Практическое использование явлений адгезии и смачивания

Различная смачиваемость поверхностей конденсированных тел используется в разнообразных технологических процессах, таких, как флотация, пропитка тканей, экстракция, смазка трущихся деталей, стирка (очистка поверхностей от загрязнений).

Рассмотрим примеры практического применения явлений адгезии и смачивания. В том случае, когда требуется максимально снизить смачивание и прилипание используют такие материалы, как фторопласты, полиметилметакрилат, полиэтилен, поливинилхлорид, поливинилацетат, полиамиды и ряд других органических полимеров. В операциях на кровеносных сосудах используются полимерные материалы, которые кровь не смачивает, т.е. не прилипает к стенкам и не вызывает образования тромбов.

Разделение частиц ценных минералов и пустой породы, основанное на различии смачиваемости их водой,называется флотацией. Английское слово flotation буквально означает плавание по поверхности. Сущность флотации рассмотрим на примере широко применяемого пенного метода выделения ценных минералов из руды. Измельченную руду, содержащую минералы меди, молибдена, бериллия, висмута и ряда других металлов, смешивают с водой в потоке пузырьков воздуха. Образуется трехфазная система – пульпа, состоящая из твердых частичек, жидкости и газа. Пузырьки газа (неполярная среда) будут прилипать к частичкам, имеющим гидрофобную поверхность, обеспечивая их всплытие на поверхность, и не будут прилипать к частичкам пустой породы с гидрофильной поверхностью (рис. 8). Руду, содержащую тяжелые минералы, приходится измельчать до частиц размером 0.1 – 0.2 мм, а содержащую легкие минералы до 0.2 – 3 мм, чтобы добиться максимального увеличения концентрации полезных минералов после флотации по сравнению с концентрацией минералов в руде. Так, при флотации медной руды, содержащей 1.5 – 1.7 % меди, получают концентрат, содержащий 35 % меди.

Рис. 8. Схема флотационного метода отделения минералов от пустой породы. Частички минералов, покрытые пузырьками воздуха, всплывают, а пустая порода остается на дне ёмкости

Адсорбция

Адсорбцией называется концентрирование вещества на поверхности раздела фаз.

Физическая адсорбция – обратимый процесс концентрирования вещества на поверхности, который осуществляется под действием сил Ван дер Вальса (рис. 9, а) или в результате образования водородных связей (рис. 9, б).

	а)

 

б)

в)

 

Рис. 9. Модели взаимодействия адсорбтива с адсорбционными центрами. Физическое взаимодействие: а) дисперсионное; б) образование водородных связей. Химическое взаимодействие (в) или хемосорбция

 

Энергия такого взаимодействия лежит в пределах 10 ¸ 100 кДж/моль и не приводит к разрыву и образованию новых химических связей.

Химическая адсорбция – необратимая химическая реакция адсорбтива с адсорбентом на поверхности раздела фаз (рис. 9, в). Фактически адсорбтив и адсорбент выступают в роли реагентов экзотермической химической реакции, сопровождающейся выделением энергии в количестве 200 ¸ 400 кДж/моль.

В дальнейшем мы будем рассматривать главным образом физическую адсорбцию. Поверхность, на которой происходит концентрирование вещества, называется адсорбентом. Адсорбирующееся вещество называется адсорбтивом, если оно находится в объеме и адсорбатом, если закрепилось на поверхности адсорбента.