Удельная адсорбция зависит от следующих факторов.
От свободной поверхностной энергии адсорбента. Адсорбент тем эффективнее, чем меньше измельчен.
От сродства адсорбтива к поверхности адсорбента. Полярные вещества лучше адсорбируются на полярных адсорбентах, а неполярные на неполярных.
При физической адсорбции из смеси газов или паров лучше адсорбируется тот компонент, который легче сжимается, поскольку его молекулы более склонны к межмолекулярным взаимодействиям.
От концентрации адсорбата. Зависимость имеет сложный характер, так как с адсорбцией идет одновременно процесс десорбции. При равенстве скоростей этих процессов наступает равновесие.
ТЕОРИЯ МОНОМОЛЕКУЛЯРНОЙ АДСОРБЦИИ ЛЕНГМЮРА.
Основные положения теории Ленгмюра:
адсорбция молекул происходит не на всей поверхности адсорбента, а только на адсорбционных центрах, где имеются участки с наиболее нескомпенсированными силовыми полями;
каждый адсорбционный центр может удерживать только одну молекулу адсорбата, при этом адсорбированные молекулы не взаимодействуют со свободными молекулами, что приводит к образованию мономолекулярного слоя поглощаемого вещества;
процесс адсорбции обратим и носит динамический характер, т.к. адсорбированные молекулы удерживаются адсорбционными центрами только в течение определенного промежутка времени, после чего происходит десорбция этих молекул и адсорбция такого же числа новых молекул.
Уравнение Ленгмюра:
Г уд
=
Г∞ - значение предельной адсорбции;
с – равновесная концентрация адсорбента в системе;
К – константа адсорбционного равновесия.
Зависимость адсорбции от концентрации ПАВ (изотерма адсорбции) имеет вид:
Г
уд
Г∞
III
II
I
с
с∞
На кривой можно выделить три участка:
I – это прямая линия, выходящая из начала координат. При малых концентрациях, когда с → 0 и (1 + Кс) ≈1, уравнение принимает вид
Г = Г∞·Кс,
т.е. величина адсорбции прямо пропорциональна концентрации или давлению адсорбата.
III – прямая, параллельной оси абсцисс, что означает, что адсорбция достигла своего предельного значения. При этом Кс ›› 1 и (1 + Кс) ≈ Кс, тогда
Г = Г∞
произошло насыщение поверхности адсорбента молекулами адсорбата, так как сформировался мономолекулярный слой.
II – участок соответствует криволинейной части графика и описывается полным уравнением Ленгмюра.
Адсорбция на границе твердое тело – жидкость
Существенным отличием адсорбции веществ из растворов является конкуренция между растворенным веществом и растворителем за возможность взаимодействовать с адсорбционными центрами на поверхности твердого адсорбента. Рассматривая этот вид адсорбции, остановимся на следующем:
Чем больше удельная поверхность адсорбента, тем лучше адсорбция.
Природа растворителя:
Чем хуже данный растворитель смачивает поверхность адсорбента и чем хуже растворяет вещество, тем лучше будет происходить адсорбция растворенного вещества.
Природа поглощаемого вещества:
а) выполняется правило «подобное взаимодействует с подобным», т.е. должно быть сродство между адсорбентом и адсорбтивом. Гидрофильные адсорбенты (силикагель, глины, пористые стекла) хорошо поглощают полярные вещества, а гидрофобные (сажа, активированный уголь) -–неполярные вещества.
б) правило Шилова:
Чем больше растворимость вещества в данном растворителе, тем хуже оно адсорбируется на поверхности твердого адсорбента.
в) правило уравнивания полярностей Ребиндера:
На поверхности раздела фаз прежде всего адсорбируются те вещества, при адсорбции которых происходит выравнивание полярностей соприкасающихся фаз, причём с увеличением разности полярности фаз способность к адсорбции этих веществ возрастает
Эффективней всего адсорбируются молекулы веществ, имеющих дифильное строение. В этом случае идёт адсорбция на твердом адсорбенте с самопроизвольной четкой ориентацией их молекул на границе раздела, выравнивающей полярности фаз. Полярный фрагмент молекулы обращен всегда к полярной фазе – к воде, силикагелю, а неполярный фрагмент – к неполярной (гидрофобной) фазе – активированному углю, маслу.
Влияние концентрации растворенного вещества на процесс адсорбции при постоянной Т описывается уравнением Ленгмюра.
Повышение температуры снижает эффективность адсорбции. Это объясняется ослаблением взаимодействия между адсорбентом и адсорбатом.
Молекулярная адсорбция из растворов на твердом адсорбенте широко используется в медицинской практике. Активированный уголь хорошо адсорбирует газы, алкалоиды, барбитураты, токсины из пищеварительной системы. Одна таблетка активированного угля массой 0,25 г имеет адсорбционную поверхность около 100 м2.