Адсорбция на границе твердое тело-раствор

Адсорбция из раствора на твердой поверхности наиболее важна для коллоидной химии, так как именно она лежит в основе таких явлений как образование и разрушение коллоидных систем, а также их устойчивости.

Адсорбция на границе твердое тело-раствор усложняется наличием третьего компонента - среды (растворителя), молекулы которого могут также адсорбироваться на поверхности адсорбента и являются конкурентами молекул адсорбтива. Таким образом, происходит адсорбция из смеси. Кроме того, адсорбция усложняется взаимодействием молекул адсорбтива с молекулами среды.

При адсорбции из раствора на твердом теле принято различать два случая: адсорбция неэлектролитов, когда адсорбируются молекулы адсорбтива, и адсорбцию электролитов, когда избирательно адсорбируется один из ионов электролита.

Молекулярная адсорбция из растворов

Адсорбируются молекулы адсорбтива. Количество вещества А, молекулярно адсорбируемое 1 г адсорбента из раствора, вычисляют по уравнению (моль/г):

где - начальная и равновесная концентрации адсорбтива, моль/л;

- объем раствора, из которого происходит адсорбция, л;

- масса адсорбента, г.

 

Зависимость молекулярной равновесной адсорбции из раствора на твердом теле от концентрации адсорбтива характеризуется изотермой адсорбции.

Влияние природы среды

Так как молекулы адсорбтива и среды являются конкурентами, то, очевидно, чем хуже будет сорбироваться среда на адсорбенте, тем лучше будет происходить адсорбция растворимого вещества. Чем больше поверхностное натяжение самой среды, тем меньше ее молекулы способны к адсорбции на твердом теле и тем лучше на нем адсорбируется растворимое вещество (из водных растворов сорбция лучше, чем из органических растворителей).

 

 

Рис. 7.11. Зависимость адсорбции от концентрации

адсорбтива:

1 - сильная адсорбция адсорбтива и слабая адсорбция

растворителя;

2 - сильная адсорбция адсорбтива и сильная адсорбция растворителя;

3 - слабая адсорбция компонентов.

Ионная адсорбция

Адсорбция электролитов требует отдельного рассмотрения, так как адсорбент может по разному адсорбировать ионы, на которые распадается молекула электролита в растворе.

На адсорбции ионов существенно сказывается природа адсорбента. Ионы, способные поляризоваться, сорбируются обычно только на поверхностях, состоящих из полярных молекул или ионов. Поэтому ионную адсорбцию часто называют полярной адсорбцией. Поверхности, имеющие определенный заряд, адсорбируют противоположно заряженные ионы. Противоположно заряженные ионы непосредственно не адсорбируются, но под действием сил электростатического притяжения остаются вблизи адсорбированных ионов, образуя с ними на поверхности ДЭС (двойной электрический слой).

Ионная адсорбция — адсорбция субстантивных красителей.

Обменная адсорбция

Если на поверхности адсорбента уже адсорбирован электролит, то, при контакте этого комплекса с другим электролитом, наблюдается обмен между ДЭС адсорбента и средой.

При обменной адсорбции адсорбент поглощает определенное количество каких-либо ионов, одновременно выделяет в раствор эквивалентное количество других ионов, вытесненных с поверхности.

Ионообменные смолы - иониты, широко применяются в производстве для получения деминерализованной воды, т.е. воды не содержащей растворимых солей. Иониты: катиониты (обменивают катионы, в т.ч. Н⁺); аниониты (обменивают анионы в т. ч. ОН^-).

Для полного обессоливания воды ее последовательно пропускают через катионитовый и анионитовый фильтры: