Тема: адсорбция

Адсорбцией называется изменение концентрации вещества в поверхностном слое по сравнению с концентрацией внутри фазы.

Если концентрация в поверхностном слое больше, чем внутри фазы, адсорбция называется положительной, если концентрация в поверхностном слое меньше, чем внутри фазы, адсорбция называется отрицательной.

Поверхностная энергия, отнесенная к единице площади (1 м²) поверхности тела, называется поверхностным натяжением (s):

s = F / S.

Вещества адсорбирующиеся из раствора положительно и уменьшающие поверхностное натяжение жидкости, называются поверхностно-активными вещества или ПАВ (органические кислоты, соли, спирты, амины, красители, белковые вещества).

ПАВ представляют собой дифильные молекулы и состоят из двух частей:

1. Полярные группы: -OH, -COOH, -NH₂, -SO₃H, обладающие сродством к полярной жидкости (вода), называются гидрофильными.

2. Неполярные углеводородные радикалы обладают сродством к неполярным жидкостям (бензол) и называются гидрофобными. Правило Траубе: поверхностная активность веществ на границе раствор – газ увеличивается с увеличением углеводородного радикала в 3.2 раза на группу атомов СН₂.

Изменение поверхностного натяжения жидкости связано с адсорбцией вещества на поверхности жидкости (уравнение Гиббса):

где Г – количество молей адсорбируемого вещества на 1 м² поверхности;

производная ds/ dC – показывает изменение поверхностного натяжения s с изменением концентрации С.

При адсорбции из растворов вещества могут адсорбироваться в виде молекул и ионов. Если вещество адсорбируется в виде молекул, то адсорбция называется молекулярной (неполярной). Если вещество адсорбируется в виде ионов, то адсорбция называется ионной (полярной).

Процесс молекулярной адсорбции описывается уравнением Френдлиха (для средних концентраций):

Где К и 1/n – постоянные величины.

Для их определения, прологарифмировав уравнение Френдлиха:

lg Г = lg K + 1/n lg C,

получим уравнение прямой линии, где lg K = ВС – отрезок, отсекаемый прямой линией по оси ординат, а 1/n = tg j = ВС/АВ (тангенс угла наклона прямой).

Полярная или ионная адсорбция имеет место при адсорбции из растворов электролитов. Различают два вида полярной (ионной) адсорбции: обменную и специфическую. При обменной адсорбции процессы поглощения ионов одного знака сопровождаются выходом из адсорбента в раствор ионов того же знака, то есть между адсорбентом и раствором происходит обмен анионами и катионами.

XH + Na⁺ < = > XNa + H⁺

Изучение процесса катионного обмена на различных адсорбентах дало возможность сформулировать следующие закономерности:

1. Адсорбция катионов увеличивается с увеличением валентности

2. Для катионов одинаковой валентности адсорбция увеличивается с увеличением радиуса иона.

Так, например, для щелочных и щелочноземельных металлов получается следующий лиотропный по величине адсорбции:

Li⁺ < Na⁺ < K⁺ < Rb⁺ < Cs⁺; Mg²⁺ < Ca²⁺ < Sr²⁺ < Ba²⁺ < Ra²⁺.