1. Беттік құбылыстар және адсорбция. Негізгі түсініктері.

Беттік құбылыстар – фазалардың бөліну бетінде жүретін және беттік (жанасу) қабаттың құрамы мен құрылысының ерекшеліктерімен сабақтасқан процестер.

Фазаның меншікті беттік қабаты (S_мен) – бұл фазаның жанасу бетінің қосынды ауданының (S_сум), оның көлеміне (V) қатынасына тең шама:

S_уд =

Беттік керілу (σ) - бұл сандық жағынан тұрақты температурада фазалардың бөліну бет бірлігін түзу үшін атқарылатын жұмысқа тең (Дж/м²) (энергетикалық анықтау).

Беттік керілу (σ) - дененің беттік қабатына жанама бойынша әсер ететін және бос беттік қабатына берілгенкөлемде минимумға дейін қысқартуға ұмтылатын күш (Н/м) (күштік анықтау)

Беттік энергия (dG_S)

dG_{S =} σ×dS,осындағы

σ - беттік керілу коэффициенті, Дж/ м²

dS - беттік қабаттың ауданының шексіз аз өзгерісі, м²

Беттік активтілік (g) – бұл ерігене заттардың еріткіштің беттік керілуін өзгерте алатын қабілетін сиппатайтын шама (Дж·м/моль н·м²/моль):

g = - немесе g = -

Адсорбция - бұл фазалардың бөліну бетінде еріген заттың концентрациясының өздігінен өзгеретін процесі.

Десорбция – бұл адсорбцияға кері процесс.

Адсорбент - бет қабатында адсорбция процесі жүретін зат.

Оң адсорбция – бұл фазалардың бөліну бетінде еріген заттың концентрациясының өздігінен арта жүретін процесі.

Теріс адсорбция – бұл фазалардың бөліну бетінде еріген заттың концентрациясының өздігінен азая жүретін процесі.

Адсорбциялық (динамикалық) тепе-теңдік – адсорбция жылдамдығы мен десорбция жылдамдығы тең болатын жүйенің күйі (w_адс=w_десорб)

Физикалық адсорбция – адсорбтив молекулалары адсорбент беттік қабатымен әлсіз молекулааралық ван-дер-ваальс күштерімен байланысқан адсорбция процесі.

Физикалық адсорбция процесінің сипаттамасы:

• қайтымдылығы;

• жоғары жылдамдылық;

• таңдамалылығы аз;

• кішігірім адсорбциялық жылуы (8-40 кДж/моль);

• температураны артқан сайын кемуі.

Химиялық адсорбция (хемосорбция) – адсорбтив молекулалары адсорбентпен реакцияға түсіп, адсорбент пен адсорбтив арасында иондық (ковалентті, координациялық) байланыс түзе жүретін процесі.

Хемосорбция процесінің сипаттамасы:

• қайтымдылығы;

• таңдамалылығы;

• жоғары адсорбциялық жылуы (800-1000 кДж/моль);

• температураны артқан сайын өсуі;

Капиллярлық конденсация – бұл қатты сорбент кеуектерінде будың қысылу процесі.

Адсорбцияға әсер ететін факторлар:

• адсорбент табиғаты;

• адсорбтив табиғаты;

• температура;

• қысым;

Адсорбтив (адсорбат) – адсорбент бетінде адсорбцияланатын зат.

• адсорбтив концентрациясы.

Адсорбенттерге мысалдар:

• активтендірілген көмір;

• алюминий оксиді Al₂O₃;

• силикагель;

• жоғары дисперсті металдар.

2. Фазалардың жылжымалы бөліну бетіндегі («сұйықтық -газ», «сұйықтық-сұйықтық») адсорбциясы.

Беттік керілу изотермасы – бұл тұрақты температурада еріген заттың беттік керілуінің тепе-теңдік концентрацияға графикалық тәуелділігі.

Беттік-активті емес заттар (БАЕЗ) – бұл еріткіштің беттік керілуі шамасын өзгертпейтін немесе кішігірім жоғарылататын заттар.

БАЕЗ-ға мысалдар:

бейорганикалық тұздар, негіздер, қышқылдар (NaCl, KOH, H₂SO₄)

• кейбір органикалық заттар (гомологтық алғашқы қатары: аминсірке қышқылы NH₂CH₂COOH, құмырсқа қышқылы HCOOH, формальдегид).

БАЕЗ сипаттамалары:

• суда жақсы ерігіштігі (және тағы басқа еріткіштерде);

• еріткішпен салыстырғанда беттік керілу шамасының үлкен болуы (σ_БАЕЗ>σ_су )

• еріткіш пен еріген заттар молекулаларының арасындағы өзара әрекеттесудің еріткіш молекулаларының арасындағы өзара әрекеттесуге қарағанда артық болуы;

• ерітіндінің бүкіл көлемінде біркелкі таралуы.

Беттік активті заттар (БАЗ) – бұл еріткіштіңбеттік керілуі шамасын азайтатын заттар.

Баз-ға мысалдар:

• майлы қышқылдар (CH₃COOH және т.б)

• белоктар

• спирттер және т.б.

Дифильді молекулалар – бір уақытта полярлы топтар мен көмірсутекті радикалы бар молекулалар.

БАЗ молекулаларының схемалық бейнеленуі:

CH₃-CH₂-COOH

БАЗ сипаттамалары:

• суда және т.б. еріткіштерде нашар ерігіштігі;

• ерткішпен салыстырғанда беттік керілу шамасының төмен болуы ....;

• еріткіш пен еріген заттар молекулаларының арасындағы өзара әрекеттесудің еріткіш молекулаларының арасындағы өзара әрекеттесуге қарағанда кем болуы;

• БАЗ молекулалары беттік қабатта белгілі бір бағытта орналасқан.

Дюкло-Траубе ережесі:

Дюкло-Траубе ережесіне сәйкес көмірсутек тізбегі бір –СН₂- топқа ұзарған сайын заттың беттік активтілігі орташа 3-3,5 есе артады.

Дюкло-Траубе ережесінің қолданылуы:

• Органикалық қосылыстардың гомологтық қатарлары;

• Тек сұйықтылған ерітінділер;

• Бөлме температурасына жақын температура;

Шекті адсорбция (Г) – бұл адсорбент қабатының бірлік ауданына келетін адсорбтив мөлшерімен (моль) өлшенетін шама (моль/м²).

Гиббс теңдеуі:

Г = - , осындағы

Г- адсорбцияланған зат мөлшері, моль/м²;

С- еріген заттың молярлық концентрациясы, моль/м²;

R- универсальді газ тұрақтысы, 8,314 Дж/(моль К);

-(dσ/dC) – беттік активтілік, (Дж*м)/моль.

Адсорбции изотермасы – бұл тұрақты температурада еріген заттың адсорбция шамасының концентрацияға графикалық тәелділігі.