6. Адсорбция газов и паров на границе раздела жидкость-газ. Уравнение Гиббса.

Процессы адсорбции относятся относятся к поверхностным явлениям и сопровождаются уменьшением поверхностного натяжения дисперсных систем.Адсорбция- процесс самопроизвольного концентрирования вещества на поверхности раздела фаз за счет которого уменьшается пов энергия системы. Конденсированная фаза на поверхности которого происходит конденсирование вва называется адсорбентом.Вво которое концентрируется на межфазной поверхности называется адсорбатом.Для количественного описания процесса адсорбции используются:

А-число моль адсорбата приходящегося на единицу поверхности или массы адсорбента(моль/м2,моль/кг).

Г-поверхностный избыток вва,т.е. избыток вещества в поверхностном слое по сравнению с его количеством в объеме фазы адсорбата отнесенной к ед. площади поверхности.В общем случае величина адсорбции зависит от концентрации адсорбата, давления и температуры.Обычно для описания адсорбции используют изотерму адсорбции,т.е. зависимость величины адсорбции от концентрации или парциального давления адсорбата при постоянной температуре,т.е. А=f(C),A=f(p).Адсорбция бывает физической и химической.Физичиеская основана на силах межмолекулярного взаимодействия и является обратимой,обратный процесс удаления вва с поверхностного слоя называется десорбцией.

Химическая-движущей силой данного вида являются образование хим соединений между молекулами адсорбента и адсорбата,реакция необратима. В зависимости от агрегатного состояния контактирующих фаз различают адсорбцию газов и паров на твердых и жидких адсорбентах и адсорбцию растворенных веществ на поерхностях твердых и жидких адсорбентов.Концентрирование молекул адсорбата уменьшая пов энергию адсорбента,тем самым как бы устраняя резкий переход от фазы адсорбента к фазе адсорбата.Термодинамически адсорбцию можно представить как перенос вещества из фазы адсорбата в пов слой адсорбента за счет чего изменяется величина его пов натяжения.При адсорбции в изотермических условиях процесс может быть выражен урнием SΔσ=-nΔG(n-число моль адсорбата).Разделив обе части на S и обзначив n/S=Г(поверхностный избыток адсорбата),получаем –Δσ=ГΔG.Для многокомпонентной системы -Δσ=ΣГΔG,применимо для описания адсорбции в любых системах.Для адсорбции на повти жидких адсорбентов имеет следующий вид Г=-СΔσ/ТΔС.

Если с увеличением концентрации адсорбата пов натяжение на границе фаз снижается,то такие вва называются ПАВ(Г>0),если не происходит увеличение или уменьшение пов натяжения(Г=0) то вво пов индеферентное к данному адсорбату. Термодинамический подход к описанию процессов адсорбции является универсальным, однако в этом заключаются его недостатки обусловленные тем, что термодинамика не учитывает особенности строения вва, поэтому уравнение Гиббса находят ограниченное применение.Для адсорбции газов, паров и жидкости на поверхности твердых адсорбентов используют представление о взаимодействии молекул адсорбата с адсорбционными центрами на повти адсорбента. Т.к. строение тв тел характер взаимодействия вв с их повтью разнообразны,то был предложен ряд теорий учитывающий специфику адсорбционных процессов:

Дисперсность частиц оказывает значительное влияние на реакционную способность веществ. В термодинакмике реакционная способность определяется энергией Гиббса,изменение которой при условии постоянной температуры можно рассчитать исходя из урния ΔG_D=G_r-G_s=VΔP.

G_r -энергия Гиббса дисперсного вещества, G_s - энергия Гиббса недисперсного вещества. Если объем обозначить как мольный объем вещества,то изменение энергии Гиббса в результате диспергирования вва будет ΔG_D =V_mΔP=±σV_mΔS/ΔV. данное уравнение определяет приращение реакционной способностивещества за счет возрастания их дисперсности. Обычно данное уравнение преобразуют относительно параметров описывающих свва изучаемой системы.Т.о. получают уравнение Кальвина(RTln(P_r/P_s)=2σV_m/r), являющейся основой теории капиллярной конденсации паров веществ на поверхности пористых адсорбентов. С изменением дисперсности частиц вещества изменяются и такие физические свойства как температура фазовых переходов.Уменьшение размеров приводит к снижению температуры фазового перехода.