Общие положения явления сорбции

Сорбция веществ ─ это любой процесс поглощения одного вещества другим. Адсорбцией называется самопроизвольное изменение концентрации вещества в поверхностном слое по сравнению с его концентрацией в объеме фазы. Адсорбент − это вещество, на поверхности которого происходит адсорбция. Вещество, молекулы которого могут адсорбироваться, называют адсорбтивом. А уже адсорбированное вещество ─ адсорбатом. Если сорбция происходит не только поверхностью, но и объемом сорбента, то ее называют абсорбцией. Процесс, обратный сорбции, называют десорбцией.

В зависимости от природы взаимодействий, возникающих между частицами адсорбата и адсорбернта, различают два вида адсорбции.

При физической адсорбции наблюдается выделение небольшой теплоты, соизмеримой с теплотой конденсации. Такая адсорбция протекает обратимо и при повышении температуры уменьшается, так как увеличивается скорость десорбции.Химическая адсорбция необратима: при десорбции с поверхности уходит не адсорбтив, а его поверхностное соединение. Теплота хемосорбции высокая и сопоставима с тепловыми эффектами химических реакций. Повышение температуры приводит к увеличению хемосорбции, так как увеличивается скорость химического взаимодействия. Примером хемосорбции может служить адсорбция кислорода воздуха поверхностью металлов.

Для количественного описания резко выраженной адсорбции можно использовать величину A_I, называемую абсолютной адсорбцией.

Она выражает количество адсорбата (v^s) в молях на единицу площади адсорбента (S): А_I = v^s/S. В тех случаях, когда реальную площадь поверхности адсорбента измерить трудно, используют величину удельной адсорбции. А_уд. = v^s/m, где m ─ масса адсорбента.

Типы адсорбентов и их характеристики

Очевидно, что количество адсорбированного вещества тем больше, чем больше поверхность адсорбента. Поэтому эффективными адсорбентами служат вещества с очень сильно развитой поверхностью ─ это порошки, коллоиды и пористые вещества. Важнейшими количественными характеристиками адсорбентов являются объемная пористость и удельная поверхность. Объемная пористость ─ это отношение суммарного объема пор адсорбента к общему объему дисперсной системы. Удельная поверхность ─ это отношение суммарной поверхности адсорбента (с учетом пор) к его массе. Качественной характеристикой адсорбента является его структура. Существует два типа адсорбентов:

Непористые адсорбенты ─ образованы сплошными частицами, которые даже при плотнейшей их упаковке образуют пористую структуру ─ «порошковую диафрагму», порами которой являются промежутки между частицами. В зависимости от размера частиц структура адсорбента может быть макро или микропористой.

Пористые адсорбенты ─ это структуры, состоящие из зерен с внутренней пористостью. Для них характерно существование пор между зернами и пор внутри зерен.

Табл.1 Характеристики применяемых адсорбентов

Тип частиц адсорбента	Удельная поверхность, Sуд, см2/г	Дисперсность и структура	Примеры
Непористые	104─105	Грубодисперсные	Порошки оксидов, солей: ТiО2, ВаSО41)
Пористые	106	Тонкодисперсные	Графитированная сажа,2) белая сажа ─ аэросил3),
Пористые	106─ 107	Корпускулярные	Силикагель4),алюмогель
		Губчатые	Активированный уголь5), Пористые стекла
		Кристаллические	Цеолиты

⁾К грубодисперсным системам относятся также порошковые системы (диафрагмы, таблетки), полученные из зерен порошков путем прессования или плотной набивки в трубки, колонки;

²⁾Состоит из углерода (С), имеет структуру графита;

³⁾ Порошок SiO₂, состоит из сферических частиц d~10нм;

⁴⁾,Пористые зерна сухого силикагеля получают при высыхании студня поликремневой кислоты, их состав ─ SiO_2;

⁵⁾ Его губчатая структура ─ сетка твердой фазы из углерода. В таких углях каждый 2^й (3^й) атом углерода, образующего сетку, контактирует с адсорбатом.