Man kann Isotherme nach Freundlich wiedergeben Θ = α c 1/β Θ c = Belegung, auch Bedeckungsgrad = Gleichgewichtskonzentration β,α = Adsorptionskonstante Verwendete Geräte Vollpipetten Peleusball Stoppuhr Erlenmeyerkolben mit Schliff Erlenmeyerkolben ohne Schliff Magnetrührer Analysenwaage Trichter Filterpapier Messkolben Urgläser Benötigte Chemikalien Essigsäure ( c = 1 mol/l) Natronlauge (c = 0,1 mol/l) Aktivkohle Phenoptalein-Lösung Versuchsdurchführung: Aus Essigsäure ( c = 1 mol/l) werden je 100ml verdünnte Lösungen folgender Konzentrationen angesetzt : c 0 = 0,8 ; 0,5 ; 0,3 ; 0,2 ; 0,1 ; 0,008 ; 0,005 mol/l Anschließend werden jeweils ca.2g Aktivkohle in einen Erlenmeyerkolben mit Schliff mit der Analysenwaage eingewogen und die genaue Menge notiert. Diese Aktivkohle wird danach mit je einer der verdünnten Essigsäurelösung versetzt und mit Hilfe des Magnetrührers 15 Minuten lang gerührt. Es ist darauf zu Achten, dass die Proben gleich behandelt werden. Die Lösungen werden in einen Erlenmeyerkolben ohne Schliff abfiltriert. Diese werden nach der Filtration mit einem Uhrglas bedeckt, damit keine Essigsäure verdunsten kann. Man titriert die einzelnen Proben gegen Phenolphtalein mit Natronlauge, und kann so die Gleichgewichtskonzentration der eingesetzten Essigsäure ermitteln. 3

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