10. Охарактеризувати поняття адсорбції. Основне рівняння адсорбції.

Адсорбция – избыток или недостаток вещества в поверхностном слое по сравнению с содержанием вещества в объёме раствора отнесённому к 1 см2.Предположим, что в поверхностном слое жидкости площадью F содержится 1 моль растворённого вещества при переходе малого количества растворённого вещества из объёма в поверхностный слой. Поверхнотное натяжение уменьшается на dσ , а свободная энергия поверхности уменьшается на F dσ . Это уменьшение свободной энергииэквивалентно работе удаления из раствора такого же количества растворённых веществ.

Если 1 моль растворённого вещества находится в объёме , а dp – разность давлений раствора до и после удаления малого количества растворимых веществ, то работа удаления:

dA = VdP

Fdσ = - VdP

К разбавленному раствору применяют закон идеальных газов.

Уменьшение свободной поверхностной энергии:

Fdσ = - (RT/P)dP

Основное уравнение Гиббса для адсорбции:

1/F = - P/RT * dσ / dP

В случае идеальных разбавленных растворов давление пропорционально концентрации, и тогда:

1/F = - C/RT * dσ / dc

1/F = Г – представляет собой адсорбцию в (моль/см2)

Г = - (C/RT) * dσ / dc

Поверхностная активность вещества:

G = - (dσ / dc)

G = 1 Гиббс = ( (эрг/см2) / (моль/л) )

Из уравнения Гиббса следует, что при dσ < 0, т.е. при уменьшении поверхностной энергии σ с увеличением концентрации адсорбция положительна Г > 0 и растворённое вещество считается поверхностно активным. В противоположном случае ( Г< 0 ), растворённое вещество инактивное.

11. Фізична і хімічна адсорбція. Відміна між ними.

12.Хімічна адсорбція, перехід від фізичної до хімічної адсорбції.

Адсорбция – способность твёрдого тела (адсорбента) удерживать на своей поверхности атомы и молекулы другого вещества – адсорбата, приводящая к его аномально высокой концентрации на этой поверхности.

Адсорбция происходит под действием некомпенсированных сил межатомного взаимодействия в поверхностном слое адсорбента, который притягивает молекулы адсорбата из приповерхностной области.

Адсорбция уменьшает поверхностную энергию адсорбента и является начальной стадией взаимодействия между твёрдыми веществами и средой (газ).

Различают физическую и химическую адсорбции.

При физической адсорбции адсорбированный слой связан с поверхностью твёрдого тела слабыми силами Ван-дер-Вальса.

При химической адсорбции (хемосорбция) адсорбированный слой связан с поверзностными слоями силами химической связи (сильными).

Физическая адсорбция реализуется мгновенно, химическая – медленно, т.к. связана с энергией активации.

Физическая адсорбция – обратима, химическая – необратима. При повышении температуры физическая адсорбция превращается в химическую адсорбцию.

Рис. Количество адсорбированного газа.

При низких температурах кривая (1) описывает физическую адсорбцию, при которой количество газа с ростом температуры уменьшается. При дальнейшем увеличении температуры количество адсорбированного газа увеличивается по кривой (2), что происходит в следствии хемосорбции. Затем поверхность заполняется адсорбатом и количество поглощаемого газа сново начинает снижаться- кривая (3).

Адсорбция в области (1) – обратима, а в области (2) – необратима и при охлаждении из области (3) процесс переходит в область (4).

Переход от физической к химической адсорбции можно показать на основе схематической диаграммы потенциальной энергии рассматриваемой системы (Леонард Джонс).

На рисунке представлен характер изменения потенциальной энергии атома в зависимости от его расстояния до поверхности твёрдого тела.

Для осуществления хемосорбции на реальной поверхности требуется затрата энергии на активацию этой поверхности.

На рисунке кривая f представляет изменение энергии молекул при физической адсорбции, а кривая с – при хемосорбции.

По мере того как молекула приближается к поверхности она испытывает в начале действие физических сил притяжения, которые действуют на больших расстояниях в сравнении с силами химической связи, которые действуют на малых расстояниях.

Точка Мf – соответствует положению стабильного равновесия молекул с энергией физических связей.

Возможность хемосорбции определяется способностью молекул достичь точку Р, в которой возможен переход к химической адсобции. Для этого молекула должна преодолеть энергетический барьер ∆Е , т.е. здесь реализуется энергетический активационный процесс.

Точка Мх – соответствует положению стабильному положению атомов с энергией химической связи.