Селективная адсорбция из растворов

Может быть молекулярной и ионной. В отличие адсорбции из растворов от адсорбции из газовой фазы в том, что поверхность адсорбата полностью занята молекулами растворителя. Поэтому адсорбция идёт путём вытеснения с поверхности молекул растворителя.

Присутствие в растворе двух компонентов приводит к конкурирующей адсорбции. Избирательность или селективность адсорбента к тому или иному адсорбату определяется величиной сродства компонента к поверхности адсорбента. Избирательность адсорбента зависит от физико-химической природы адсорбата и растворителя. Чем хуже адсорбционный растворитель. Тем лучшее будет адсорбируемое растворимое вещество растворитель адсорбируется тем хуже, чем больше σ. Отсюда:

1. адсорбция лучше из водных растворов; чем из органических

2. чем лучше растворитель растворяет вещество, тем хуже оно адсорбируется из раствора (правило Шилова).

Экспериментально установлено, что неполярные твёрдые тела лучше адсорбирую не полярные адсорбаты и наоборот.

Согласно правилу уравнивания полярности Ребиндера – процесс адсорбции идёт в сторону уравнивания полярности фаз и тем сильнее, чем больше разность полярностей исходных веществ.

Так адсорбция ПАВ (моющее средство) на синтетических тканях выше, чем на хлопчатобумажных, т.к.

, (отстирывается синтетика лучше)

- С увеличением молярной массы вещества адсорбция увеличивается (ферментативный катализ – сложные органические молекулы адсорбируются на ферментах, разлагаются и их мелкие фрагменты уже неконкурентоспособны с крупными молекулами)

- Ароматические соединения адсорбируется лучше алифатических

- Непредельные органические соединения адсорбируются лучше предельных

- Адсорбция увеличивается в 3,0-3,5 раза при удлинении углеводородной цепи на 1 звено (не для мелкопористых адсорбентов)

Увеличение t-ры уменьшает адсорбцию.

Еще более сложны закономерности ионной адсорбции.

ü Адсорбируются заряженные частицы (ионы, катионы)

ü Адсорбция только на полярных адсорбентах

ü Адсорбция сопровождается образованием ДЭС

ü Выражена избирательность (катионы, анионы)

ü Кинетически необратима (химическая природа)

ü Наличие рядов селективности (радов Гофмейстера) Li⁺<Na⁺<K⁺; Th⁴⁺>>Al³⁺>>Ca²⁺>>K⁺

Коэффициент распределения: .

Коэффициент разделения: , показывает, во сколько раз отношение величин адсорбции разделяемых компонентов больше отношения их концентрации в объеме.

Распределение масс распределяемых веществ между фазами характеризует степени извлечения и разделения

;

Электрокинетические явления

1809 Рейс (московский профессор), Фердинанд Фридрих (немец).

Явление перемещения жидкости в пористых телах под действием электрического поля называется электроосмосом.

Явление перемещение частиц дисперсной фазы в электрическом поле называется электрофорезом (частицы имеют заряд противоположный жидкости)

 

1859г. Квинке показал, что серц. Явление обратное электроосмосу, т.е. при течение жидкости через пористое тело под давлением возникает разность потенциалов. Явление называется потенциалотечение или протекание. Наблюдается при продавливании жидкости через дерево, глину, песок, графит и тд. ~ .

 

1887г. Дорн измерил при седиментации частиц кварца в центробежном поле, т.е. открыл явление обратное электрофорезу – возникновение при осаждении дисперсной фазы получила название потенциалоседиментации или осаждения (эффект Дорна).

 

Таким образом электрокинетические явления по причинно следственным признакам делят на 2 группы:

1. электроосмос, электрофорез – движение фаз вызывается

2. потенциалотечение и потенциалоседиментации – движение фаз вызывают

Причина электрокинетических явлений в наличии на границе фаз ДЭС.

При движении фаз происходит разрыв ДЭС по плоскости скольжения, которая проходит через диффузный слой. В результате дисперсная среда и фаза оказываются противоположно заряженными. Потенциал, возникающий на плоскости скольжения, называется ξ – потенциалом или электрокинетическим потенциалом. ξ всегда меньше потенциала диффузного слоя.

Величина ξ зависит от природы фаз, Т, ε, Z, η и может составлять 100 мВ и больше (оксиды).

Электроосмос

Линейная скорость: - уравнение Гельмгольца-Смоулховского.

- электроосмотическая подвижность [м²/сВ]

 

через объемную скорость можно выразить как , где S – поперечное сечение в капилляре.

; ;

;

L – расстояние между электродами

- Δφ

I – сила тока, R – сопротивление

- удельная объемная электропроводность

- поверхностная проводимость

- коэф. эффективности диафрагмы

это приращение проводимости в растворе за счет ДЭС, если диаметры капилляров велики - можно пренебречь.

Электрофорез

Подвижность:

;

В разбавленных растворах при 20 ºС: ;

;

с – концентрация суспензии;

S – поверхность электродов.

Уравнение Гельмгольца-Смоулховского для ξ – потенциала через потенциал течения имеет вид:

- число частиц в единице объема;

Е – напряжение поля, возникающее при седиментации.

заменится на .

Потенциал течения и потенциалседиментации могут являться причиной взрывов и пожаров при перекачке топлива, технологических растворов, осаждении суспензий и эмульсий в связи с возникновением высоких .

 

Практическое использование:

электроосмос – осушка различных объектов (стен зданий, сыпучих материалов, при строительстве плотин, дамб), электроды – полые трубы с отверстиями → откачка, фильтрация – трудно фильтруемых сред

электрофорез – в авто и электронной промышленности нанесение покрытий равномерно на детали сложной формы.

1й электрод – деталь, 2й электрод – емкость с суспензией. Анодофарез и катодофарез – деталь.

Медицина – фракционирование полимеров.