37 Вопрос

Адсорбция — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза-жидкость, конденсированная фаза - газ) вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз. Адсорбция является частным случаем сорбции, процесс, обратный абсорбции - десорбция.

5. Физическая адсорбция

Причиной адсорбции являются неспецифические (то есть не зависящие от природы вещества) Ван-дер-Ваальсовы силы. Физическая адсорбция является обратимым процессом, условие равновесия определяется равными скоростями адсорбции молекул адсорбтива P на вакантных местах поверхности адсорбента S* и десорбции — освобождения адсорбата из связанного состояния S − P:

;

уравнение равновесия в таком случае:

,

где K — константа равновесия, [S − P] и [S*] — доли поверхности адсорбента, занятые и незанятые адсорбатом, а [P] — концентрация адсорбтива.

Хемосорбция

химическая сорбция, поглощение жидкостью или твёрдым телом веществ из окружающей среды, сопровождающееся образованием химических соединений. В более узком смысле хемосорбцию рассматривают как химическое поглощение вещества поверхностью твёрдого тела, т. е. как химическую адсорбцию. При хемосорбции выделяется значительное количество тепла: обычно теплоты хемосорбции лежат в пределах 84—126 кдж/моль (20—30 ккал/моль), а в некоторых случаях, например при хемосорбции кислорода на металлах, могут превышать 420 кдж/моль (100 ккал/моль). Подобно химическим реакциям, хемосорбция требует, как правило, значительной энергии активации. Поэтому при повышении температурыхемосорбция ускоряется (т. н. активированная адсорбция). Хемосорбция избирательна, т. е. зависит от химического сродства адсорбируемоговещества к поверхности твёрдого тела. Для изучения хемосорбции применяют физические методы: спектроскопию, электронный парамагнитный иядерный магнитный резонанс, электронный и ионный проекторы, дифракцию медленных электронов и др. Хемосорбция играет большую роль вгетерогенном катализе, очистке газов, вакуумной технике и др.

Уравнение Ленгмюра:

,

где — доля площади поверхности адсорбента, занятая адсорбатом,— адсорбционный коэффициент Ленгмюра, а P — концентрация адсорбтива.

Изотерма адсорбции — зависимость количества адсорбированного вещества (величины адсорбции) от парциального давления этого вещества в газовой фазе (или концентрации раствора) при постоянной температуре.

Различают шесть основных типов изотерм адсорбции (см. рисунок). Тип I характерен для микропористых твёрдых тел с относительно малой долей внешней поверхности. Тип II указывает на полимолекулярную адсорбцию на непористых или макропористых адсорбентах. Тип III характерен для непористых сорбентов с малой энергией взаимодействия адсорбент-адсорбат. Типы IV и V аналогичны типам II и III, но для пористых адсорбентов. Изотермы типа VI характерны для непористых адсорбентов с однородной поверхностью.

Изотермы адсорбции используются для расчета удельной поверхности материалов, среднего размера пор или среднего размера нанесённых частиц, распределения пор или частиц по размерам.

Правило Фаянса — Пескова — Панета - на поверхности твёрдого вещества преимущественно адсорбируются ионы, которые могут достраивать кристаллическую решётку, то есть входят в её состав, изоморфны или образуют труднорастворимое соединение с ионами, составляющими кристаллическую решётку.

Роль адсобции в жизнедеятельности :

Роль адсорбции обусловлена наличием в организме огромного количества самых разнообразных поверхностей раздела - стенок сосудов, поверхности клеток, клеточных ядер и вакуолей, коллоидных частиц протоплазмы и, наконец, поверхности раздела между организмом и средой. Особенно важную функцию выполняет поверхность раздела между организмом и средой для низших организмов и организмов, живущих в воде, так как ей принадлежит существенная роль в процессах питания и обмена веществ. Исследования последних лет показали, что пищевые вещества, как правило, являются поверхностно-активными веществами, и потому первым этапом их усвоения является адсорбция, а процесс их химического превращения уже вторичен.

Иониты (ионообменники) — твердые, нерастворимые в воде и других жидкостях вещества, способные поглощать из растворов ноны путем обмена их на собственные ионы. К ионитам относятся глины, апатиты, некоторые белки; особый интерес для медицины представляют иониты, получаемые на основе синтетических смол(ионообменные смолы). Иониты, содержащие в своем составе водородные ионы Н+, способные обмениваться на катионы, называют катионитами; иониты, в состав которых входят гидроксильные ионы ОН-, обменивающиеся на анионы, называют анионитами. Иониты широко применяют в ионообменной хроматографии (см.), для удаления солей из воды (смягчение, обессоливание воды), при очистке витаминов и других биологически важных веществ от примесей, а также для удаления ионов ядовитых веществ из желудочно-кишечного тракта и регулирования ионного состава организма при некоторых сердечных заболеваниях.