Значення сорбційних явищ
Більша половина хімічних перетворень, що відбувається в природі та у виробництві, проходить на межі поділу фаз. У всіх цих випадках адсорбція реагентів у тому чи іншому вигляді є однією з обов’язкових елементарних стадій процесу. Адсорбція може протікати легко і швидко і не впливати на швидкість сумарного процесу. Водночас бувають випадки, коли адсорбція і, особливо, хемосорбція затруднена, і саме вона визначає швидкість сумарного процесу. Це спостерігається в багатьох гетерогенних каталітичних реакціях.
Адсорбційні явища відіграють також велику роль і в електрохімії та колоїдній хімії. Вслід за каталізатором адсорбент часто буває тією лімітуючою ланкою, яка визначає рівень розвитку або навіть можливість існування певного виробництва. До таких виробництв належить добування особливо чистих речовин і матеріалів, отримання цінних або токсичних продуктів з дуже розбавлених розчинів, розділення і аналіз сумішей, які складаються з декількох споріднених речовин.
У 1926 році московський фізик академік П.О.Ребіндер відкрив явище полегшення деформації і зменшення міцності твердих тіл, в тому числі металів, під впливом адсорбції ПАР. Це явище одержало назву ефект Ребіндера. Наприклад, якщо у воду, яку подають для охолодження на різець токарного верстата, фрезу чи свердло, добавити мило, то значно зменшується опір різання металу. Відповідно можна збільшити швидкість різання. ПАР адсорбуються на поверхні мікрошпарин, знижуючи міжфазний натяг та зменшуючи роботу, що необхідна для створення нових поверхонь (рис.20).
Р
ис.20.
Ефект Ребіндера – адсорбційне зниження
міцності
Ефект Ребіндера використовують при бурінні свердловин, шліфуванні металів і мінералів та в деяких інших процесах.
Ще один добре відомий хімікам приклад. Щоб акуратно розрізати, точніше розламати, тонку скляну трубку, мало зробити на трубці надріз, потрібно цей надріз змочити розчином мила. У мильній воді можна навіть звичайними ножицями різати тонке листове скло.
Важко переоцінити значення сорбентів у розв’язанні проблем екології. Передусім це очистка стічних вод промислових і сільськогосподарських підприємств. Повітря в багатьох нафтохімічних і органічних хімічних виробництвах забруднене бензином, бензолом, ацетоном чи іншими шкідливими для здоров’я речовинами. Їх адсорбують на активованому вугіллі, яке після насичення легко регенерувати. За допомогою адсорбентів осушують повітря і технологічні гази. Адсорбенти використовують у виробництві цукру, спирту, нафтопродуктів, багатьох фармацевтичних препаратів.
Згадаймо і про велику гуманну місію, яка була здійснена за допомогою адсорбентів. У 1915 році, коли у І світовій війні почали використовувати бойові отруйні речовини, видатний російський учений академік М.Д.Зелінський розробив спосіб активувати вугілля і організував виробництво активованого вугілля для протигазу. Створений Зелінським протигаз врятував життя тисячам людей. Активоване вугілля і нині є основою сучасних протигазів, а також інших захисних засобів.
Як зазначалося, адсорбовані на поверхні речовини часто змінюють деякі властивості твердого тіла. Наведемо ще один приклад. Шар адсорбованих молекул газів суттєво сповільнює процес злипання тонкодиспергованих порошків. Якщо піддати порошок вакуумній обробці, швидкість злипання частинок збільшується в багато разів.
Ще у сорокові-п’ятдесяті роки ХХ століття ніхто не сумнівався, що Місяць покритий товстим шаром пилу, який утворився внаслідок ударів метеоритів. Вважали, що будь-який апарат, посланий на Місяць, просто потоне в цьому поросі. У дійсності ж виявилося, що поверхня Місяця тверда. Пил, який утворювався в умовах глибокого космічного вакууму, швидко злипався в міцний моноліт.
Останнім часом в медицину і ветеринарію все ширше проникають сорбенти зі специфічними властивостями. Дослідження в цьому напрямі зародились ще у шістдесяті роки в Інституті фізичної хімії ім.Л.В.Писаржевського НАН України (М.Д.Стражеско, І.Є.Неймарк, І.Б.Слинякова). на основі активованого вугілля, кремнезему і кремнійорганічних сполук розроблені сорбенти, що здатні поглинати токсини і хвороботворні мікроби безпосередньо в живих організмах. Можливі два способи застосування таких сорбентів:
Кров пропускають через колонку з сорбентом (гемосорбція);
Сорбент приймають у середину, як звичайні ліки (ентеросорбент).
Розробка і дослідження нових форм сорбентів як лікарських препаратів успішно продовжується у двох новостворених установах Національної Академії наук – Інститут хімії поверхні (О.О.Чуйко) та Інститут сорбції і проблем ендоекології (В.В.Стрелко).
Академік України Ф.Д.Овчаренко та його учні вивчили адсорбційні та іонообмінні властивості дисперсних глинистих мінералів – складових елементів ґрунтів, встановили механізм іонного обміну і розробили методи його регулювання. Адсорбційну здатність глинистих мінералів використано для очистки рослинної олії, харчових парафінів, знешкодження радіонуклеїдів у молоці та в процесі регенерації відпрацьованих моторних олив. Проведені дослідження по застосуванню природних дисперсних мінералів в якості адсорбентів зайвої вологи при збереженні насіння соняшнику підвищеної вологості. Природні карпатські цеоліти з великою ефективністю застосовують як домішки до комбікормів великої рогатої худоби.
До речі, роль природного ентеросорбента в організмі людини і тварини виконує клітковина їжі та кормів. За своєю природою клітковина є полісахаридом з великою кількістю вільних гідроксильних, альдегідних та кетогруп, кожна з яких має здатність вступати в певні види взаємодії з різноманітними мінеральними та органічними сполуками, в тому числі і на принципах сорбції. Завдяки цьому явищу багато токсичних речовин виводяться з організму, що й визначає біологічну важливість наявності певної кількості клітковини в раціонах.