Смачивание. Зависимость адсорбции от свойств твердой поверхности. Гидрофильные и гидрофобные поверхности.

Адсорбция (от лат. ad - на, при и sorbeo - поглощаю), поглощение вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела. Например, если поместить в водный раствор уксусной кислоты кусочек угля, то произойдёт адсорбция - количество кислоты в растворе уменьшится, молекулы кислоты сконцентрируются на поверхности угля.

Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а поглощаемое из объёмной фазы - адсорбатом. В зависимости от характера взаимодействия между молекулой адсорбата и адсорбентом адсорбцию принято подразделять на физическую и хемосорбцию. Менее прочная физическая адсорбция не сопровождается существенными изменениями молекул адсорбата. Она обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия, которые связывают молекулы в жидкостях и некоторых кристаллах и проявляются в поведении сильно сжатых газов. При хемосорбции молекулы адсорбата и адсорбента образуют химические соединения. Часто адсорбция обусловлена и физическими и химическими силами, поэтому не существует чёткой границы между физикой адсорбцией и хемосорбцией.

Поверхность твердого тела, в отличие от поверхности жидкости, имеет сложный, неоднородный характер. Даже полированное зеркало имеет на поверхности выступы размерами до см. Адсорбция происходит не на всей поверхности, а лишь на активных центрах.

Поверхность адсорбента часто бывает пористой. Наличие пор приводит к тому, что адсорбция сопровождается капиллярной конденсацией.

Величина адсорбции газа на твердом адсорбенте зависит от следующих факторов:

температуры;

концентрации (равновесного давления) пара или газа в поверхностном слое;

природы твердого тела;

природы газа.

Особенности адсорбции газов на твердых адсорбентах свидетельствуют о том, что определяющим в этом виде адсорбции является состояние поверхности адсорбента.

Все адсорбенты подразделяются на две принципиально разные группы:

1) адсорбенты с гладкой поверхностью (непористые адсорбенты);

2) пористые адсорбенты.

При одинаковой степени измельчения пористые адсорбенты имеют гораздо большую удельную поверхность чем непористые, и, кроме того, адсорбция на них может сопровождаться капиллярной конденсацией.

Адсобрция на непористых адсорбентах зависит в основном:

от сродства адсорбента к адсорбтиву. Это сродство тем сильнее, чем резче выражена склонность к образованию определенных связей. Так, графитированная сажа неполярна, поэтому на ней сильнее адсорбируются неполярные органические соединения. На поверхности ионных кристаллов (полярные адсорбенты) лучше адсорбируются полярные вещества. На поверхности оксидов обычно имеются гидроксильные группы, способные образовывать водородные связи, поэтому они прочно удерживают воду, спирты, амины и т.д.;

от дисперсности адсорбента. Вы помните, что чем меньше размер частицы, тем больше ее удельная поверхность. В промышленности получают высокодисперсные порошки с удельной поверхностью порядка сотен квадратных метров на 1 г вещества, однако из-за их легкой вспыливаемости их чаще используют в качестве наполнителей полимеров, лаков и смазок.

Наиболее распространенные непористые адсорбенты: оксиды графитированная сажа, белая сажа, аэросил.

Пористые тела - это твердые тела, внутри которых имеются поры, обусловливающие наличие внутренней межфазной поверхности.

Адсорбция на пористых телах, так же как на непористых, требует достаточного сродства между адсорбентом и адсорбтивом. Однако кроме этого она зависит:

от размеров пор;

от пористости.

 

Практическое применение адсорбции в технологических процессах. Понятие о хроматографии.

Имеет большое значение для медицины и биологии. Все биопроцессы протекают на поверхности разделения фаз: синтез белка, ферментативные реакции и тд. Хроматогра́фия (от др.-греч. χρῶμα — цвет) — динамический сорбционный метод разделения и анализасмесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ. Основан на распределении веществмежду двумя фазами — неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) иподвижной (газовая или жидкая фаза, элюент). Название метода связано с первыми экспериментами похроматографии, в ходе которых разработчик метода Михаил Цвет разделял ярко окрашенные растительныепигменты.

 

 

Понятие о дисперсных системах. Степень дисперсности и удельная поверхность. Классификация по степени дисперсности: грубодисперсные системы, коллоидные растворы (золи), истинные растворы, растворы полимеров. Общая характеристика классов.

Если одно вещество, находящееся в раздробленном (диспергированном) состоянии, равномерно распределено в массе другого вещества, то такую систему называют дисперсной.В таких системах раздробленное вещество принято называть дисперсной фазой, а среду, в которой она распределена, - дисперсионной средой.Дисперсные (раздробленные) системы являются гетерогенными. Все дисперсные системы по величине частиц дисперсной фазы можно разделить на следующие группы: микроскопическая дисперсность 10-2-10-4, Суспензиями называют системы, в которых твёрдое вещество находится в жидкой дисперсионной среде, например, взвесь крахмала, глины и др. в воде.Эмульсиями называют дисперсионные системы двух несмешивающихся жидкостей, где капельки одной жидкости во взвешенном состоянии распределены в объёме другой жидкости. Например, масло, бензол, толуол в воде или капельки жира (диаметром от 0,1 до 22 мк) в молоке и др., каллоидная: 10-5-10-7,Они имеют размеры частиц дисперсной фазы от 0,1 мк до 1 ммк (или от 10-5 до 10-7 см). Такие частицы могут проходить через поры фильтровальной бумаги, но не проникают через поры животных и растительных мембран Коллоидные частицы при наличии у них электрического заряда и сольватно-ионных оболочек остаются во взвешенном состоянии и без изменения условий очень долго могут не выпадать в осадок.,молекулярная: 10-8-10-9Такие системы имеют размеры частиц, не превышающие 1ммк. К молекулярно-дисперсным системам относятся истинные растворы неэлектролитов, ионная: 10-10, Это растворы различных электролитов, как, например, солей, оснований и т.д., распадающихся на соответствующие ионы, размеры которых весьма малы и выходят далеко за пределы 10-8 см.Пены – это дисперсия газа в жидкости, причём в пенах жидкость вырождается до тонких плёнок, разделяющих отдельные пузырьки газа.

Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость раздроблена другой, нерастворяющей её жидкостью (например вода в жире).

Суспензиями называют низкодисперсные системы твёрдых частиц в жидкостях.

Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем: ГАЗ\ГАЗ:Дисперсная система не образуется, ГАЗ\ЖИД:Газовые эмульсии и пены, ГАЗ\ТВ: Пористые тела: поролон пемза, ЖИД\ГАЗ: Аэрозоли: туманы, облака, ЖИД\ЖИД: Эмульсии: нефть, крем, молоко, маргарин, масло, ЖИД\ТВ: Капилярные системы: Жидкость в пористых телах, грунт, почва, ТВ\ГАЗ: Аэрозоли (пыли, дымы), поршки, ТВ\ЖИД: Суспензии: пульпа, ил, взвесь, паста, ТВ\ТВ: Твёрдые системы: сплавы, бетон