Завдання для виконання самостійної роботи.

1. Що вивчає колоїдна хімія?

2. Назвати розділи, які вивчає колоїдна хімія.

3. Які технологічні процеси пояснює колоїдна хімія?

4. Основні етапи розвитку колоїдної хімії.

5. Виникнення колоїдної хімії, основні вчені, які її розвили.

6. Праці вчених: Ломоносова, Ребіндера, Пескова.

7. Значення колоїдної хімії для технологічного процесу х/п.

Самостійна робота № 15

Тема: Ізотерма адсорбції, теорія мономолекулярної адсорбції, рівняння Гібсса.

Стислі теоретичні відомості

Графічну залежність величини адсорбції від врівноваженого тиску (концентрації) при постійній температурі називають ізотермою адсорбції.

Рівняння адсорбції Гіббса:

Г = -

Відношення d/dс називається поверхневою активністю. Для поверхнево-активних речовин d/dс  0, тому Г 0. Для поверхнево - неактивних речовин

d/dс 0 і Г 0, так як адсорбція негативна. Якщо поверхневий натяг не змінюється при зміні концентрації розчиненої речовини, то d/dс =0 і Г=0.

Теорія мономолекулярної адсорбції

Адсорбція газів на твердому адсорбенті – найпростіший варіант адсорбції і для неї Ленгмюром була запропонована теорія, яка отримала назву теорія молекулярної адсорбції. В основу цієї теорії лежать наступні основні положення:

1. адсорбція молекул відбувається не на всій поверхні адсорбенту, а тільки на певних її ділянках – адсорбційних центрах;

2. кожний адсорбційний центр може затримати тільки одну молекулу адсорбтиву, так як адсорбтив розміщується на адсорбенті мономолекулярним шаром;

3. адсорбційні молекули затримуються адсорбційним центром в проміжок тільки певного часу, потім відриваються і переходять в газову фазу. При підвищенні температури середній час перебування молекул на поверхні зменшується, відповідно і зменшується адсорбція.

Виходячи із цих положень, Ленгмюр отримав рівняння адсорбції, яке має наступний вид:

Г = Г_max

де, Г – адсорбція;

Г_max – найбільша адсорбція;

p – врівноважений тиск;

b - постійна.

Рівняння Ленгмюра дуже добре описує ізотерму адсорбції в широкому інтервалі тиску. При дуже малих (порівняно з одиницею) значеннях тиск в знаменнику рівняння можна знехтувати величиною bp. Тоді рівняння прийме вигляд Г = Г_max  bp, так як величина адсорбції прямо пропорційна тиску. При великих значеннях тиску можна знехтувати одиницею, тоді Г = Г_max. Це означає, що кількість адсорбованої речовини досягло межі і уже не залежить від тиску.

Завдання для виконання самостійної роботи.

1. Основні положення теорії мономолекулярної адсорбції.

2. Рівняння адсорбції Ленгмюра.

3. Що таке ізотерма адсорбції?

4. Рівняння адсорбції Гіббса.

5. Які фактори впливають на адсорбцію газів твердими адсорбентами?

Самостійна робота № 16

Тема: Молекулярна адсорбція із розчинів.

Стислі теоретичні відомості

Молекулярна адсорбція із розчинів.

Перші дослідження по адсорбції із розчинів належать Ловицу. Адсорбція із розчинів на твердому адсорбенті – дуже складний процес, ніж адсорбція газів. Розчини являються двохкомпонентними системами, які складаються із розчиненої речовини та розчинника. Тому адсорбція із розчинів визначається не тільки силами взаємодії між молекулами розчиненої речовини і адсорбентом, але й взаємодією розчинника і адсорбенту, та розчинника і розчиненою речовиною. Якщо розчинена речовина – електроліт, то процес адсорбції ускладнюється ще в тому, що в цьому випадку адсорбуються іони, які несуть електричний заряд.

Адсорбція молекулярної розчиненої речовини в залежності від її врівноваженої концентрації характеризується звичайною ізотермою адсорбції. Ізотерма адсорбції із розбавлених розчинів описується рівнянням Ленгмюра:

Г = Г_max

де, с – врівноважена концентрація речовини в розчині.

У відмінності від адсорбції газів при адсорбції із розчинів рівновага наступає не так швидко, особливо на мілких пористих адсорбентах. Перемішування розчину мало вплив на швидкість досягнення рівноваги, так як вона визначається, головним чином, швидкістю дифузію молекул розчиненої речовини в пори адсорбенту. Підвищення температури визиває зниження адсорбції із розчинів, але в значно меншому ступені, чим адсорбцію газів.

Великий вплив на адсорбцію із розчинів вказує природа адсорбенту, розчинника і розчиненої речовини. В якості адсорбентів широко використовують активоване вугілля, силікагель, глину та пористе скло. Всі адсорбенти можна розподілити на 2 основних типи: гідрофільні, які добре змочуються водою та гідрофобні, які не змочуються, але змочуються неполярними органічними рідинами.

Велике значення для адсорбції має пористість адсорбенту. Чим пористість вища (менші пори), тим більша адсорбційна активність.

Рідини, добре змочують поверхню твердих тіл, звичайно мають невеликий поверхневий натяг. Із всіх розчинників вода має найбільш високий поверхневий натяг, поверхневий натяг органічних розчинників значно нижче. Тому адсорбція краще відбувається із водних розчинів і гірше із розчинів з органічними розчинниками.

На адсорбцію також впливає властивість розчинника розчиняти адсорбтив. Чим краще розчинник розчиняє адсорбтив, тим адсорбція із розчину йде гірше. Також адсорбція залежить від будови молекул адсорбтива.

Дифільні молекули розчиненої речовини при адсорбції на твердому адсорбенті орієнтуються на його поверхні так, щоб полярна частина молекули була повернена до полярної фази, а неполярна – до неполярної.

В загальному випадку можна вважати, що гідрофобні адсорбенти (вугілля, тальк) повинні краще адсорбувати органічні (дифільні) речовини із водних розчинів. Гідрофільні адсорбенти (силікагель, глина) повинна краще адсорбувати їх із неполярних або слабополярних рідин.

На практиці вугілля звичайно використовують як адсорбент для водних розчинів. Наприклад, в виробництві спирту із водно-спиртової суміші адсорбція на вугіллі знищують сивушні масла.

Гідрофільні адсорбенти, наприклад, глину використовують як адсорбент при рафінації жирів – очищення жирів від вільних жирних кислот, смолистих речовин.