ЛЕКЦИЯ № 2, часть 2 Капиллярная конденсация При адсорбции

ЛЕКЦИ Я № 2, часть 2
Капилляр ная ко нд енс ация
При адсорбции паров на твердых пористых адсорбентах
процесс адсорбции может перейти в капиллярную
конденсацию.
Изотерма адсорбции с капиллярной конденсацией
Сорбция — суммарный процесс адсорбции, абсорбции и
капиллярной конденсации.
Адсо рб ция на гра нице твер до е тело — раство р
Процесс осложнен присутствием растворителя. В данном
виде адсорбции действуют следующие факторы:
• молекулы растворителя могут конкурировать с
молекулами адсорбата за адсорбционные центры;
• молекулы адсобрата взаимодействуют с растворителем;
• возможно электростатическое взаимодействие между
поверхностью адсорбента и ионами адсорбата, если
последний является электролитом.
Правило выравнивания полярностей Ребиндера:
Влияние природы растворителя (правило Шилова):
1
Виды а дсо рб ции на гра нице твердо е тело —раство р
Молекулярная адсорбция
Ионная адсорбция —
– эквивалентная ––
– обменная адсорбция —
– избирательная адсорбция —
Правило избирательной адсорбции (Фаянса—Панета)
Адсорбционная способность ионов зависит от их заряда и
радиуса в гидратированном состоянии:
Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+
уменьшение радиуса гидратированного иона
Лиотропный ряд адсорбции однозарядных катионов:
катион
Cs+ Rb+
NH4+ K+ Na+ Li+
радиус, Å
1,68 1,48
1,43 1,33 0,95 0,6
увеличение радиуса гидратированных катионов
уменьшение адсорбции
Лиотропный ряд адсорбции однозарядных анионов:
анион
радиус, Å
NO3– I–
2,5
Br–
Cl–
F–
2,16 1,36 1,81 1,36
увеличение радиуса гидратированных анионов
уменьшение адсорбции
2
Ио ноо б менная адсо рб ция
Адсорбенты, способные к обмену ионами, называются
ионитами.
Иониты —
Иониты имеют сетчатую структуру. С сеткой ковалентно
связаны группы атомов R±, несущие положительный или
отрицательный заряд (фиксированные ионы). Этот заряд
компенсируется противоионами (М+ или А–). Фиксированные
ионы вместе с противоионами (R–M+ или R+А–) называют
ионогенными группировками.
По типу ионогенных групп иониты делят на катиониты
R– M+ (кислотные иониты, обменивающие катионы) и
аниониты R+А– (основные иониты, обменивающие анионы).
Ионообменные реакции:
для катионита:
R–H+ + Na+
для анионита: R+OH– + Cl–
R–Na+ + H+
R+Cl– + OH–
Активность ионитов — поглощающая
характеризуется обменной емкостью (ОЕ) —
способность
Применение в фармации: умягчение жесткой, опреснение
засоленной воды, для извлечения из анализируемых смесей
различных компонентов.
3
Смач ивание
Смачивание
—
это
поверхностное
явление,
заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым или
другим жидким телом при наличии одновременного контакта
этих двух несмешивающихся фаз с третьей фазой — газом
(чаще всего воздухом).
В системе имеются три поверхности раздела фаз: твердое
тело—газ, жидкость—газ, жидкость—твердое тело с
соответствующими поверхностными натяжениями: σтг, σтж,
σгж. Линия пересечения всех трех поверхностей раздела ––
линия смачивания; замкнутая линия смачивания образует
периметр смачивания. Угол θ между поверхностями
жидкость—газ и твердое тело—жидкость –– краевой угол
смачивания.
Смачивание
Несмачивание
4
Уравнение Юнга:
σтг = σтж + σжг cosθ или
cosθ =
σ тг - σ тж
σ жг
• если cosθ > 0 –– «ограниченное смачивание»;
• если cosθ < 0 –– «плохое смачивание»;
• если
равновесный
краевой
угол
устанавливается, — «полное
смачивание»
растекание.
Характеристика явления — энтальпия смачивания:
не
или
ΔН = Hтг –Нтж
Отношение энтальпий смачивания твердых поверхностей
водой
(Нв)
и
углеводородом
(Hу) — характеристика
гидрофильности
поверхности —коэффициент
гидрофильности. Для гидрофильных поверхностей
β =
Нв
> 1,
Hу
для гидрофобных — β < 1. Для активированного угля β ൎ 0,4
(гидрофобная поверхность), для кварца β ൎ 2 (гидрофильная
поверхность), для крахмала β ൎ 20 (сильно гидрофильная
поверхность).
В фармацевтической практике изменение смачивания
применяется
для
регулирования
гигроскопичности
фармацевтических порошков.
5
ПРИЛОЖЕНИЕ К ЛЕКЦИЯМ № 1, № 2,.ч 1 и №2, ч.2
Величины, характеризующие поверхностные явления
Величина
Поверхностная энергия
Поверхностное натяжение
Поверхностная активность
Адсорбция на твердой
поверхности
Адсорбция на жидкой
границе
Символ или
формула
GS
σ
g
a
Коэффициент
гидрофильности
Размерность в
СИ
Дж
Дж/м2 = Н/м
Дж⋅м⋅моль–1
моль/м2*;
моль/кг**
Γ
моль/м2***
H в****
β=
Hy
безразмерная
величина (доли
единицы)
Примечание:
*
Если известна поверхность адсорбента, количество
адсорбированного вещества относится к единице
поверхности адсорбента.
**
Если не известна поверхность адсорбента, количество
адсорбированного вещества относится к единице массы
адсорбента.
***
Количество адсорбированного вещества относится к
единице поверхности раздела фаз.
****
Hв и Hу — энтальпии смачивания твердой поверхности
водой и углеводородом, соответственно.
6