05.Адсорбция

М.В. Чорная
Поверхностные явления
Это процессы которые происходят на
границе раздела фаз в гетерогенных
системах.
Свойства молекул в поверхностном слое и
в объеме системы существенно
различаются между собой.
Поверхностные
молекулы жидкости
всегда находятся под
действием силы ,
стремящейся втянуть
их внутрь, т.е.
поверхность
жидкости всегда
стремится
сократится.
Поверхностная энергия Gs
Важнейшей характеристикой
поверхностной фазы является
поверхностная энергия Gs – разность
средней энергии частицы, находящейся
на поверхности, и частицы, находящейся
в объеме фазы
Поверхностное натяжение σ
Для характеристики поверхности раздела,
отделяющей данную фазу от другой,
вводится понятие поверхностное
натяжение σ – отношение
поверхностной энергии к площади
поверхности раздела фаз; величина
поверхностного натяжения зависит
только от природы обеих фаз.
Адсорбция
• Это изменение концентрации
компонентов в поверхностном слое по
сравнению с объемной фазой.
• Адсорбция наблюдается на границе
раздела различных фаз.
Поверхностно-активные
вещества (ПАВ)
• ПАВ- это соединения, которые
адсорбируются на поверхности раздела
фаз и уменьшают поверхностное
натяжение воды.
• Американские ученые Ленгмюр и
Гаркинс выдвинули предположение, что
ПАВ имеют дифильное строение, т.е.
состоят из частей - полярной и
неполярной.
• а – полярная часть ,
обеспечивающая ее
склонность к ,
ассоциации и т.д.,
например группы -ОН,
-NH2, -СООН
• b – неполярная часть ,
обладающая слабым
силовым полем,
например
углеводородная цепь
В процессе
происходит не только
накопление в
поверхностном слое,
но и ориентация полярная часть
направлена в
полярную среду, а
неполярная - в
неполярную.
• Вещества, добавление которых к
растворителю уменьшает поверхностное
натяжение, называют поверхностноактивными (ПАВ), вещества, добавление
которых увеличивает или не изменяет
поверхностное натяжение –
поверхностно-инактивными (ПИАВ).
Рис. 1 Изотермы поверхностного
Рис. 2 Изотерма адсорбции
натяжения растворов ПИАВ (1, 2)
ПАВ на границе раствор – пар
и ПАВ (3)
Правило Дюкло -Траубе
Исследуя поверхностное натяжение водных
растворов органических веществ, Траубе и
Дюкло установили для гомологических рядов
поверхностно-активных веществ следующее
эмпирическое правило:
В любом гомологическом ряду при малых
концентрациях удлинение углеродной
цепи на одну группу СН2 увеличивает
поверхностную активность в 3 – 3.5
раза.
Физическая адсорбция возникает за счет ван-дерваальсовых
взаимодействий.
Она
характеризуется обратимостью и уменьшением
адсорбции при повышении температуры,
Химическая
адсорбция
(хемосорбция)
осуществляется
путем
химического
взаимодействия
молекул
адсорбента
и
адсорбата. Хемосорбция обычно необратима;
химическая
адсорбция,
в
отличие
от
физической, является локализованной, т.е.
молекулы адсорбата не могут перемещаться по
поверхности
адсорбента.
Повышение
температуры способствует её протеканию.
Ионная адсорбция
Это химическое взаимодействие между
ионами растворенного вещества с
твердой поверхностью адсорбента.
Ионная адсорбция происходит по двум
механизмам:
1)избирательная адсорбция
2) ионообменная адсорбция
Правило Пескова Фаянса
Первое правило.На поверхности кристаллического
твердого тела из раствора электролита
специфически адсорбируется ион, который способен
достраивать его кристаллическую решетку или
может образовывать с одним из ионов, входящим в
состав кристалла, малорастворимое соединение.
Второе правило.На твердой поверхности адсорбента
адсорбируются только те ионы знак заряда
которых противоположных знаку заряда
поверхности адсорбента
Ионообменная адсорбция
• Ионообменная адсорбция - это процесс
обмена ионов с одинаковым зарядом
который происходит между адсорбентом
и адсорбатом в точно эквивалентных
соотношениях.
• Адсорбенты, на которых происходит
процесс обмена ионов называют
ионитами. (ионообменниками).
Катиониты