53. Уравнение адсорбции Гиббса, его анализ. Поверхностно-активные, поверхностно-инактивные и поверхностно-неактивные вещества. Изотерма адсорбции, предельная адсорбция г.

Г= - *

с - молярная концентрация растворённого вещества в растворе.

Г – поверхностная адсорбция.

Т – температура, при которой происходит адсорбция.

R – газовая постоянная.

– изменение поверхностного натяжения раствора при изменении концентрации на 𝞓С.

1. Если Г › 0, т.е. концентрация растворенного вещества в поверхностном слое больше, чем в объёме раствора, то ‹ 0. Это характерно для ПАВ. Важнейшие ПАВ – водоростворимые органические соединения, молекулы которых состоят из двух частей: полярной (гидрофильной) и неполярной (гидрофобной). Если в данном растворителе полярная часть диссоциирует, то ПАВ называется ионогенным, в противном случае – неионогенным.

2. При добавлении веществ более полярных, чем растворитель (ПИВ), поверхностное натяжение увеличивается, а Г ‹ 0. Ионы этих соединений взаимодействуют сильнее с молекулами воды, чем молекулы воды друг с другом. Поэтому значительная часть ионов увлекается внутрь объема раствора. Оставшиеся на поверхности ионы создают силовое поле, тем самым повышая поверхностное натяжение.

3. Есть вещества, которые не изменяют поверхностное натяжение Г=0.Их называют (ПНВ).

Из графика следует, что по мере увеличения концентрации вещества адсорбция возрастает вначале резко, а затем всё медленнее и медленние, приближаясь к некоторой величине предельной адсорбции Г∞. Поверхность раствора имеет определенную площадь и при достижении определенной концентрации ПАВ в растворе она оказывается полностью занятой молекулами ПАВ. Поскольку адсорбция мономолекулярна, дальнейшее увеличение концентрации ПАВ в растворе ничего не может изменить в поверхностном слое.

54. Адсорбция на твёрдых поверхностях. Удельная адсорбция. Факторы определяющие количество поглощённого газа или пара на твёрдом адсорбенте.

Удельная адсорбция Г – это равновесное количество поглощаемого вещества, приходящееся на единицу поверхности или массы твердого адсорбента. Удельная адсорбция для твердых адсорбентов преимущественно выражается в молях поглощенного вещества на единицу массы адсорбента: Г = где

n –количество адсорбата, моль;

m – масса адсорбента, г

Количество поглощенного газа или пара зависит от следующих факторов:

1. От свободной поверхностной энергии адсорбента. Адсорбент тем эффективнее, чем меньше измельчен.

2. От сродства адсобтива к поверхности адсорбента. Полярные вещества лучше адсорбируются на полярных адсорбентах, а неполярные - на неполярных.

3. От природы газа. Лучше адсорбируется тот газ, который легче сжимается.

4. От концентрации адсорбата. Зависимость имеет сложный характер, так как с адсорбцией идет одновременно процесс десорбции. При равенстве скоростей этих процессов наступает равновесие

55. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Уравнение Ленгмюра, его анализ. Изотерма адсорбции, предельная адсорбция.

Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра:

1)Адсорбция молекул происходит не на всей поверхности адсорбента, а только на адсорбционных центрах, где имеются участки с наиболее нескомпенсированными силовыми полями.

2)Каждый адсорбционный центр может удерживать только одну молекулу адсорбата, при этом адсорбированные молекулы не взаимодействуют со свободными молекулами, что приводит к образованию мономолекулярного слоя поглощаемого вещества;

3)Процесс адсорбции обратим и динамичен, т.к. адсорбированные молекулы удерживаются адсорбционными центрами только в течение определенного промежутка времени, после чего происходит десорбция этих молекул и адсорбция такого же числа новых молекул.

Уравнения Ленгмюра:

Г_уд = Г_∞ * где

Г∞ - значение предельной адсорбции;

с – равновесная концентрация адсорбента в системе;

К – константа адсорбционного равновесия.

Г₀ – предельная адсорбция

1)На 1 участке концентрация маленькая Кс << 1 ; Г_уд = Г_∞ * КС

2)На 2 участке концентрация имеет среднее значение Г_уд = Г_∞ *

3)На 3 участке концентрация большие Кс >> 1; Г_уд = Г_∞

56. Адсорбция на границе твердое тело – жидкость, её особенности. Факторы её определяющие: величина удельной поверхности и сродство адсорбента к адсорбтиву, природа растворителя, природа поглощаемого вещества («подобное взаимодействует с подобным», правило Шилова, правило Ребиндера), влияние концентрации растворённого вещества на процесс адсорбции, влияние температуры.

1. При адсорбции из раствора важным фактором является величина удельной поверхности адсорбента и его сродство к поглощаемому веществу. Гидрофильные адсорбенты хорошо поглощают полярные вещества, а гидрофобные - неполярные вещества. 1

2. Природа растворителя: Чем хуже данный растворитель смачивает поверхность адсорбента и чем хуже растворяет вещество, тем лучше будет происходить адсорбция растворенного вещества.

3. Природа поглощаемого вещества:

а) Выполняется правило «подобное взаимодействует с подобным», т.е. должно быть сродство между адсорбентом и адсорбтивом;

б) правило Шилова: Чем больше растворимость вещества в данном растворителе, тем хуже оно адсорбируется на поверхности твердого адсорбента

в) правило Ребиндера: На поверхности раздела фаз прежде всего адсорбируются те вещества, при адсорбции которых происходит выравнивание полярностей соприкасающихся фаз, причём с увеличением разности полярности фаз способность к адсорбции этих веществ возрастает.

4. Влияние концентрации растворенного вещества на процесс адсорбции при постоянной Т описывается уравнением Ленгмюра

Г_уд = Г_∞ *

5. Повышение температуры снижает эффективность адсорбции, так как с повышением температуры повышается растворимость.

57. Адсорбция растворённого в жидкости вещества на твёрдом адсорбенте, молекулярная адсорбция и ионная адсорбция. Факторы, влияющие на ионную адсорбцию: химическая природа адсорбента, химическая природа ионов (лиотропные ряды Гофмейстера, влияние заряда иона на адсорбцию, правило Панетта – Фаянса).

Молекулярная адсорбция – адсорбция из растворов неэлектролитов. В этих случаях растворенное вещество адсорбируется на поверхности твердого тела в виде молекул.

Ионная адсорбция – адсорбция из растворов сильных электролитов. В этом случае растворённое вещество адсорбируется в виде ионов

. Ионная адсорбция на твёрдом адсорбенте, её особенности.

Ионная адсорбция – адсорбция из растворов сильных электролитов. В этом случае растворённое вещество адсорбируется в виде ионов.

Особенности ионной адсорбции:

1. Адсорбируются заряженные частицы (ионы), а не молекулы.

2. Адсорбция происходит только на полярных адсорбентах, поэтому её часто называют полярной адсорбцией.

3. Адсорбция сопровождается образованием двойного электрического слоя (ДЭС).

4. Адсорбция является избирательной, т.е. на каждом данном адсорбенте катионы и анионы адсорбируются неодинаково.

5. В основе ионной адсорбции лежат химические силы, и она чаще всего кинетически необратима.

6. Для ионной адсорбции характерно явление обменной адсорбции.

Факторы:

1. Химическая природа адсорбента Чем более полярным является адсорбент, тем лучше он адсорбирует ионы из водных растворов. На активных центрах, несущих положительный заряд, адсорбируются анионы(-), на отрицательных – катионы(+).

2. Химическая природа ионов

а) На адсорбцию ионов большое влияние оказывает величина радиуса иона. С увеличением кристаллического радиуса иона возрастает адсорбционная способность. В соответствии с этим ионы можно расположить в ряды по возрастающей способности к адсорбции. Эти ряды называют лиотропными рядами Гофмейстера:

Li ‹ Na ‹ K ‹ Rb ‹ Cs

б) Чем больше заряд иона, тем сильнее адсорбция:

K ‹‹ Са ‹‹ Al

Правило Панетта-Фаянса:

На кристаллической поверхности адсорбируются те ионы, которые способны достраивать кристаллическую решетку и дают труднорастворимое соединение с ионами, входящими в кристалл.