47. Что называется адсорбцией? Назовите виды адсорбции, отличающиеся по механизму.

Адсорбция от латинского sorbeo – поглощаю и Ad - на, при.

Адсорбция – сгущение, концентрирование вещества (молекул, атомов, ионов) на границе раздела соприкасающихся фаз. Этот процесс происходит под влиянием молекулярных сил притяжения со стороны поверхности адсорбента. Адсорбция происходит на любой пограничной поверхности твердого или жидкого тела.

Характер взаимодействия молекул сорбата с поверхностью сорбента может быть самым различным: как физическим, так и химическим. Как правило, физическая (молекулярная) сорбция предшествует химической (хемосорбции).

Физическая сорбция (адсорбция, абсорбция) обусловлена слабыми силами межмолекулярного взаимодействия. Они не приводят к образованию химической связи. Такое взаимодействие происходит за счет дисперсионных сил, вызываемых согласованным движением электронов в сближающихся молекулах, а также ориентационных и индукционных сил, обусловленных постоянным или наведенным электростатическим зарядом (диполей). Первый вид взаимодействия реализуется при сорбции на активных углях, второй – на кремнеземе, оксиде алюминия, цеолите и т.д. Иногда наряду с указанными взаимодействиями имеет место образование межмолекулярной водородной связи. При протекании физической адсорбции структура и свойства молекул изменяется незначительно, их первоначальная индивидуальность практически сохраняется. Физическая адсорбция легко обратима. По природе и механизму взаимодействия этот вид адсорбции аналогичен конденсации пара на поверхности жидкости.

Химическая сорбция происходит за счет сильных и сугубо специфичных сил и сопровождается изменением электронного состояния, строения и свойств как адсорбирующихся молекул, так адсорбента. В результате ее протекания образуется устойчивое поверхностное химическое соединение. По этой причине процесс десорбции затруднен, а в некоторых случаях становится невозможным.

Кроме указанных различий, химическая адсорбция (ХА) отличается от физической (ФА):

- большими значениями теплоты адсорбции. Они по порядку величины близки к тепловым эффектам химических реакций (42-420 кДж∙моль^-1), а не теплоте конденсации (~ несколько кДж∙моль^-1);

- характером сил взаимодействия. Хемосорбция специфична, а физическая адсорбция – неспецифична. ХА возможна лишь при наличии определенного сходства («сродства») между поверхностью адсорбента и адсорбата. Это проявляется в том, что для каждой пары адсорбента и адсорбата наблюдается собственная кривая «адсорбция - температура (давление)»;

- определенной избирательностью, локализацией, ориентацией адсорбата к поверхности, многообразием форм. ХА возможна на различных участках поверхности в различных формах. Для ФА этого многообразия не наблюдается, она не локализована и протекает по всей поверхности, равномерно нарастая;

- зависимостью от структуры сорбента. Для протекания ХА необходимо соблюдение принципа комплементарности (структурного соответствия), т.е. близость основных параметров кристаллической решетки сорбента и геометрических размеров адсорбируемых молекул. ФА мало зависит от кристаллической структуры сорбента, но весьма сильно от его пористости;

- скоростью и энергией активации адсорбции. ФА, как и конденсация, протекает быстро при любой температуре. Она происходит с той скоростью, с какой адсорбат достигает поверхности сорбента, т.е. практически мгновенно. ХА протекает часто медленно с образованием двухмерного химического соединения, требует обычно энергии активации, близкой к энергии активации химической реакции;

- условиями протекания адсорбции. ФА наиболее заметно протекает при невысоких давлениях и температурах (около или ниже t_кип адсорбата), а ХА – при низких и высоких их значениях;

- количеством адсорбированного вещества. ФА заканчивается образованием монослоя адсорбата, а ХА – полислоя. Это связано с тем, что радиус действия физических сил гораздо больше, чем химических. Пределом ФА является поверхностная конденсация насыщенного пара адсорбируемого вещества.

- характером изотерм адсорбции. Для ФА найден только один тип изотермы, которая быстро поднимается, круто поворачивает и затем идет почти параллельно оси давлений. Для ХА характерно значительно большее их разнообразие;

- обратимость относительно действия давления и температуры. При уменьшении Р при t_комн. физически адсорбированные молекулы полностью удаляются, а хемосорбированные – практически нет. В последнем случае молекулы десорбируются химически измененными