Ионная адсорбция

Ионные вещества из растворов адсорбируются в виде ионов. Адсорбция ионов зависит от их радиусов и энергии гидратации. С увеличением радиусов адсорбция усиливается.

Ионы одинаковых зарядов располагаются в следующие ряды (ряды Гофмейстера):

Li⁺ < Na⁺ < K⁺ < Rb⁺ < Cs⁺;

Mg²⁺ < Ca²⁺ < Sr²⁺ < Ba²⁺;

Cl^– < Br^– < NO₃^– < I^– < SCN^–;

K⁺ << Ca²⁺ << Al³⁺ << Th⁴⁺

Катионы при прочих равных условиях адсорбируются слабее, чем анионы. Встречается эквивалентная адсорбция, когда катионы и анионы адсорбируются в равных количествах. Это похоже на молекулярную адсорбцию.

Избирательная адсорбция. По правилу Панета – Фаянса на поверхности кристалла преимущественно адсорбируются ионы, входящие в состав вещества или изоморфные с ним.

1. Ag⁺ + Br^– (изб) = Ag Br

Из раствора адсорбируются ионы брома, поверхность заряжается отрицательно:

Br^– Br^– Br^– Br^– Br^– Br^– Br^– Br^–

Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^–

2. Ag⁺(изб) + Br^–= Ag Br

Из раствора адсорбируются ионы серебра, поверхность заряжается положительно:

Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺

Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^–

При отсутствии избытка одного из веществ поверхность остается не заряженной.

К заряженной в результате ионной адсорбции поверхности из раствора притягиваются ионы противоположного заряда, и таким образом возникает двойной электрический слой со скачком потенциала. Адсорбироваться могут ионы флюоресцентного красителя (Fl^–), и тогда поверхность осадка флюоресцирует. Часть противоионов находится в диффузионном слое.

Fl^– Fl^– Fl^–

Fl^– Fl^– Fl^– Fl^– Fl^– ДЭС

Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺ Ag⁺

Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^– Ag⁺ Br^–

Избирательная адсорбция приводит к возникновению двойного электрического слоя (ДЭС).

Адсорбция на твердых поверхностях применяется для разделения и очистки веществ, газовых смесей и растворов от нежелательных примесей.

Ведущее значение в анализе сложных смесей приобрел метод хроматографии, основанный на динамическом процессе адсорбции. Для уяснения сущности хроматографии представим себе поток слабо адсорбируемого газа, проходящего через колонку с адсорбентом в виде гранул. На входе в колонку в поток газа впрыскивается анализируемая смесь. Отдельные компоненты смеси адсорбируются с разной прочностью. Поскольку процесс адсорбции обратим, поток газа-носителя увлекает частицы компонентов, и они вновь адсорбируются вдоль колонки. Наблюдается движение зоны с адсорбированным веществом. Зоны компонентов движутся по колонке с разной скоростью. Компоненты покидают колонку последовательно, и на выходе регистрируются специальным детектором. На бумажной ленте записываются пики компонентов. Про времени прохождения вещества через колонку (называют время удерживания) устанавливается, какое это вещество.