Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России
Лекция 3
Адсорбция на твердых поверхностях
Лектор: зав.кафедрой общей химии Белоконова Надежда Анатольевна
Вопросы :
1.Молекулярная адсорбция
2.Ионная адсорбция
3.Эмульсии и суспензии
1
Физическая химия поверхностных явлений
Поверхность раздела фаз
Подвижная Неподвижная
Ж -Г |
|
Ж -Ж |
|
Т -Г |
|
Т -Ж |
|
Т -Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Адсорбция–изменение концентрации вещества на границе раздела фаз
Адсорбция – это самопроизвольный процесс => ΔG < 0
1. Адсорбция на твердых поверхностях
Особенности твердых поверхностей раздела фаз:
на поверхности имеется большое количество микродефектов т.е участки
с неравноценной энергиейАдсорбция осуществляется на активных центрах поверхности
Адсорбент – вещество, на поверхности которого идет адсорбция
Адсорбат – вещество, которое концентрируется на поверхности сорбента
Адсорбент(Т) + адсорбат (Г,Ж) 
Адсорбционный комплекс
Адсорбционное равновесие – равновесное распределение вещества между |
||||
пограничным слоем и граничащими фазами |
десорбция |
|
||
|
|
X (S) |
|
X (V ) |
|
АДСОРБЕНТЫ (Т) |
|||
|
|
адсорбция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Неполярные |
Полярные |
|
(уголь) |
|
(силикагель) |
Сажа, АУ,тальк, фторопласт |
Силикагель, алюмогель,глины, цеолиты3 |
Биологическая роль процесов адсорбции(Т-Г,Т-Ж)
Процессы адсорбции обеспечивают непосредственную жизнедеятельность организмов: адсорбция кислорода на поверхности легких (Т-Г).
Яды и токсины, поступающие в организм адсорбируются на активных центрах некоторых ферментов, блокируя их (Т-Ж).
Для удаления токсинов и вредных веществ из пищеварительного тракта
применяются различные сорбенты (Т-Ж):
-альмагель(гидроксид алюминия, оксид магния, фосфат алюминия), -активированный уголь: 0,25г – имеет поверхность 100кв.м,
-сорбенты на основе клетчатки(«Полифепан») способны сорбировать бактерии, - сорбенты на основе оксида кремния применяют для выделения пищевых
аллергенов, солей тяжелых металлов, радионуклидов, - гемосорбенты используют для очистки крови и других биологических
жидкостей
Учет адсорбционных равновесий необходим при ведении в организм |
|
различных протезов т.к. возникают адсорбционные слои белков и ПАВ |
|
(Т-Ж). |
4 |
|
|
Механизмы адсорбции из водных растворов
АДСОРБЦИЯ
Молекулярная Ионная
Обменная Избирательная
Адсорбция полимеров на твердой поверхности
1. Молекулярная адсорбция
Количественная характеристика: удельная адсорбция (Г)– это равновесное количество поглощаемого вещества, приходящееся на единицу поверхности или массы твердого сорбента(моль/г)
Адсорбция газов зависит от :
1)Природы (полярный, неполярный)и площади поверхности сорбента:Sуд(м2/г).
Непористые(оксиды металлов, соли, сажа) – 0,01-10м2/г Пористые(АУ,силикагель, цеолиты)- 103 – 105 м2/г.
2)Природы сорбтива: чем больше адсорбат склонен к межмолекулярным взаимодействиям, тем лучше он адсорбируется (лучше адсорбируется тот, который легче сжижается):
|
|
Н2 |
СО2 |
NН3 |
|
|
|
Ткип.,К |
14 |
195 |
240 |
|
|
|
Г, моль/г |
1,1*10-4 |
21*10-4 |
81*10-4 |
|
|
3) |
Влияние давления (концентрации) газа(пара) |
6 |
||||
4) |
Температуры: при увеличении Т – адсорбция уменьшается |
|||||
|
||||||
Адсорбция газов на твердых сорбентах(Т-Г):
Уравнение Лэнгмюра
ГГ а P P ;
•Г - адсорбция, моль/см2, моль/г адсорбента;
• |
Г |
- предельная адсорбция, когда все активные центры |
|
|
адсорбента покрыты мономолекулярным слоем |
|
|
• |
адсорбтива; |
|
|
а – константа, равная отношению константы скорости |
|
||
• |
десорбции и константы скорости адсорбции |
|
|
Р |
- парциальное давление адсорбтива; |
7 |
|
Примеры использования адсорбции на твердых сорбентах:
Н.Д.Зелинский (6.11.1861-31.07.1953)
Защита от отравляющих веществ основана вдыхаемого воздуха путем адсорбции отравляющих газов и паров на твердом сорбенте.
С помощью твердых сорбентов проводится регенерация воздуха в кондиционерах, замкнутых объемах подводных лодок, космических кораблей.
Адсорбция на основе твердых сорбентов применяется для
количественного определения веществ в атмосферном воздухе и
воздухе рабочих зон (газовая хроматография).
8
(Т: Ж)
Факторы, влияющие на адсорбцию веществ из растворов:
природа (твердого сорбента и сорбтива): на неполярных сорбентах поглощаются молекулы неполярных и дифильных веществ (молекулярная адсорбция). На полярных сорбентах поглощаются преимущественно вещества, имеющие полярную (ионная адсорбция) и дифильную природу (молекулярная адсорбция);
концентрации сорбтива в растворе (уравнение Лэнгмюра);
температуры: при увеличении Т – адсорбция уменьшается;
природа растворителя: растворитель может принимать участие в процессе адсорбции, непосредственно адсорбируясь на активных центрах сорбента. При этом он создает конкуренцию для адсорбции растворенного вещества.
Чем хуже растворитель смачивает поверхность адсорбента и чем хуже растворяет вещество, тем лучше будет происходить адсорбция.
9
Смачивание – начальная стадия взаимодействия жидкости с твердым телом, зависит от поверхностного натяжения и межмолекулярного взаимодействия внутри фаз. Количественная мера контактного смачивания – краевой угол смачивания:
Ө < 900 поверхность смачивается
Ө > 900 поверхность не смачивается
10