3.Загальні уявлення про адсорбцію

Процеси поглинання газів або рідин або розчинених речовин твердими речовинами або рідинами називаються сорбцією. Речовини, що поглинають, називаються сорбентами, Процес, зворотний сорбції, називають десорбцією.

Існують два основних типи сорбційних процесів: абсорбція та адсорбція.

Абсорбцією називається поглинання газів або рідини всім об’ємом сорбента − рідиною.

Адсорбцією називається самовільний процес концентрування речовин на твердій або рідкій поверхні розділу фаз.

Адсорбція зустрічається найчастіше, тому далі будуть розглядатися адсорбційні процеси. Поглинаюча фаза називається адсорбентом, адсорбована речовина – адсорбатом. Адсорбенти можуть бути твердими (активоване вугілля, силікагель), рідкими (вода, краплі емульсії), газовими − пухирьки піни.

Класифікація адсорбційних процесів

Адсорбція залежить від багатьох факторів – природи та агрегатного стану адсорбата та адсорбента, стану поверхні адсорбента, концентрації адсорбата, температури, механізму взаємодії тощо. Адсорбція є локалізованою, коли молекули не можуть вільно переміщуватись по поверхні адсорбента та нелокалізованою, коли молекули адсорбата вільно переміщуються вздовж по­верхні адсорбента.

1. Класифікація за механізмом процесу

В залежності від механізму взаємодії розрізняють адсорбцію фізичну та хімічну.

Фізична адсорбція зумовлена силами міжмолекулярної взаємодії.

Ознаки фізичної адсорбції:

1. Оборотність. Має місце динамічна рівновага сорбція  десорбція. Десорбція зумовлена тепловим рухом. Наприклад, при адсорбції ацетатної кислоти на вугіллі на поверхні виникає адсорбційний комплекс:

С + СН₃СООН  С·СН₃СООН.

адсорбент комплекс

При десорбції комплекс руйнується й адсорбат виділяється в хімічно незмінному виді.

2. Мала специфічність. На полярних адсорбентах адсорбируются полярні речовини, на неполярних – неполярні.

3. Незначна теплота адсорбції (8 – 40 кДж/моль).

4. З підвищенням температури адсорбція зменшується: dГ/dT < 0, тому що збільшується швидкість десорбції.

Хімічна адсорбція (хемосорбція) виникає в результате хімічної реакції між сорбатом і адсорбентом з утворенням нової поверхневої cпoлуки. Процес відбувається тільки на поверхні сорбенту.

Ознаки хімічної адсорбції:

1. Необоротність. При десорбції з поверхні зникає новоутворена поверхнева сполука. Десорбція зумовлюється зовнішніми впливами. Наприклад, адсорбція кисню на вугіллі: С + О₂ → С·О₂.

адсорбент адсорбтив комплекс

При нагріванні відбувається десорбція: С·О₂ → С + СО₂.

адсорбційний комплекс нова хімічна сполука

2. Специфічність. Адсорбція відбувається тільки тоді, коли можлива хімічна реакція.

3. Висока теплота адсорбції (800÷1000 кДж/моль), яка порівнянна з тепловими ефектами хімічних реакцій.

4. Підвищення температури приводить до збільшення адсорбції, тому що збільшується швидкість хімічної взаємодії.

Існують різні проміжні форми адсорбції, що найчастіше пов’язані з утворенням водневого зв’язку. Адсорбція за рахунок водневого зв’язку є пограничною між фізичною адсорбцією та хемо­сорбцією, її теплота складає 20÷40 кДж/моль.

2. Класифікація за агрегатним станом адсорбента та адсорбтива

В залежності від агрегатного стану адсорбента та адсорбтива адсорбційні про-цеси класифікуються:

1. Адсорбція розчиненої речовини з розчинів на міжфазній поверхні рідина – газ або рідина − рідина;

2. Адсорбція газів (пари) на поверхні твердих тіл;

3. Адсорбція розчиненої в рідині речовини на поверхні твердих тіл.