Що таке молекулярна адсорбція?

Молекулярна адсорбція – сорбція неелектролітів або слабких електролітів. На неї впливає природа поверхні адсорбенту та природа розчинника. Природа адсорбенту може бути гідрофобною (неполярні) – вугілля або сажа, графіт, тальк. Кеш

Як визначити величину адсорбції?

Кількісно адсорбцію виражають величиною різниці числа ммоль адсорбтива в об'ємі поверхневого шару площею 1 см2 і числа його моль у тому ж об'ємі всередині адсорбенту (Г = ммоль/см2).

Яка буває адсорбція?

Тому можливі два види адсорбції з розчинів: позитивна, коли молекули розчиненої речовини адсорбуються краще за молекули розчинника, і негативна, коли молекули розчинника адсорбуються краще за молекули розчиненої речовини. Кеш

АДСОРБЦІЯ НА МЕЖІ ТВЕРДЕ ТІЛО - РОЗЧИН

Ізотерми адсорбції розчинених речовин з розчину за своїм виглядом аналогічні ізотермам адсорбції для газів; для розбавлених розчинів ці ізотерми добре описуються рівняннями Фрейндліха або Ленгмюра, якщо в них підставити рівноважну концентрацію розчиненої речовини в розчині. Однак, адсорбція з розчинів - явище значно складніше, ніж з газів, оскільки одночасно з адсорбцією розчиненої речовини часто відбувається і адсорбція розчинника.

Залежність адсорбції від будови молекул адсорбата дуже складна, і вивести будь-які закономірності досить важко. Молекули багатьох органічних речовин складаються з полярної (гідрофільної) і неполярной (гидрофобной) угруповань, тобто є поверхнево-активними речовинами (ПАР). Молекули ПАР при адсорбції на твердому адсорбенті орієнтуються на його поверхні таким чином, щоб полярна частина молекули була звернена до полярної фазі, а неполярная - до неполярной. Так, при адсорбції аліфатичних карбонових кислот з водних розчинів па неполярному адсорбенті - активованому вугіллі - молекули орієнтуються вуглеводневими радикалами до адсорбентів; при адсорбції з бензолу (неполярний розчинник) на полярному адсорбенті - силікагелі - орієнтація молекул кислоти буде зворотним (рис. 17.8).

Мал. 17.8. Орієнтація молекул ПАР на поверхні адсорбенту

Адсорбція з розчинів електролітів

Адсорбція з водних розчинів електролітів відбувається, як правило, таким чином, що на твердому адсорбенті з розчину адсорбуються переважно іони одного виду. Переважна адсорбція з розчину або аніона, або катіона визначається природою адсорбенту і іонів. Механізм адсорбції іонів з розчинів електролітів може бути різним; виділяють обмінну і специфічну адсорбцію іонів.

Обмінна адсорбція являє собою процес обміну іонів між розчином і твердою фазою, при якому тверда фаза поглинає з розчину іони будь-якого знака (катіони або аніони) і замість них виділяє в розчин еквівалентну кількість інших іонів того ж знаку. Обмінна адсорбція завжди специфічна, тобто для даного адсорбенту до обміну здатні тільки певні іони; обмінна адсорбція зазвичай незворотна.

При специфічної адсорбції адсорбція па поверхні твердої фази іонів будь-якого виду нe супроводжується виділенням в розчин еквівалентного числа інших іонів того ж знака; тверда фаза при цьому набуває електричний заряд. Це призводить до того, що поблизу поверхні під дією сил електростатичного притягання групується еквівалентне число іонів з протилежним зарядом, тобто утворюється подвійний електричний шар. Взаємодія концентруються па поверхні зарядів призводить до зниження поверхневої енергії системи. Для випадку специфічної адсорбції електроліту Пєсковим і фаянс було сформульовано наступне емпіричне правило - правило Пєскова - Фаянсу: на поверхні кристалічного твердого тіла з розчину електроліту специфічно адсорбується іон, який здатний добудовувати його кристалічну решітку або може утворювати з одним з іонів, що входять до складу кристала, малорастворимое з'єднання.

Адсорбція

Адсо́рбція (від лат. ad — на, при і лат. sorbeo — поглинаю) — вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища поверхневим шаром твердого тіла (адсорбенту). Компонент, що поглинається, який вміщується в суцільному середовищі (газі, рідині), називають адсорбтивом, а той що вміщується в адсорбенті — адсорбатом. Наприклад, активоване вугілля адсорбує гази. Це явище треба відрізняти від абсорбції. Обернений до адсорбції процес називається десорбцією.

Зміст

Історія [ ред. | ред. код ]

Явище адсорбції стало вивчатися з другої половини 18 століття, хоча поза сумнівом, що в практичній діяльності людства адсорбція використовувалася з незапам'ятних часів. Учення про адсорбцію є частиною загальнішої теорії багатокомпонентних гетерогенних систем, основи якої закладені В. Гіббсом у 1876 році. Гіббс вивів формулу, що зв'язує значення адсорбції із зміною поверхневого натягу.

Згідно з Гіббсом, в рівноважній двофазній системі поблизу поверхні поділу фаз відбувається зміна значень усіх екстенсивних властивостей (за винятком об'єму). Це дозволяє записати термодинамічне рівняння у вигляді:

d G ω = − S ω d T + σ d s + ∑ i μ i d n i ω =-S^<\omega >\,dT+\sigma \,ds+\sum _\mu _\,dn_^<\omega >>

де G — вільна енергія Гіббса, S — ентропія, σ — поверхневий натяг на межі фаз, s — площа поверхні поділу фаз, μ i , n i ,n_> — відповідно хімічний потенціал і кількість молей компоненту i . Індекс ω вказує на значення відповідної властивості в поверхневій фазі.

Величина n i ω s = n i 0 − ( n i α + n i β ) s ^<\omega >>>=^-(n_^+n_^)>>> називається гібсовою адсорбцією і позначається символом Γ i <\displaystyle \Gamma _> (моль/см 2 ).

Для двокомпонентної системи:

d σ = − ( Γ 1 d μ 1 + Γ 2 d μ 2 ) d\mu _+\Gamma _d\mu _)>

Поверхня поділу може бути вибрана довільно. Зокрема, вибір цього положення може задовольняти умові Γ 1 = 0 =0> . Така поверхня має назву еквімолекулярної. Для неї вводиться позначення Γ 2 = Γ 2 ( 1 ) =\Gamma _^> . Звідси випливає основне адсорбційне рівняння Гіббса:

Таким чином, згідно Гіббса, адсорбція — це надлишок даного компоненту в реальній двофазній системі, в порівнянні з такою системою в якій обидві фази були б строго однорідними аж до поверхні поділу.

В теорії адсорбції велику роль відіграє адсорбція, що розуміється, як повний вміст компоненту i в просторі, в якому проявляються адсорбційні сили. Позначимо повний вміст компоненту літерою a і враховуючи, що компонент i зовсім не розчинний в одній із об'ємних, отримаємо:

де c i > — концентрація і-того компоненту в об'ємній фазі.

За умови, коли c i > невелике:

Адсорбція може відбуватись на будь-якій межі розділу між двома будь-якими фазами.

Ті речовини, адсорбція яких сильно зменшує поверхневий натяг, прийнято називати поверхнево-активними.

Види адсорбції [ ред. | ред. код ]

Розрізняють основні види адсорбції — фізичну адсорбцію і хемосорбцію.

Фізична адсорбція зумовлена ван-дер-ваальсовими, або електростатичними, силами притягання частинок адсорбованої речовини до частинок адсорбенту. Оборотність процесу фізичної адсорбції створює сприятливі умови для послідовного проведення процесів адсорбції (поглинання речовини адсорбентом) та десорбції (вилучення з адсорбенту поглиненої речовини).

При хемосорбції молекули поглинутої речовини вступають у хімічну реакцію з молекулами адсорбенту.

Дисоціативна адсорбція — хемосорбція, адсорбція, що супроводжується дисоціацією на два або більше фрагменти, кожен з яких зв'язується з поверхнею адсорбенту. Процес може бути як гомо-, так і гетеро- літичним.

• Гомолітична дисоціативна адсорбція — Дисоціативна адсорбція, яка характеризується такою природою розриву (формального) зв'язку в адсорбованій частинці А: В, коли електронна пара розділяється між А і В з утворенням радикальних частинок в процесі взаємодії молекули АВ з поверхнею.

• Гетеролітична дисоціативна адсорбція — Дисоціативна адсорбція, яка відбувається таким чином, що при розриві (формального) зв'язку в адсорбтиві А: В одна з молекулярних частинок повністю забирає зв'язуючу електронну пару до себе.

Фотоадсорбція. Динамічний фотоадсорбційний процес — одночасне(або синхронне) утворення адсорбованих частинок шляхом фотоадсорбції молекулярних частинок(молекул, атомів чи йонів) та їх відщеплення при фотодесорбції з утворенням тих же молекулярних частинок адсорбата, у випадку коли обидва процеси відбуваються при фотозбудженні на поверхні твердого фотокаталізатора.

Адсорбція Гіббса — надлишок кількості компонента в об'ємі приповерхневого шару з площею, рівною одиниці, порівняно з такою його кількістю в тому ж об'ємі, коли б в суміжних фазах концентрації в приповерхневому шарі та в об'ємі фази були однакові.

Багатошарова адсорбція (англ. multilayer adsorption) — адсорбція, в якій адсорбційний простір нараховує більше від одного шару молекул, через що не всі адсорбовані молекули дотикаються до поверхні адсорбенту.

Одношарова адсорбція (адсорбция мономолекулярная, monolayer adsorption) — адсорбція на поверхні твердого тіла або рідини, що веде до утворення одномолекулярного шару адсорбата на поверхні адсорбенту.

Активований адсорбційний процес — процес адсорбції, який характеризується значною залежністю швидкості адсорбції від температури (тобто має велику енергію активації); коефіцієнт прилипання тоді малий. У загальному, енергія активації такого процесу є функцією заповнення поверхні (покриття) і звичайно зростає зі зростанням покриття.

Неактивований адсорбційний процес — адсорбційний процес у випадку, коли температурний коефіцієнт швидкості адсорбції дуже малий (тобто процес має незначну енергію активації). У цьому випадку коефіцієнт прилипання при низькому заповненні поверхні може бути близьким до одиниці, зокрема для маленьких молекул.

Негативна адсорбція — збіднення одним або більшою кількістю компонентів у приповерхневому шарі (interfacial layer).

Адсорбція з переносом заряду — оксидативна або відновна хемосорбція, за якої тверда фаза відповідно віддає або приймає електрони.

Адсорбція зведена (приведенная адсорбция, reduced adsorption) — термін стосується адсобції на границі поділу фаз рідина — рідина. Концентрація компонента на Гіббсовій поверхні, коли така поверхня вибрана так, що система порівняння має не лише такий самий об'єм, але й вміщує таку ж загальну кількість речовини, що й реальна система.

Адсорбція іммобільна (иммобильная адсорбция, immobile adsorption) — адсорбція, при якій свобода руху адсорбата по поверхні обмежена. Це стається, коли величина енергетичного бар'єра, що розділяє два сусідні адсорбційні центри, є вищою від kT.

Адсорбція мобільна (мобильная адсорбция, mobile adsorption) — різновид адсорбції, коли молекули адсорбата вільно пересуваються по поверхні. Може бути локалізованою й нелокалізованою. Рухливість адсорбату зростає зі збільшенням температури.

• Локалізована мобільна адсорбція (локализованная подвижная адсорбция, localized mobile adsorption) — мобільна адсорбція, в якій адсорбат переважну частину часу перебуває на адсорбційних центрах, але може мігрувати або десорбуватися та реадсорбуватись у іншому місці.
• Нелокалізована мобільна адсорбція (нелокализованная подвижная адсорбция, non-localized mobile adsorption) — мобільна адсорбція, при якій рухливість молекулярних частинок адсорбата є настільки великою, що лише мала їх частина перебуває на адсорбційних центрах, а більша частина — в інших положеннях на поверхні.

Адсорбція надеквівалентна (суперэквивалентная адсорбция, superequivalent adsorption) — у електрохімії — адсорбція у випадку, коли специфічно адсорбована кількість зарядів на внутрішній гельмгольцівській площині є вищою, ніж заряд металічної фази, взятий з протилежним знаком.

Адсорбція неспецифічна (неспецифическая адсорбция, non-specific adsorption) — адсорбція йонів у випадку, коли вони утримуються в міжфазній області (міжфаззі) лише завдяки далекосяжним кулонівським взаємодіям (притяганню чи відштовхуванню).

Адсорбція реакційна (реактивная адсорбция, reactive adsorption) — адсорбція, що приводить до реакції. Нагадує дисоціативну адсорбцію, при якій один з фрагментів приєднується до адсорбата, а не до поверхневого центру. Є зворотною до реактивної десорбції.

Багатошарова адсорбція (многослойная адсорбция, multilayer adsorption) — адсорбція, в якій адсорбційний простір нараховує більше від одного шару молекул, через що не всі адсорбовані молекули дотикаються до поверхні адсорбенту.

Дотичні поняття [ ред. | ред. код ]

Адсорбційний комплекс — хімічний індивід, складений з адсорбату й частини адсорбенту, з якою він зв'язаний.

Адсорбційний потенціал — зміна енергії, пов'язана з переходом частинки з газової фази на поверхню адсорбенту.

Адсорбційний центр — місце на поверхні адсорбента, де частинка адсорбату притягається i, врешті, зв'язується з поверхнею.

Застосування [ ред. | ред. код ]

Зокрема адсорбція широко застосовується в хімічній та нафтохімічній промисловості для очищення нафтопродуктів, рекуперації летких розчинників, розділення газів та рідин, глибокої сушки газів.

Адсорбція — основа технологічних процесів тонкого очищення газових та інших потоків при невисокому початковому вмісті в них цільового компонента (див. адсорбційне очищення газу).

Речовини з високою адсорбційною здатністю застосовуються як фільтри, як медикаменти при отруєннях, а також як засоби боротьби з нафтовим забрудненням водойм.

Адсорбція у гірництві [ ред. | ред. код ]

Адсорбція є одним з головних чинників процесу флотації корисних копалин.

Адсорбція газу — процес концентрування молекул газу на поверхні розділу середовищ. Адсорбованість природних газів збільшується зі збільшенням молекулярної маси молекул та зі збільшенням тиску.

Параметри адсорбції [ ред. | ред. код ]

Див. також [ ред. | ред. код ]

Література [ ред. | ред. код ]

• Адсорбція[Архівовано 16 листопада 2016 у Wayback Machine.] // Фармацевтична енциклопедія / голова ред. ради та автор передмови В. П. Черних ; Нац. фармац. ун-т України. — 2-ге вид., переробл. і доповн. — Київ: МОРІОН, 2010. — 1632 с., 16 арк. іл. — 2 000 екз. — ISBN 978-966-2066-34-0.
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
• Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
• Адсорбція[Архівовано 18 листопада 2016 у Wayback Machine.] // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К . : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
• Енциклопедичний тлумачний словник фармацевтичних термінів: укр.-латин.-рос.-англ. / Нац. фармацевт. ун-т; Уклад. І. М. Перцев, Є. І. Світлична, О. А. Рубан; За ред. В. П. Черних; Передм. І. М. Перцев. — Вінниця: Нова книга, 2014.– 820 с.

Посилання [ ред. | ред. код ]

• Адсорбція[Архівовано 25 лютого 2022 у Wayback Machine.] // Велика українська енциклопедія : у 30 т. / проф. А. М. Киридон (відп. ред.) та ін. — 2016. — Т. 1 : А — Акц. — 592 с. — ISBN 978-617-7238-39-2.
• Адсорбція // Словник-довідник з екології : навч.-метод. посіб. / уклад. О. Г. Лановенко, О. О. Остапішина. — Херсон : ПП Вишемирський В. С., 2013. — С. 6.