10. Адсорбция на границе твёрдое тело – газ: удельная адсорбция; факторы, влияющие на адсорбцию газов на поверхности твердых адсорбентов.

При адсорбции газов на твердых телах описание взаимодействия молекул адсорбата и адсорбента представляет собой весьма сложную задачу, поскольку характер их взаимодействия, определяющий характер адсорбции, может быть различным. Поэтому обычно задачу упрощают, рассматривая два крайних случая, когда адсорбция вызывается физическими или химическими силами — соответственно физическую и химическую адсорбцию.

Физическая адсорбция. Физическая адсорбция вызвана Ван-дер- Ваальсовыми силами взаимодействия между молекулами адсорбата и адсорбента. Эти силы невелики и поэтому теплота физической адсорбции составляет -10—30 кДж/моль. Физическая адсорбция неспецифична и ряд по адсорбируемости сохраняется на любом адсорбенте. Он связан с силами взаимодействия. Чем выше взаимодействие молекул адсорбата друг с другом, тем выше их нормальная точка кипения Т_птк и тем больше величина Г_{.

Химическая адсорбция (хемосорбция) обязана химической связи, возникающей между адсорбатом и адсорбентом. При этом образуются поверхностные соединения. Теплота хемосорбции составляет ~100—400 кДж/моль, а сам процесс хемосорбции носит активационный характер. Так как хемосорбция является химическим процессом, требующим энергии активации порядка 40—120 кДж/моль, повышение температуры способствует ее протеканию. Примером химической адсорбции является адсорбция кислорода на вольфраме или серебре при высоких температурах. Энергетические характеристики этих двух видов адсорбции и обусловливают их основные отличия. Хемосорбция обычно необратима; химическая адсорбция, в отличие от физической, является локализованной, т.e. молекулы адсорбата не могут перемещаться по поверхности адсорбента.

11. Молекулярная адсорбция (адсорбция твердое тело – раствор неэлектролита или слабого электролита), её особенности. Факторы, влияющие на молекулярную адсорбцию.

Молекулярная адсорбция – это адсорбция из растворов неэлектролитов (или очень слабых электролитов). При молекулярной адсорбции вещество адсорбируется на поверхности твѐрдого тела в виде молекул.

Особенности молекулярной адсорбции: наряду с растворенным веществом адсорбируются молекулы растворителя. Поэтому для адсорбции растворенного вещества его молекулы должны вытеснять с поверхности молекулы растворителя.

На молекулярную адсорбцию влияют:

• равновесная концентрация растворенного вещества;

• природа растворителя;

• природа адсорбента;

• природа растворенного вещества;

• температура, время адсорбции.

12. Ионная адсорбция (адсорбция твердое тело – раствор сильного электролита), её особенности. Виды ионной адсорбции (эквивалентная, избирательная, ионнообменная).

Ионная адсорбция – это адсорбция из растворов сильных электролитов; в этом случае адсорбируется растворенное вещество на поверхности твердого адсорбента в виде ионов.

Ионная адсорбция – процесс более сложный, так как в растворе присутствуют уже частицы как минимум 3 видов: катионы, анионы растворенного вещества и молекулы растворителя.

Особенности ионной адсорбции:

1. Адсорбируются заряженные частицы (ионы), а не молекулы.

2. Адсорбция происходит только на полярных адсорбентах, поэтому ее часто называют полярной адсорбцией.

3. Адсорбция сопровождается образованием двойного электрического слоя (ДЭС).

4. Адсорбция является избирательной, т.е. на каждом данном адсорбенте катионы и анионы адсорбируются неодинаково.

5. В основе ионной адсорбции лежат химические силы, и она чаще всего кинетически необратима.

6. Для ионной адсорбции характерно явление обменной адсорбции.

Ионообменная адсорбция – процесс обмена ионов между раствором и ионообменником (сорбентом). При этом сорбент поглощает из раствора ионы одного знака (катионы или анионы) и вместо них выделяет в раствор эквивалентное число ионов того же знака.

Эквивалентная адсорбция — это когда происходит адсорбция эквивалентного количества, как катионов, так и анионов. При этом сначала адсорбируется один из ионов, который затем притягивает из раствора к поверхности свой противоион. Такой вид ионной адсорбции встречается при поглощении адсорбентом из раствора слабых электролитов. Для описания изотермы адсорбции можно воспользоваться уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха.

Избирательная адсорбция — это процесс фиксации на твердой поверхности ионов одного знака заряда при сохранении подвижности ионов противоположного знака.

13. Хроматография. Условия проведения хроматографии. Классификация по механизму: адсорбционная, распределительная, ионообменная, хемосорбционная, молекулярно – ситовая. Классификация по технике выполнения: колоночная, бумажная, тонкослойная. Области применения хроматографии.

Хроматография — это метод исследования газовых, жидкостных, паровых или растворенных веществ путем их физико-химического разделения на монокомпоненты.

По технике выполнения разделяют хроматографию на:

1. колоночную (неподвижная фаза находится в колонке);

2. плоскостную (планарную) — бумажную и тонкослойную (неподвижная фаза — лист бумаги или тонкий слой сорбента на стеклянной или металлической пластинке);

3. капиллярную (разделение происходит в плёнке жидкости или слое сорбента, размещённом на внутренней стенке трубки);

4. хроматографию в полях (электрических, магнитных, центробежных и других сил).

В зависимости от природы процесса:

1. В адсорбционной хроматографии разделение за счет адсорбции основано на различии адсобируемости компонентов смеси на данном адсорбенте.

2. В распределительной хроматографии разделение основано на различии в растворимости сорбатов в подвижной и неподвижной фазах или на различии в стабильности образующихся комплексов.

3. В ионообменной хроматографии разделение основано на различии констант ионообменного равновесия.

4. В осадочной хроматографии разделение основано на различной растворимости осадков в подвижной фазе.

5. Аффинная хроматография основана на биоспецифическом взаимодействии компонентов с аффинным лигандом.

Хроматография применяется для анализа сложных многокомпонентных смесей. Хроматографические методы определяют качественный и количественный состав органических веществ, включая летучие углеводороды и биологические жидкости. Фармацевтика, медицина, нефтеперерабатывающий комплекс, химическое производство и другие промышленные отрасли используют хроматографы для контроля качества сырья и готовой продукции, а также обеспечивают с их помощью соблюдение норм экологической безопасности.