Адсорбция из растворов.

Неэлектролиты и слабые электролиты на поверхности адсорбента адсорбируются из растворов в виде молекул. Такой процесс называется молекулярной адсорбцией. В результате адсорбции концентрация растворённого вещества в растворе уменьшается. Адсорбцию определяют по разности концентраций исходного и равновесного растворов адсорбата.

где – исходная концентрация адсорбата, моль/л; с – равновесная концентрация адсорбата, моль/л; V – объём раствора адсорбата, из которого происходила адсорбция, л; m – масса адсорбента, кг; a – адсорбция, моль/кг.

А дсорбция зависит от природы и концентрации адсорбента, температуры, природы адсорбента и растворителя, удельной поверхности адсорбента. С ростом концентрации раствора адсорбция на границе раздела твёрдое тело – раствор возрастает до некоторого предельного значения. При адсорбции ПАВ на границе раздела твёрдое тело – раствор, как и на границе раствор-газ, наблюдается различная ориентация молекул адсорбата. В системе полярный адсорбент – неполярный растворитель молекул адсорбата обращены полярной частью («головой») к поверхности адсорбента, а неполярная их часть («хвост») погружена в растворитель. В случае системы неполярный адсорбент – полярный растворитель, наоборот, неполярная часть молекулы обращена к поверхности адсорбента, а полярная часть погружена в растворитель.

В системах полярный растворитель – малополярный адсорбент – адсорбция ПАВ подчиняется правилу Дюкло-Траубе. При адсорбции ПАВ из неполярных растворителей полярными адсорбентами выполняется обращённое правило Дюкло-Траубе: с ростом длины углеводородного радикала адсорбция увеличивается.

В растворах сильных электролитов ионы адсорбируются лишь на полярных и практически не адсорбируются на неполярных адсорбентах. На положительно заряженных участках поверхности адсорбента адсорбируются из раствора анионы, на отрицательно заряженных – катионы. Адсорбционная способность ионов на данной поверхности возрастает с увеличением их заряда. Адсорбционная способность больше у тех ионов, радиус которых в сольватированном состоянии меньше.

Уравнение Ленгмюра (изотерма Лэнгмюра):

Для подвижных поверхностей раздела фаз

где Г - адсорбция, моль/г; Г_∞ - предельная адсорбция: количество адсорбата, покрывающего поверхность адсорбента плотным монослоем. Характеризует адсорбционную способность адсорбента; α - константа адсорбционного равновесия, отражает способность адсорбата адсорбироваться; равна отношению констант скоростей десорбции и адсорбции; с - концентрация вещества в растворе, моль/л.

Для неподвижных поверхностей раздела фаз

Твёрдое тело - газ

где a – адсорбция при данных условиях, - предельная адсорбция ( =константа адсорбционного равновесия), p – давление адсорбата

Твёрдое тело – раствор

где c – концентрация вещества в растворе.

Зависимость величины адсорбции от различных факторов. (уже сказано в предыдущих вопросах)

1. Природа фаз (предельная адсорбция, константа α). Кристаллические вещества адсорбируют хуже, чем аморфные. Лучше адсорбируются газы, которые легче конденсируются. Например, активированный уголь хорошо адсорбирует хлор (Т_кип = 239,7 К), аммиак(Т_кип = = 240 К), но не адсорбирует оксид углерода (II) (Т_кип = 83 К), азот (Т_кип = 77,0 К), водород (Т_кип = = 20,0 К). 2. Давление. С увеличением давления адсорбция увеличивается до определённого значения.

3. Температура. Повышение температуры способствует понижению адсорбции и усилению десорбции.

Правило выравнивания полярностей.

Правило Ребиндера (правило выравнивания полярностей):

На полярных адсорбентах лучше адсорбируются полярные адсорбаты из малополярных растворителей; на неполярных адсорбентах – неполярные адсорбаты из полярных растворителей.

Правило применимо для гетерогенной системы твёрдое тело – раствор.

Для системы адсорбат –адсорбент влияние природы растворителя на адсорбцию может быть сформулировано в виде правила:

чем лучше в данном растворителе растворяется данный адсорбат, тем хуже он адсорбируется; чем хуже растворяется – тем лучше из него он адсорбируется.

Избирательная адсорбция.

Избирательная адсорбция подчиняется правилу, установленному американским физико-химиком Фаянсом:

На поверхности данного адсорбента преимущественно адсорбируются те ионы, которые могут достраивать кристаллическую решётку этого адсорбента.

По этому механизму происходит образование ядра коллоидной мицеллы.

Значение адсорбционных процессов для жизнедеятельности.

Адсорбция широко используется в медицине с лечебными целями. Адсорбенты способны связывать многие ядовитые вещества, поэтому многие коллоиды применяют в качестве противоядий. Так, например, коллоидное железо употребляется при мышьяковом отравлении. Для этих же целей употребляются различные мелко растертые порошки, чаще всего животный и древесный уголь.

Явления адсорбции имеют большое биологическое значение. В организме имеется огромное количество поверхностей, на которых идут адсорбционные процессы. Это, во-первых, поверхности раздела между организмом и средой, затем поверхности стенок сосудов, разнообразнейшие мембраны, поверхности клеток, поверхности ядер, поверхности вакуолей и, наконец, поверхности коллоидных частиц протоплазмы. На всех этих поверхностях в процессе обмена веществ могут адсорбироваться различные вещества. Если для высших организмов поверхность раздела между организмом и средой адсорбционной роли почти не играет, то для организмов, живущих в воде, особенно для низших организмов, эта поверхность имеет весьма существенное значение в процессах питания и проникновения пищевых веществ. По исследованиям Траубе поверхностно-активные вещества легко проникают в клетку, а пищевые вещества, как правило, поверхностно-активны. Поэтому, первым этапом усвоения, является адсорбция питательных веществ, после чего начинается процесс химического превращения. Процессы обмена веществ в организме осуществляются посредством разнообразных специфических катализаторов-ферментов, являющихся коллоидами. Первые стадии действия фермента сводятся к адсорбции субстрата на поверхности ферментного комплекса, и только после этого фермент проявляет свое специфическое каталитическое действие. Явления адсорбции широко распространены в жидкостях и тканях организма. Такие важные жизненные процессы как, питание, дыхание, выделение и другие процессы жизнедеятельности организма сопровождаются многообразными явлениями адсорбции.