Адсорбция. Зависимость от параметров системы

К явлениям, способствующим уменьшению σ относят:

Адсорбция – это процесс самопроизвольного перераспределения компонентов системы между поверхностным слоем и объемом фазы. Может быть только во многокомпонентной системе. Перераспределяться в первую очередь будет компонент, у которого максимально маленькая σ.

Адсорбент – вещество, на поверхности которого происходит адсорбция.

Адсорбат – вещество, которое перераспределяется.

Десорбция – процесс обратный адсорбции (т.е. переход в объем среды).

Различают адсорбцию газов на «т» и «ж», растворенных веществ на поверхности твердых и жидких тел.

Единицы измерения – число молей или массы на единицу поверхности объема или массы адсорбента: моль/м², моль/кг, моль/м³, кг/м², кг/кг, кг/м³.

Различают также гиббсовскую адсорбцию – это избыточное количество вещества в поверхностном слое по сравнению с его количеством в объеме фазы. Единицы измерения: моль/м², кг/м².

Адсорбция зависит от T, p, c перераспределенного вещества, а также физико-химического сродства адсорбента и адсорбата (селективности). При адсорбции одного и того же вещества

; - называется изотермой.

Зависимость ; - изопикна, изобара.

Зависимость ; - изостера.

Т.к. проще всего сделать const – T чаще всего адсорбцию описывают изотермой.

Типы адсорбции

Согласно физико-химической классификации различают:

1) Физическая адсорбция (молекулярная)

2) Хемосорбция (химическое присоединение атомов и молекул)

3) Ионный обмен

Физическая адсорбция реализуется сил Ван-дер-Вальса. Они включают силы Франца, Лондона, создают дисперсионный эффект. За счет флуктуаций эмбрион плотностей соседних атомов – 65-70% вклад.

- силы Кеезома, создают ориентационный эффект при деполь-депольном взаимодействии полярных молекул – 25-30%

- силы Дебая, создают индукционный эффект за счет индуцирования деполя в неполярной молекуле при взаимодействии ее с полярной – 5%

Для всех 3х составляющих выполняется закон изменения энергии от расстояния.

, ;

с – const, своя для каждого эффекта; m ≈ 12.

Полная потенциальная энергия взаимодействия двух атомов:

При адсорбции идет взаимодействие адсорбируемого атома со многими атомами вещества. С учетом способности адс. взаимодействий к аддитивности после математических операций получим:

, т.к. получили вместо 6 степени 3 можно сказать, что адсорбционные силы имеют более дальнодействующий характер:

, n – число атомов, с которыми идет взаимодействие.

.

Вывод:
1. Чем больше n, тем больше адсорбция.

2. Чем больше атомов в молекуле, тем лучше адсорбция, т.к. выше в несколько раз.

 

 

Хемосорбция – обусловлена силами химической природы (ионное взаимодействие, образование ковалентных, водородных связей). При этом может теряться индивидуальность исходных компонентов.

Четкой границы между физической адсорбцией и хемосорбцией нет. Физическая адсорбция может предшествовать хемосорбции. Один и тот же Адсорбат может адсорбироваться по различному механизму в зависимости от условий.

Адсорбция О₂ на угле.

- физическая адсорбция.

- хемосорбция

Десорбция уже СО или СО₂

 

Отличия физической адсорбции от хемосорбции не вникая в механизм взаимодействия:

ü величина

ü универсальность и слабая специфичность физической адсорбции по сравнению с хемосорбцией

ü обратимость физической адсорбции

ü характер температурной зависимости

Ионный обмен

Эквивалентный обмен ионов адсорбата на ионы того же знака адсорбента называется ионным обменом. Проявляется в гетерогенной системе т-ж, ж-ж, когда из жидкой фазы могут не переходить ионы в твёрдую фазу или другую не смешивающую жидкость. Суть ионного обмена в эквивалентном обмене. Адсорбенты способные к такому обмену называются ионообменниками или ионитами. Они находят большое применение. Их классифицируют:

- на природные (торф, почвы гидроокиси металлов) и синтетические (ионообменные смолы, цеолиты, феррцианиты и тд.)

- по составу: на органические (ионообменные смолы и тд.) и неорганические (сульфиды силикаты)

- по знаку заряда обменных ионов на катиониты (КУ-2), аниониты (АВ-17, АН-31), амфолиты (АНКБ-34), гидроокиси металлов (ЭДЭ-10П)

Механизм адсорбции на катионите может быть.

R-COO-H + Na⁺ → R-COONa + H⁺

Адсорбция идёт на функциональных группах. Используется в металлургии, извлечении ценных компонентов, очистки воды, крови и тд.

Особенности ионного обмена

1. Эквивалентность обмена

2. Адсорбция заряженных частиц (ионы, радикалы)

3. Неуниверсальный характер

4. Наличие рядов селективности

Лиотропный ряд Na⁺<K⁺<Rb⁺<Cs⁺

Электроселективный ряд Fe³⁺>Ca²⁺>Na⁺

Ёмкость ионита по адсорбционным ионам определяется как COE или DOE, выражается мг-экв/г, мг-экв/см³, или мг/г, мг/см³. COE до 10-12мг-экв/г.

Важные характеристики:

1. ёмкость

2. селективность
3. химическая стойкость

4. способность к регенерации

Метод разделения основан на различие в адсорбции веществ некоторыми адсорбентами называется хроматографией.