Адсорбція тверде тіло –газ.

Адсорбція газів і пару твердими адсорбентами була відома давно. Ще в другій половині ХVІІІ ст. італійський хімік Фонтана і шведський хімік Шееле одночасно встановили властивість свіжопрокаленого вугілля поглинати гази. Особливо інтенсивно адсорбцію газів досліджували в початку ХХ ст., в зв’язку з необхідністю створення противогазу.

Графічна залежність величини адсорбції від рівноважного тиску (концентрації) при постійній температурі називається ізотермою адсорбції.

Адсорбція газів на твердому адсорбенті – найпростіший варіант адсорбції і для неї Ленгмюром була запропонована теорія, яка отримала назву теорія молекулярної адсорбції. В основу цієї теорії лежать наступні основні положення:

1. адсорбція молекул відбувається не на всій поверхні адсорбенту, а тільки на певних її ділянках – адсорбційних центрах;

2. кожний адсорбційний центр може затримати тільки одну молекулу адсорбтиву, так як адсорбтив розміщується на адсорбенті мономолекулярним шаром;

3. адсорбційні молекули затримуються адсорбційним центром в проміжок тільки певного часу, потім відриваються і переходять в газову фазу. При підвищенні температури середній час перебування молекул на поверхні зменшується, відповідно і зменшується адсорбція.

Виходячи із цих положень, Ленгмюр отримав рівняння адсорбції, яке має наступний вид:

Г = Г_max

де, Г – адсорбція;

Г_max – найбільша адсорбція;

p – врівноважений тиск;

b - постійна.

Відрізняють адсорбцію молекулярну (адсорбцію неелектролітів) і іонну (адсорбцію електролітів).

Усі ці види адсорбції залежать від природи адсорбента, від природи адсорбтиву і природи межі середовища.

В залежності від відношень до води відрізняють:

- гідрофобні - що не люблять воду, не адсорбують ії, але адсорбують органічні рідини (бензол, ксилол, толуол);

- гідрофільні - добре адсорбують воду, але не адсорбують органічні речовини, їх ще називають полярні і неполярні.

Адсорбція знайшла широке використання у стабілізації суспензій, емульсій, пін

Адсорбція має велике практичне значення, оскільки вона пояснює процеси змочування поверхні.

При змочування судять по :

1) Теплоті адсорбції або теплоті змочування. Чим більше виділяється тепла, тим краще адбсорція.

2)По поверхневому натягу змочуваної рідини. Чим менше поверхневий натяг змочуваної рідини, тим краще змочування.

3) По крайовому куту.

Крайовий кут - кут, утворений 2 перехресними прямими. Одна з цих прямих - змочувана поверхня. Друга пряма - дотична, яка проходить краплини крізь точку перетину змочуваної поверхні, змочуваної рідини і межі середовища. Чим менше крайовий кут, тим краще змочування поверхні.

Лекція № 16

Тема: Адсорбція на межі тверде тіло – розчин, рідина-рідина.

Мета: Вміти підбирати адсорбент і адсорбтив для адсорбції на межі тверде тіло –розчин, рідина-рідина. Користуватись факторами, які впливають на ці види адсорбції і знати процеси, які супроводжують ці види.

Адсорбція на межі тверде тіло – розчин.

Адсорбція із розчинів на твердому адсорбенті – дуже складний процес, ніж адсорбція газів. Розчини являються двухкомпонентними системами, які складаються із розчиненої речовини та розчинника. Тому адсорбція із розчинів визначається не тільки силами взаємодії між молекулами розчиненої речовини і адсорбентом, але й взаємодією розчинника і адсорбенту, та розчинника і розчиненою речовиною. Якщо розчинена речовина – електроліт, то процес адсорбції ускладнюється ще в тому, що в цьому випадку адсорбуються іони, які несуть електричний заряд.

Адсорбція молекулярної розчиненої речовини в залежності від її врівноваженої концентрації характеризується звичайною ізотермою адсорбції. Ізотерма адсорбції із розбавлених розчинів описується рівнянням Ленгмюра:

Г = Г_max

де, с – врівноважена концентрація речовини в розчині.

Великий вплив на адсорбцію із розчинів вказує природа адсорбенту, розчинника і розчиненої речовини. В якості адсорбентів широко використовують активоване вугілля, силікагель, глину та пористе скло. Всі адсорбенти можна розподілити на 2 основних типи: гідрофільні, які добре змочуються водою та гідрофобні, які не змочуються, але змочуються неполярними органічними рідинами.

Велике значення для адсорбції має пористість адсорбенту. Чим пористість вища (менші пори), тим більша адсорбційна активність.

Рідини, добре змочують поверхню твердих тіл, звичайно мають невеликий поверхневий натяг. Із всіх розчинників вода має найбільш високий поверхневий натяг, поверхневий натяг органічних розчинників значно нижче. Тому адсорбція краще відбувається із водних розчинів і гірше із розчинів з органічними розчинниками.

На адсорбцію також впливає властивість розчинника розчиняти адсорбтив. Чим краще розчинник розчиняє адсорбтив, тим адсорбція із розчину йде гірше. Також адсорбція залежить від будови молекул адсорбтива.

В загальному випадку можна вважати, що гідрофобні адсорбенти (вугілля, тальк) повинні краще адсорбувати органічні (дифільні) речовини із водних розчинів. Гідрофільні адсорбенти (силікагель, глина) повинна краще адсорбувати їх із неполярних або слабополярних рідин.

Адсорбтиви за своєю природою бувають полярні і неполярні, або дифільні, які з'єднують у собі одночасно полярну і неполярну групи.

Неполярна група - гідрофобна частина молекули (вуглеводне коло), позначається рискою -СН₃, -С₁₇Н₃₅.

Полярні групи - гідрофільні групи молекул, позначаються:

-СООН, -ОН, -NH₂, -NO₂.

Усі дифільні адсорбтиви називають поверхневоактивними речовинами, нині знижують поверхневий натяг рідини.

Зменшення поверхневого натягу тим більше, чим більше цієї речовини у рідині.

Поверхневий натяг буде тим більше знижуватися, чим довше вуглеводне ланцюг.

На відміну від поверхневоактивних речовин існують речовини поверхневоактивні, які підвищують поверхневий натяг рідини.

Усі ці види адсорбції мають велике практичне значення, оскільки адсорбція поверхневоактивних речовин проходить миттєво і шаром в 1 молекулу, тому дуже мала кількість поверхневоактивних речовин миттєво може змінити природу поверхні, або гідрофобізувати, або гідрофілізувати ії, а тим самим може забезпечити змішування незмішуваних рідин, незмішуваних порошків з рідиною.