Адсорбция

Изменение концентрации растворенного вещества в поверхностном слое раствора (или вообще на границе раздела фаз) называют адсорбцией. Если вещество поглощается всем объемом поглотителя, то такой процесс называют абсорбцией.

Десорбция – процесс обратный адсорбции.

Адсорбент – вещество, на поверхности которого идет адсорбция.

Адсорбтив – вещество, которое адсорбируется.

Удельная адсорбция – это равновесное количество поглощаемого вещества, приходящееся на единицу поверхности или массы адсорбента.

Удельная адсорбция обозначается буквой (Г). Количественно ее выражают:

где X – число молей адсорбтива

S – площадь поверхности адсорбента

m – масса адсорбента

Адсорбция на границе раздела жидкость-газ (ж–г).

Количественно ее определяют с помощью уравнения Гиббса.

Г – адсорбция – изменение концентрации на поверхности раздела по сравнению с концентрацией в объеме фазы.

Λσ – изменение поверхностного натяжения, соответствующее изменению молярной концентрации вещества ΛC.

R – универсальная газовая постоянная

T – абсолютная температура

– поверхностная активность

Из уравнения Гиббса видно, что возможны 2 случая:

1. Если Λσ<0, то Г>0 – положительная адсорбция. Положительную адсорбцию вызывают ПАВ, уменьшающие поверхностное натяжение.

2. Если Λ σ >0, то Г<0 – отрицательная адсорбция. Отрицательную адсорбцию вызывают ПИВ, увеличивающие поверхностное натяжение.

В случае ПАВ величина поверхностной активности зависит от длины углеводородного “хвоста”.

Правило Дюкло-Траубе: удлинение ПАВ на одну группу –CH₂– увеличивает поверхностную активность в 3,2–3,5 раза.

Это правило иллюстрируется рисунком:

Зависимость поверхностного натяжения σ от концентрации водных растворов ПАВ подчиняется эмпирическому уравнению Шишковского:

σ ₀ - σ ₌

где b и k – эмпирические постоянные, причем b – константа для всего гомологического ряда, а k – увеличивается в 3,2–3,5 раза для каждого последующего члена ряда, в соответствии с правилом Дюкло-Траубе. Согласно уравнению Шишковского с ростом C_ПАВ поверхностная активность убывает по логарифмическому закону.

В зависимости от концентрации ПАВ возможны 3 случая расположения молекул на границе водный раствор-газ:

1. При малой концентрации гибкие углеводородные радикалы лежат на поверхности раствора:

2. При средней концентрации ПАВ появляются отдельные агрегаты:

3. При высокой концентрации вся поверхность жидкости покрыта мономолекулярным слоем вертикально ориентированных молекул – “частокол” Лэнгмюра:

Адсорбция на границе жидкость-жидкость

Такая граница существует, если жидкости не смешиваются.

На границе раздела двух несмешивающихся жидкостей молекулы ПАВ будут располагаться различным образом, что зависит от величины их поверхностной активности. Жидкости, резко отличающиеся по полярности, например, вода и масло, при смешивании всегда расслоятся с образованием границы раздела между ними. Если в эту систему ввести водорастворимое ПАВ, то его молекулы своей полярной, гидрофильной группой будут ориентированы к воде, а гидрофобной – к маслу. Положение молекул ПАВ на границе будет зависеть от соотношения гидрофильных и гидрофобных свойств соответствующих фрагментов, т.е. от их поверхностной активности.