3.3. Адсорбция на поверхности раздела «жидкость – жидкость»
Поверхности раздела «жидкость – жидкость» (ж – ж) возникают при контакте несмешивающихся жидкостей, из которых одна является более полярной, другая - менее полярной. Наиболее важны в практическом отношении поверхности, возникающие между дисперсионной средой и каплями диспергированных жидкостей в эмульсиях. Эмульсии (см. п. 9.2) широко используются в быту и в производстве (например, водно-эмульсионные краски), в фармации и косметике. Молоко и многие молочные продукты также являются эмульсиями. Стабилизируются эмульсии с помощью адсорбции ПАВ на поверхности их капель.
Адсорбирующиеся молекулы ПАВ всегда ориентируются определённым образом: полярные группы погружаются в водную среду, неполярные - в неводную. Поэтому лучше всего адсорбироваться на поверхности «ж – ж» будут ПАВ со средними значениями ГЛБ, например, мыла, твины, камеди, что обусловливает их применение в качестве эмульгаторов.
Поскольку поверхность раздела фаз «ж – ж», как и поверхность «ж – г» идеально гладкая и равнодоступная в адсорбционном отношении, адсорбция на ней может быть описана уравнением Гиббса, но с использованием поверхностного натяжения на поверхности раздела “жидкость - жидкость”. Следует помнить, что адсорбирующиеся молекулы могут подходить к такой поверхности с обеих сторон, т. е. из двух граничащих растворов. Десорбция тоже может происходить в обоих направлениях. В каждом конкретном случае преимущественное направление адсорбции и десорбции будет определяться значением соответствующего химического потенциала.
3.4. Адсорбция на поверхности раздела «твёрдое тело – газ»
Газовой средой, внутри которой происходит адсорбция, чаще всего выступает воздух, а адсорбентами могут быть практически любые твёрдые вещества. Из воздуха адсорбируются водяной пар, углекислый газ и другие газы или пары, присутствующие в нём в виде примесей.
Данный вид адсорбции широко используется в лабораториях и на производстве для очистки и осушки газов и паров. Например, внутри точных лабораторных приборов, таких, как спектрофотометры, аналитические весы и др., для поддержания сухости воздуха всегда должен находиться тканевый пакет с поглотителем влаги, обычно силикагелем. Адсорбция, в том числе хемосорбция, используется для поддержания сухой атмосферы в эксикаторах, боксах и т. д. Действие противогазов основано на поглощении ядовитых газов из воздуха активированным углем или другими, более эффективными адсорбентами. Адсорбция играет одну из основных ролей в очистке воздуха жилых и производственных помещений с помощью аэрозольных (измельчённых до очень высокой степени дисперсности) дезодорантов. Один из основных методов хроматографии – газовая хроматография – основан на адсорбции газов на твёрдых пористых адсорбентах. Адсорбция является одной из стадий каталитических реакций, проводимых в газовой фазе на твёрдых катализаторах.
Следует также помнить и об отрицательном значении адсорбционных явлений. Например, адсорбция влаги и паров агрессивных жидкостей вызывает коррозию различных материалов, в том числе металлических и железобетонных конструкций, промышленного и лабораторного оборудования. Пары летучих веществ, как ароматных, так и дурно пахнущих, адсорбируясь, часто придают соответствующий запах одежде, мебели, стенам и т. п.
В отличие от жидких поверхностей на твёрдых возможна как физическая адсорбция, так и хемосорбция. В данном разделе мы рассмотрим главным образом физическую адсорбцию.
При обычных условиях на гладких поверхностях адсорбция из газовой среды протекает очень быстро, так что адсорбционное равновесие устанавливается иногда за доли секунды. На пористых или порошкообразных адсорбентах адсорбция протекает медленнее, но зато достигаются бóльшие значения величины адсорбции. Экспериментально количество адсорбированного вещества х определяется по разности массы адсорбента до и после адсорбции, а величина адсорбции А - отношением этой разности к первоначальной массе адсорбента m:
В зависимости от того, в чём удобнее выражать относительное содержание адсорбтива в среде, при изучении адсорбции на поверхности раздела «твёрдое тело – газ» (т – г) можно использовать изотермы в координатах А – р или А – С. Различают мономолекулярную и полимолекулярную адсорбцию. При мономолекулярной адсорбат располагается на поверхности адсорбента слоем толщиной в одну молекулу, при полимолекулярной – в несколько таких слоёв.