Адсорбция на жидких адсорбентах (жидкость-жидкость, жидкость-газ, жидкость-твердое вещество).

Об адсорбционной способности жидких адсорбентов судят либо по величине d (поверхностное натяжение), либо по величине адсорбции:

A=((C₀-C)V)/S, где:

C₀ - начальная концентрация адсорбата, моль·дм^-3;

C - равновесная концентрация адсорбата, моль·дм^-3;

V - объем раствора, дм³;

S - площадь адсорбента, м².

С увеличением концентрации адсорбата величина адсорбции достигает максимального значения при полном насыщении поверхности. Зависимость величины адсорбции от концентрации при постоянной температуре - изотерма адсорбции и выражается графически (график: по верт. оси a, по горизонт. – с; а(макс) отмечена пунктирной линией; выше и ниже – кривые линии).

Математически эта зависимость выражается уравнением Гиббса, согласно которому

A=(-C/(RT))·(Dd/DC), где:

C - равновесная концентрация адсорбата, моль·дм^-3;

R - универсальная газовая постоянная;

T - температура в К;

d - поверхностное натяжение.

Важной характеристикой является отношение Dd/DC - это мера поверхностной активности адсорбата. Она показывает, на какую величину 1 моль адсорбата изменяет поверхностное натяжение. По знаку перед этим отношением адсорбаты делятся на 2 группы:

ü Поверхностно активные вещества (ПАВ);

ü Поверхностно неактивные вещества.

ПАВ - это вещества, обладающие низким поверхностным натяжением, т.е. D d / D C < 0, а потому из уравнения Гиббса следует, что величина адсорбции больше нуля.

ПАВ вызывают положительную адсорбцию, так как они не растворяются в жидком адсорбенте, а концентрируются в поверхностном слое. Характерной особенностью строения молекул ПАВ является их двойственность (дифильность). Они состоят из двух частей:

1) Полярные группы - ОН, -СООН, -NH₂.

2) Неполярный углеводородный радикал - R.

Полярные группы хорошо гидратируются и обусловливают сродство ПАВ к воде (гидрофильность). В отличие от них, углеводородные радикалы гидрофобны. Они не взаимодействуют с водой и не сольватируются молекулами неполярных растворителей. Схематически дифильные молекулы обозначаются символом, в котором прямой чертой обозначается неполярный углеводородный радикал, а кружком - полярная группа (R-О).

Поверхностная активность ПАВ зависит от длины углеводородного радикала. Эта зависимость выражается

правилом Траубе (1891г.): поверхностная активность ПАВ с удлинением углеводородного радикала на группу -СН₂, возрастает в 3-3,5 раза.

В адсорбционном слое молекулы ПАВ располагаются упорядоченно. На границе раздела фаз полярные группы молекул ПАВ ориентированны в сторону более полярной фазы, а углеводородные радикалы - в сторону менее полярной фазы.

Это свойство молекул ПАВ широко распространено в природе. По этому принципу устроены клеточные мембраны организма. Согласно современным представлениям, основой клеточных мембран является два слоя молекул фосфолипидов, которые полярными гидрофильными концами обращены наружу, а гидрофобными углеводородными радикалами - к центру мембраны. На полярных группах молекул фосфолипидов адсорбированы молекулы белков и полисахаридов (рис. фосфолипидной мембраны).

ПАВ принимают участие во многих физиологических процессах в организме. Большинство веществ в составе живого организма являются ПАВ. Типичными ПАВ являются высокомолекулярные жирные кислоты. На процессы усвоения жиров влияют соли желчных кислот, которые, обладая очень низким поверхностным натяжением, являются прекрасными эмульгаторами жиров. Именно в виде эмульсий жиры легко усваиваются организмом. ПАВ широко применяются в фармации как основа свечей, мазей, эмульсий.

Поверхностно неактивные вещества – ПНВ - это растворы электролитов, они характеризуются большим поверхностным натяжением, отношение Dd/DC больше нуля, следовательно величина адсорбции меньше нуля.

Эти вещества растворяются во всем объеме адсорбента, а не в поверхностном слое.