slide ape curs 2

8/16/2019 slide ape curs 2

1/30

CHIMIA COLOIZILOR IȘ

SUPRAFE ELORȚ


2/30

Determinare fosfor apă

Prelevare

Analiză laorator

Rez!ltate

S! "e formă se #ăse te fosfor!l$ș

Măsurarea concentra iei de fosfor dintr-un lac/iazț .


3/30

S! "e formă se #ăse te fosfor!l %n apă$ș

materii se&imentaile

or#ani"e ' anor#ani"e(

s! formă &e s!spensie

spe"ii anor#ani"e)ortofosfa i*ț

"omp! i or#ano+fosfori"iș)formă &izolvată*

care din frac iile de dimensiuni diferite ar trebui considerateț

ca fiind fosfor prezent în apă ?


4/30

În hidrosferă, domeniul mărimii coloizilorcuprinde materialul care se încadrează întrefrac iile solubile i precipitate, incluzând oț ș

varietate de minerale i materie organică.ș O proprietate fundamentală a coloizilor este

aria suprafe ei specifice mare.ț


5/30

Chimia coloizilor i suprafe elor se ocupă cu studiul fenomenelor deș ținterfa ă dintre fazele dizolvate i solidă din sistemele de mediu.ț ș


6/30

110-110-210-10-!10-"10-#

$umuri metalur%ice

&raf de ciment

&rafuri metalur%ice$um de o'id de ma%neziu

$um de alcalii

&raf de turnătorie

Cenu(ă de cărbune pulverizat$um de o'id de zinc

Cenu(ă de focar $um de păcură

Cărbune pulverizat&i%men)i

&raf de calcar Cea)ă *2+,!e%ru de fum

&raf de cuptor electricpraf de cuptor +iemens - Martin

&raf de furnal

&raf (i fum de cubilou

$um de )i%ară

amele de dimensiuni ale particulelor comune pe orizontală dimensiunile în milimetri


7/30

Analiza fosfor!l!i, apare o problemă practică e'perimentală

separarea frac iilor se aplică tehnolo%ii deț

filtrare i centrifu%areș

problemă de mediu fosforul reprezintă unnutrient ma3or pentru cre terea al%elor iș șplantelor acvatice dar acolo unde cre tereaș

este e'cesivă apare eutrofizarea.


8/30

-. Aria s!prafe ei spe"ifi"eț 4 Caracteristică amoleculelor foarte mici care au o arie specificămare e'primată în m2/%.

Aria suprafetei specifice a cuburilor de marimecoloidala. Valorile tipice masurate pentru materialelenaturale sunt: caolin 5-20 m2g-1, montmorilonit 700-800 m2g-1, acid fulvic si umic 700-10000 m2g-1.


9/30

/. Sar"ina &e s!prafa ăț

Coloizii au proprietă i unice ce depind de natura lorțchimică particulară.

&entru mediu este foarte important că suprafa ațcoloizilor este capabilă să adsoarbă molecule sau ioni

din solu ii.ț 5ipuri de adsorb ieț

6dsorb ia temporară reversibilăț 6dsorb ia permanentă ireversibilăț

7ntr-un lac sau alt curs de apă adsorb ia determinăț

scăderea concentra iei speciilor solubile.ț 6dsorb ia pe suprafa a soluluiț ț atenuează mi carea înșad8ncime a particulelor solutului.


10/30

!"ist# c$teva tipuri de fenomene de adsorb ieț

Cel mai "!nos"!t este &atoratatra" iei ele"trostati"e a !neițs!prafe e %n"ăr"ată ele"tri"ț .

Mul i coloizi obi nui i din mediuț ș țde e' mineralele ar%iloase au

sarcină ne%ativă constantă. 7n cazul altor solide sarcina nue fi'ă dar depinde deproprietă ile solu iei.ț ț

,'izii metalici ca cei de $e iș 6l sunt o clasă importantă carese %ăse te în soluri iș șsedimente i care au sarciniș

variabile. 9acă suprafa a estețprotonată i pozitivă saușdeprotonată sau ne%ativădepinde de p*-ul apei asociate.


11/30


12/30

:P!n"t!l &e sar"ină zero: p*0 pentru suprafa a unui mineral solid estețp*-ul la care suprafa a are sarcină neutră.ț


13/30

&entru substan ele cu sarcini variabile unde p*-ul solu iei înț țcondi ii normale este mai mic dec8t p*0 suprafe ele devinț țprotonate i coloizii atin% sarcini de suprafa ă net pozitive.ș ț

7n această stare este posibilă atra%erea electrostatică ișadsorb ia sarcinilor ne%ative anioni.ț

;nvers unde p*-ul solu iei este mai mare dec8t p*0 coloidalțsuprafa a coloidă este ne%ativă i are afinitate electrostaticăț șpentru specii pozitive cationi.

7n condi ii normale de mediu unde p*-ul este apropiat de


14/30

0. Strat!l &!l! ele"tri"

&roprietă ile sarcinilor ale suprafe elor coloizilorț țsunt descrise ca strat dublu electric .


15/30

Conform concep)iei stratului dublu electric e'istă unstrat de adsorb)ie care aderă direct la nucleu (ieste denumit strat fi' sau *elmholtz (i un strat difuzcare este format din antiioni sau contraioni.

+tratul fi' este asemănător unui condensator (i estedenumit strat dublu electric.


16/30


17/30

&articulele coloidale din apă datorită încărcăriisuperficiale cu sarcini electrice apar încărcate cu unpoten)ial ne%ativ numit poten)ial zeta sau poten)ialelectrocinetic.

Coloizii prin structura lor apar încărca)i ne%ativ încărcare ce le conferă stabilitate sau echilibru stabilnu sedimentează (i se men)in în echilibru mult timp.


18/30

Modificarea echilibrului coloidal se realizează prinneutralizarea sarcinilor electrice ce conduce lasedimentarea particulelor datorită formării unorparticule mai mari.

, modalitate de destabilizare este prezen a uneițconcentra ii mari de electrolit în apă. 6cesta reprezintățsursă de contraioni care se acumulează la suprafa ațsolidului i reduce %rosimea stratului dublu electric.ș&oten ialul suprafe ei a3un%e la zero.ț ț


19/30

%cimbul ionic asociat cu adsorb ia electrostatic#ț

&entru că mul i coloizi au sarcini ne%ative atrac iaț țelectrostatică pentru cationi pentru a forma strat dubluelectric este un fenomen important i se face pe bazașschimbului ionic.

7n schimbările din mediu ace ti contraioni pot fiș înlocui i de al ii de e' ionii de = în solu ie pot fiț ț țschimba i cu ionii de a de suprafa ăț ț

"oloi&+.1a2 2 32 )a4* 5 "oloi&+.32 2 1a2 )a4*


20/30

&ozi ia de echilibru a reac iei depinde deț ț natura coloidului natura / densitatea sarcinii

concentra ia speciilor adiacente dizolvate.ț

7n soluri i sedimente importan a cationilor careș țparticipă la schimb ionic este Ca2> M%2> => a>.

7n medii cu p* mic ace ti ioni adsorbi i pot fi înlocui iș ț țpar ial cu 6lț > i / sau *ș > aceste două specii fiindconstituien i ai solu iilor puternic acide.ț ț


21/30

O măs!ră a n!măr!l!i &e sar"ini ne#ative "are potparti"ipa la s"6im ioni" )"are este e#al "! "el asar"inilor pozitive* este tra&!să prin CEC)"apa"itatea &e s"6im "ationi"*( "are are "a!nitate &e măs!ră "mol ' 7#.

@neori este măsurată i capaciatea de schimb anionic.șCAC este o proprietate importantă a solului.

&articulele coloidale mici au o arie a suprafe eiț

specifice mare. %arcinile 'nc#rcate atrag ionii de semncontrar din solu ia adiacent# conduc$nd la apari ia unuiț ț strat dublu electric la interfa a solid ( solu ie. Aceast#ț ț tr#s#tur# permite coloi)ilor s# aib# propriet# ile unuiț material care particip# la scimbul ionic.


22/30

6l doilea mecanism de re inere a speciilor pe suprafe eleț țcoloidale este asociat cu leg#tura specific#.

$enomenul de adsorb ie poate fi tratat ca un fenomențfizic în care densitatea sarcinii at8t a coloidului c8t i așsolu iei determină e'tinderea adsorb iei.ț ț

7n contrast cu această afirma ieț le%ătura specificăimplică formarea le%ăturilor chimice covalente întrespeciile solu iei i atomii de la suprafa a coloizilor.ț ș țBe%ătura covalentă nu este le%ată de capacitatea deschimb a suprafe ei dar presupune o combinare întrețelectronul donor i atomii receptori din solu ie i de laș ț șsuprafa a coloizilor.ț

6dsorb ia acizilor %ra i de către suprafa a unui o'id deț ș țfier hidratat este un e'emplu de adsorb ie ce implicățformarea de le%ături covalente.


23/30

$e-,*

$e-,*

> *,,C- D

$e-,*

$e-,

,

C-

> *2,

&entru acest tip de reac ie chimică echilibru se deplasează sprețdreapta adsorb ia fiind favorizată de condi ii de p*. 6stfel de proceseț ț

sunt reversibile i poartă denumirea deș adsorb ie specific#ț . ;oniimetalici sunt capabili să formeze specii le%ate chimic cu suprafe elețo'izilor ca de e'. En.

$e-,*

$e-,*

> En*2,22> D

$e

$e

,> 2*,>

,En


24/30

C8nd adsorb ia specifică apare natura suprafe ei esteț țalterată i protonarea sau deprotonarea ca măsură așp*0-ului suferă schimbări. Be%ătura covalenă acationilor de la suprafa ă face ca aceasta să devină iț ș

mai pozitivă duc8nd p*0 la valori i mai mari în timpșce le%ătura speciilor ionice descre te.ș

*eac iile cimice specifice de formare a leg#turiiț covalente sunt un alt mecanism prin care speciilesolubile se leag# la suprafa a coloi)ilor.ț


25/30

Des"riere "antitativă a a&sor ieiț

*ela ia +angmuir ț presupune că suprafa a soliduluițadsorbantului are un număr specific de locurifiecare fiind capabile să reac ioneze i să le%eț șmoleculele din solu ie adsorbatul. 5oate aceste locurițsunt considerate a fi echivalente i c8nd suntșocupate o altă adsorb ie nu mai are loc decițadsob ia este limitată la acoperirea mono-stratului.ț

Cu alte cuvinte cantitatea adsorbită Cs a3un%e la

ma'imum de cantitate adsorbabilă Csm c8nd toatelocurile sunt ocupate. A'presia matematică este

bC

bC

C

C

aq

sm

aq

s

+

=


26/30

Cs 4 cantitatea adsorbită de către solul în suspensiesol sau sediment / mol %-1

CaF 4 concentra ia solu iei apoase la echilibru / mol l-1ț ț

b 4 constanta de le%ătură / l mol-1 care depinde denatura fizică i chimică a materialului solidGș Csm 4 cantitatea ma'im adsorbabilă / mol %-1 care

depinde de natura solidului c8t i de suprafa a locurilorș ț în care se produce adsorb ia.ț

Haria ia rela iei de mai sus este reprezentată %raficț ț

astfel


27/30


28/30

Csm

CaF / mol l-1

Cs /mol %-1


29/30

$rac ia locurilor active ocupate de către adsorbatț în condi ii specifice este dată prin simbolul I.ț

aq

aq

sm

s

bC bC

C C

+

==

θ

aq

smaq

sbC

C bC C

+

=

smaq

aq

s C bC

bC

C

+

=

smaq

aq

smaq s C bC

bC

C bC C +=

smaq sm s C bC C C

+=


30/30

&antă 4 1/bCsm

;ntersec ie 4 1/Cț sm ob inută prin e'trapolareț

1/CaF / l mol-1

1/Cs / %mol-1

*ela ia +angmuir descrie adsob ia 'n termenii speciilor din solu ii care ocup# unț ț ț

num#r fi" de locuri ecivalente pe suprafa a unui coloid solidț

Documents

slide ape curs 2