Адсорбція на межі поділу двох фаз. Кількісні характеристики процесу адсорбції. Ізотерма адсорбції. Рівняння Фрейндлиха, рівняння Легмюра, страница 3

Адсорбція з розчинів більше складний процес тому, що необхідно враховувати, що крім розчиненої речовини адсорбуватися може й сам розчинник. Спостерігається якась конкуренція між адсорбентом і розчинником за «володіння » адсорбатом. І чим гірше адсорбується розчинник, тим краще адсорбується розчинена речовина. Адсорбція  залежить від природи адсорбтива, від властивостей рідкого середовища, а також від природи адсорбенту. Найбільше значення при цьому відіграє взаємодія розчинника з поверхнею адсорбенту, яке характеризується  кутом змочування. Рідина , що добре змочує поверхню адсорбенту заважає адсорбції на ній речовини – адсорбтиву. Цим пояснюється той факт, що полярні адсорбенти (наприклад глини), які добре змочуються водою, погано адсорбують розчинні речовини з водного середовища. Але глини добре адсорбують речовини з вуглеводневого середовища. Неполярний адсорбент – вугілля є добрим адсорбентом для поглинання речовин з водного середовища.

Адсорбція з розчинів відбувається повільніше чим з газів. Для прискорення часто застосовують перемішування. З підвищенням температури адсорбція звичайно зменшується

  1. Коли адсорбент контактує з розчином електролітів, відбувається адсорбція яку називають іонообмінна адсорбція.

Правило - Панетта-Фаянса.

На поверхні твердого тіла з розчинів адсорбується той з іонів , що входить до складу кристалічної решітки або  може утворювати з одним з іонів решітки малорозчинну сполуку.

Адсорбція одного з іонів, яка супроводжується витісненням з поверхні адсорбенту одно знакових іонів, називається іонообмінною. При цьому спостерігають процес поглинання адсорбентом іонів одного знаку , що супроводжується виходом з адсорбенту в розчин іонів того ж знаку. Схематично це можна представити так:

ХМ12   ====ХМ2 + М1

Де Х – активне місце на поверхні адсорбенту;

М1 – іон, що витискується з адсорбенту.

М2 – іон, що поглинається з розчину і заряджений однаково з М1.

Ионообмінна адсорбція нагадує обмінні хімічні реакції, які відбуваються на поверхні твердої фази. При цьому тверда фаза поглинає з розчинів іони одного знака(катіони або аніони) і замість них виділяє в розчин еквівалентне число інших іонів того ж знака. Ионообмінна адсорбція має велике значення для с/г, тому що від природи поглинених ґрунтом катіонів залежить родючість

Кількісна залежність для обміну іонів з зарядом n1 і n2 визначається рівнянням Нікольського:

Де : Г12 – адсорбційні кількості іонів М1 і М2;

С1 і С2  - їх рівноважні концентрації в розчині.

Як показали дослідження, обмінні процеси в адсорбенті підлягають дії певних законів або правил:

1)  адсорбція катіонів збільшується із збільшенням їх валентностей.

2)  Для катіонів з однаковим значенням валентностей адсорбція збільшується із збільшенням радіуса не гідратованого іону.

За збільшенням гідродинамічного об’єму іони лужних та лужноземельних металів розташовані в ліотропний ряд:

Зрозуміло, що у випадку адсорбції центр гідратованого іону літію буде знаходитися далі від поверхні адсорбенту, отже і його притяжіння до поверхні буде найменшим.

Отже можна зробити таки висновки:

  1. Здатність катіону входити до поверхні адсорбенту, витискуючи раніш існуючі там катіони, тим більша чим більша валентність іону. В межах іонів з однаковою валентністю витиску вальна здатність тим більша чим більша атомна маса.
  2. Здатність катіону бути  витисненим  з поверхні адсорбенту тим більша чим менша його валентність.  В межах іонів з однаковою валентністю витискується той іон, в якого атомна маса менша

Ємністю поглинання, або обмінною ємністю називають максимальну кількість іонів, яке поглинається обмінним шляхом певною масою адсорбенту , наприклад 1г. Ємність поглинання ґрунтів називають обмінною ємністю і визначають як кількість грам-еквівалентів іонів на 100 г ґрунту. Наприклад обмінна ємність звичайного суглинистого чорнозему  30мг-екв. на 100 г ґрунту.

Значення адсорбційних процесів.

Для освітлення бульйонів і відварів використовується сирий яєчний білок. У гарячому бульйоні він «згортається», утворюючи тверду пористу масу, на якій адсорбуються речовини, які надають бульйону каламутність. Слід зазначити, що наші смакові відчуття пов'язані з адсорбцією речовин на певних ділянках язику.

Термінологічний словник:

Поверхневий натяг - сила, що діє на лінію поверхні рідини і направлена на скорочення поверхні.

ПАРповерхнево активні речовини - речовини, які адсорбуючись, накопичується на поверхні поділу, знижують поверхневий натяг даної межі поділу;

Адсорбент - Речовина, на поверхні якого відбувається адсорбція

Адсорбат - Речовина, яка адсорбується

Адсорбція - процес накопичення сторонніх молекул на поверхні поділу фаз, що супроводжується виділенням тепла.