Самостійна робота № 17

Тема: Процеси змочування, хроматографія.

 

Стислі теоретичні відомості

 

Хроматографія.

На практиці часто проводять адсорбцію на твердому адсорбенті із розчинів, які містять декілька розчинених речовин. В цьому випадку всі речовини в тому чи іншому ступені будуть адсорбуватися. Співвідношення в якому адсорбуються компоненти суміші визначаються їх концентраціями і властивістю кожного компоненту адсорбуватися на певному адсорбенті. Чим вище концентрація компонента в розчині, тим вона в більшої кількості буде адсорбуватися. Якщо ж речовина і в чистому виді володіє слабою адсорбційною активністю відносно вибраного адсорбенту, то вона буде погано адсорбуватися і із суміші.

Ці закономірності адсорбції речовин із багатокомпонентних розчинів лягли в основу хроматографії – методу розподілу і аналізу багатокомпонентних сумішей. Вперше цей метод був використав М.С. Цвєтом для розподілу на складові компоненти складного рослинного компоненту – хлорофілу. Пропускаючи розчин хлорофілу через шар оксиду алюмінію, який поміщають в скляну трубку Цвєт помітив, що окремі компоненти цієї складної речовини адсорбуються на різних рівнях по висоті колонки. В верхній частині накопичується компонент, який володіє найбільшою адсорбційною активністю, наступні зони відповідають компонентам з меншими адсорбційними властивостями. Так як окремі компоненти хлорофілу закрашені, то ці зони легко розрізнити по кольору. Такий кольоровий стовп адсорбенту Цвєт назвав хроматограмою, а сам метод аналізу – хроматографічним.

За допомогою хроматографічного методу можна розділяти складні органічні речовини, дуже близькі по будові, а також неорганічні сполуки. Суміш, яку розділяють пропускають через хроматографічну колонку. В залежності від адсорбційної властивості речовини розміщуються в хроматографічній колонці по висоті шару адсорбенту, утворюючи ряд хроматографічних зон. При наступному промиванні адсорбенту чистим розчинником зони адсорбованих компонентів переміщуються вниз. З найбільшою швидкістю рухається зона компонента, яка володіє найменшою адсорбційною активністю, повільніше всіх зміщується верхня зона компоненту з найкращою адсорбованостю. Розчинник пропускають через адсорбент до тих пір, поки всі зони, які утворюють компоненти, не вийдуть із неї. Постійно відбираючи проби рідини, які виходять із колонки і визначають в них вміст компонента, отримують адсорбційну хроматограму. По неї можливо зробити висновок про чистоту компонента в суміші і про їх відносний вміст.

Хроматографія дуже широко використовується для розподілу вітамінів, амінокислот, ферментів, лікарських і інших речовин.

 

Змочування.

До поверхневих явищ відносять і змочування поверхні твердого тіла рідиною. При нанесенні краплі рідини на тверду поверхню виникають сили тяжіння між молекулами рідини і твердого тіла. Якщо ці сили тяжіння більші, чим сили тяжіння між молекулами рідини, то крапля рідини розтечеться по поверхні, то рідина змочує тверде тіло. Якщо сили тяжіння між молекулами рідини більші, чим між молекулами рідини і твердого тіла, то рідина погано змочує або не змочує поверхню.

Від ступеня змочування залежить форма краплі. Кут, який крапля рідини утворює з поверхнею, називається кутом змочування або крайовим кутом. При змочуванні цей кут гострий, а при незмочуванні – тупий. Якщо поверхня змочується водою, то її називають гідрофільною. До речовин з гідрофільною поверхнею відносяться, наприклад: алмаз, кварц, скло, целюлоза. Поверхні, які змочуються неполярними рідинами, являються гідрофобними, або олеофільми. До них відносяться поверхні парафіну і інших твердих вуглеводнів, тальк, графіт, сірка.

Змочуввання грає важливу роль в різних технологічних процесах, наприклад, при збагачені вугіллля, руди. До суспензії бідної руди в воді додають спеціальні поверхнево-активні речовини, які гідрофобізують поверхню частинок цінної породи і знижують їх змочування водою. Пуста порода – кварц, силікати, вапняк – гідрофільні, вони змочуються водою і тонут. При пропусканні через таку супензію повітря гідрофобізіровані частинки прилипають до пузирів повітря і впливають. Таким чином, на поверхні суспензії концентруються тверді частинки цінної породи. Цей процес розподілу частинок суспензії називаєтьтся флотацією.

Велике значення має змочування при механічній обробці металів – різанні, шліфовці. При механічній обробці твердого металу в рідині, рідина яка його змочує, проникає в мікротріщини і перешкоджає їх закриттю. Тому руйнування твердих тіл протікає краще в рідинах, а не в повітрі. Гідрофільні тіла (кварц, скло) швидне руйнуються в воді, а такі речовини, як графіт, вугілля, метали, краще оброблювати в неполярних рідинах. Якщо в рідині розчинено поверхнево-активну речовину, то молекули її, проникають в глубину мікротріщин і адсорбуються на стінках, переміщаються до вершини тріщини, прагнуть зруйнувати тіло.

 

Завдання для виконання самостійної роботи.

1. На якому принципі заснований хроматографічний метод аналізу?

2. Які переваги хроматографічного методу аналізу?

3. Як можливо придати поверхні властивість змочуватися водою (бензолом)?

4. Практичне використання хроматографії.

5. Що таке флотація?

6. Використання флотації в харчовій промисловості.

7. Які поверхні називаються гідрофобними і гідрофільними?

8. Що називають кутом змочування?