Поверхностное натяжение некоторых веществ в жидком состоянии на границе с воздухом или паром

Жидкость	Температура измерения, °С	s , мДж/ м2	Жидкость	Температура измерения, °С	s, мДж/м2
Ртуть	20	485	Гексан	20	18,5
Вода	20	|72,75	Золото	1200	1120
Глицерин	20	66,0	Олово	900	5l10
Этиленгликоль	20	46,7	Хлорид натрия	811	113
Сыворотка крови человека	38	46-47	Кислород	- I 98	17
Анилин	20	42,9	Водород	- 252	2
Бензол	20	28,9	Гелий	- 270	0,24
Хлороформ Этиловый спирт	20 20	27,1 21,6	Цитоплазма амёб (на границе с маслом)	20	0,5 - 1,5

§ 3. Адсорбция и поверхностное натяжение

Чем больше развита поверхность вещества, тем интенсивнее протекают процессы, связанные с поверхностными явлениями и, в первую очередь, адсорбция. Впервые явления адсорбции газов древесным углем наблюдал в 1777 году Д. Фонтана, затем Т.Е. Ловиц использовал эту способность угля для очистки растворов. Дальнейшим исследованием природы адсорбционных явлений и их практическим применением занимались русские и зарубежные ученые М.С. Цвет, Н.Д. Зелинский, Н.А. Шилов, М.М. Дубинин, Дж. Гиббс, И. Ленгмюр, Г.Фрейндлих и др.

Адсорбцня ( от латинского ad – на, при и sorbeo – поглощаю) – это самопроизвольный изотермический процесс сгущения массы растворенного вещества в поверхностном слое, вызванный избытком свободной энергии и сопровождающийся уменьшением поверхностного натяжения. Адсорбция в широком смысле означает всякое самопроизвольное изменение концентрации вещества в поверхностном слое, отнесенное к единице поверхности. Движущей силой адсорбции является разность химических потенциалов компонентов в объеме и на поверхности, которые со временем выравниваются. В результате наступает адсорбционное равновесие. Процесс адсорбции в одних случаях протекает очень быстро, в других – сравнительно медленно, а иногда длительное время (сутки и более).

Адсорбция представляет собой обратимый процесс. Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а поглощаемое вещество – адсорбтивом. Уже адсорбированное вещество – адсорбатом. Адсорбция зависит от химической и физической природы адсорбента и адсорбтива.

Адсорбционное равновесие является динамическим, и его положение зависит как от концентрации поглощаемого вещества в соприкасающейся с адсорбентом среде, так и от температуры. Увеличение концентрации адсорбтива усиливает адсорбцию, а повышение температуры вызывает десорбцию, так как процесс адсорбции является экзотермическим. Адсорбционное равновесие обычно устанавливается очень быстро. Если же процесс адсорбции связан с другими поверхностными явлениями (например абсорбцией или хемосорбцией), то установление равновесия заметно замедляется.

Когда молекулы газообразного или парообразного вещества диффундируют в толщу адсорбента, образуя с ним однородную массу, то этот процесс поглощения адсорбтива называется абсорбцией. Процесс растворения любого газа в жидкости является примером абсорбции. Следовательно, абсорбция – явление объемное, а адсорбция – чисто поверхностное.

В некоторых случаях, когда поглощаемое вещество химически взаимодействует с адсорбентом, такой процесс в отличие от физической адсорбции называется хемосорбцией. Хемосорбция может протекать и в поверхностном слое, и в толще всего адсорбента. Отличительные черты хемосорбции – необратимость, высокие тепловые эффекты (сотни кДж/моль), активированный характер.

Все эти понятия – адсорбция, абсорбция и хемосорбция объединяются общим названием сорбция и характеризуют процессы поглощения газов, паров и растворенных веществ твердыми телами и жидкостями. Адсорбция может происходить на любой поверхности раздела фаз: жидкость – газ, жидкость – жидкость, твердое тело – газ, твердое тело – жидкость.

Адсорбция обозначается греческой буквой Г (гамма). Величина адсорбции Г (количество адсорбированного вещества) определяется обычно избытком вещества на границе раздела фаз, отнесенная к единице площади поверхности, и выражается в моль/см² или кмоль/м². Когда поверхность адсорбента неизвестна, то количество адсорбированного вещества относят к единице массы адсорбента и выражают в моль/г. При растворении какого-либо вещества в жидкости ее поверхностное натяжение изменяется. Адсорбция сопровождает процесс растворения и влияет на распределение частичек растворенного вещества между поверхностным слоем растворителя и внутренним его объемом. Вещества, понижающие поверхностное натяжение, адсорбируются поверхностным слоем, т. е. сосредоточиваются в нем в большей концентрации, чем в остальном объеме раствора, и тем самым еще сильнее снижают поверхностное натяжение. Вещества же, повышающие поверхностное натяжение, наоборот, находятся в поверхностном слое в меньшей концентрации, чем в объеме раствора.