Адсорбция. Поверхностные явления. Поверхностный слой.
Взаимодействие частиц в объёме фазы существенно отличается от взаимодействия частиц на границе разделяющей фазы, поэтому необходимо ввести характеристику, которая называется поверхностной энергией.
Где Ns – число частиц на разделе фазы, gs – энергия на разделе фаз, gv – энергия в объёме.
Исходя из поверхностной энергии была выведена формула поверхностного натяжения (S – площадь поверхности).
Поверхностное натяжение зависит только от природы обеих фаз. Если σ>0, то энергия взаимодействия частиц на границе фаз больше энергии взаимодействия частиц в объёме. И т.д.
Адсорбция на границе раствор-пар.
Процесс самопроизвольного изменения концентрации какого-либо вещества у поверхности раздела двух фаз называется адсорбцией.
Адсорбент – вещество, на поверхности которого происходит изменение концентрации другого вещества – адсорбата.
В жидких растворах поверхностное натяжение является функцией от концентрации растворенного вещества.
Вещества, добавление которых уменьшает поверхностное натяжение, называются поверхностно-активными веществами. Вещества, добавление которых увеличивает или не изменяет поверхностного натяжения, называются поверхностно инактивными веществами.
Уменьшение поверхностного натяжения происходит в следствие адсорбации ПАВ на границе фаз жидкость-пар.
Таким образом, концентрация поверхностного вещества на границе оказывается больше, чем в объёме, то есть в глубине раствора при увеличении концентрации, поверхностная активность ПАВ уменьшается, поэтому максимальная эффективность ПАВ проявляется при бесконечно малой её концентрации в растворе.
При адсорбции газов на твёрдых телах обычно рассматривают 2 крайних случая – физическую адсорбцию (физические взаимодействия Ванд-дер-Ваальсовых сил) и химическую.
Ваед-дер-Ваальсаовые взаимодействия обратимы и уменьшаются при повышении температуры. Следовательно тепловой эффект физической адсорбции экзотермичен и близок к теплоте сжижения адсорбата (10-80 кДж/моль; адсорбция инертных газов на угле)
Химическая адсорбция возникает при взаимодействии молекул адсорбата и адсорбента, не обратим и локализована. Энергия активации хемсорбата – 40-120 кДж/моль. Повышение температуры способствует хемосорбции. Пример: адсорбция кислорода на вольфраме или серебре при высоких температурах.
Адсорбция на границе твёрдое тело - раствор.
Молекулы многих органических веще ТВ состоят из полярной (гидрофильной) и неполярной (гидрофобной) группировок, поэтому молекулы ПАВ ориентируются на поверхности твёрдого адсорбента таким образом, чтобы полярная часть молекулы была обращена к полярной фазе, а неполярная – к неполярной.
Поверхностные явления — совокупность явлений, обусловленных особыми свойствами тонких слоёв вещества на границе соприкосновения фаз. К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на границе раздела фаз, в межфазном поверхностном слое и возникающие в результате взаимодействия сопряжённых фаз.