Закономерности адсорбции на твердой поверхности из раствора. Ионнообменная адсорбция.

Адсорбция на твердой поверхности из раствора зависит от природы растворенного вещества. Большое влияние оказывает на адсорбцию соотношение полярностей адсорбента и растворителя. Это выражается правилом уравнивания полярностей Ребиндера

Величина адсорбции растворенного вещества тем больше, чем больше разность полярностей между адсорбентом и растворителем.

В случае ионной адсорбции один из ионов часто адсорбируется избирательно. Правила избирательной адсорбции были сформулированы Песковым и Фаянсом:

1. На поверхности твердого адсорбента преимущественно адсорбируются ионы, имеющие с этим адсорбентом общую атомную группировку.

2. Если поверхность адсорбента имеет заряд, то, преимущественно, будут адсорбироваться ионы с ионы с противоположным зарядом, а также ионы, образующие с поверхностью нерастворимые соединения.

Обменная адсорбция – адсорбция, при которой адсорбент поглощает из раствора определенные ионы, а взамен посылает в раствор эквивалентное количество ионов другого вида.

Например, алюмосиликаты поглощают из раствора ионы кальция и магния, а посылают в раствор ионы натрия и калия, следовательно, происходит умягчение воды. Наиболее широкое применение этот способ получил после синтезирования фенолформальдегидных смол, способных как к катионному (катиониты), так и к анионному (аниониты) обмену.

Изобары и изостеры адсорбции.

Наряду с изотермами адсорбции для количественного описания закономерностей адсорбции применяются изобары и изостеры адсорбции.

Изобара адсорбции – зависимость количества адсорбированного вещества (или степени заполнения поверхности) от температуры при постоянном давлении адсорбата в газовой фазе.

Изостера адсорбции – зависимость равновесного давления адсорбата от температуры для определенного количества адсорбированного газа.

Изостеры адсорбции используются для определения теплоты адсорбции графическим методом. Для этого строят несколько изотерм для разных температур, а затем находят значения соответствующих давлений адсорбата при постоянной величине адсорбции. После этого строят зависимость lnP от 1/Т при постоянной степени заполнения поверхности. Тангенс угла наклона прямой равен –Q_адс/R.

Хроматография.

Хроматография – метод разделения веществ при прохождении раствора или газа через колонку с адсорбентом. Метод хроматографии широко используется для веществ, в том числе и неокрашенных. Для этого длинные тонкие капилляры с пористыми стенками или заполняют более широкие трубки зернами пористого адсорбента (оксида алюминия, оксида магния, древесного угля и др.). Это приводит к возникновению большой поверхности раздела фаз, следовательно, при медленном прохождении газа осуществляются многократно повторяющиеся процессы адсорбции и десорбции молекул компонентов газовой смеси. Это позволяет получить разные времена выходов компонентов из колонки или т.н. разные времена удерживания. Такой вид хроматографии называют газоадсорбционной хроматографией.

Если же крупные поры адсорбента заполнить неподвижной жидкостью, то вместо различий в адсорбируемости можно использовать различия в растворимости отдельных компонентов газовой смеси – газожидкостная хроматография.

Хроматографическое разделение смесей веществ может осуществляться разными способами:

1 способ:в колонку с адсорбентом вводят газовую смесь с постоянной концентрацией компонентов. У выхода из колонки появляются наименее адсорбирующийся или наименее растворимый компонент, затем смесь этого компонента с несколько более легко адсорбирующимся компонентом, затем смесь двух компонентов с еще более легко адсорбирующимся и т.д. вплоть до исходной газовой смеси. Такой анализ называют фронтальным. Недостатком его является то, что в чистом виде можно получить только первый компонент.

2 способ: через колонку с адсорбентом пропускают непрерывный поток практически неадсорбирующегося газа (газ-носитель), в который у входа в колонку вносят небольшую порцию анализируемой смеси. В этом случае у выхода из колонки в токе газа-носителя сначала появляется наименее адсорбирующийся компонент газовой смеси, затем газ-носитель, затем смесь первого компонента с более легко адсорбирующимся газом, затем газ-носитель и т.д. Таким образом, зоны выхода компонентов на хроматограмме оказываются разделенными газом-носителем. Такой анализ называется проявительнойхроматографией.