2. Адсорбція. Адсорбція на межі рідина – газ і рідина – рідина.

При порівнянні будови молекул ПАР з будовою ПНР і ПІР, необхідно відмітити таку особливість ПАР, як дифільність, обумовлену наявністю в цих молекулах і гідрофільної частини – здатної до гідратації полярної групи ( -СООН, -SO₃H, -OH, -NH₂) і гідрофобної – неполярної вуглеводневої частини. Молекули ПАР потрапивши у воду виштовхуються в поверхневий шар, орієнтуючись своїми полярними групами до води, а неполярними – в бік повітря, внаслідок чого і відбувається зменшення поверхневого натягу.

В залежності від здатності до дисоціації ПАР можуть бути електролітами та неелектролітами. Перші з них називаються іоногенними, другі неіоногенними. В свою чергу серед іоногенних виділяють катіоноактивні, аніоноактивні і амфотерні. Катіоноактивні і аніоноактивні застосовують в хірургії як антисептики. Антисептична дія ПАР пояснюється їх впливом на проникність клітинних мембран, а також інгібуючою дією на ферментні системи мікроорганізмів.

ПАР активно застосовують в фармацевтичній промисловості як основа для виготовлення супозиторіїв і мазей, як стабілізатори емульсій.

Зменшення поверхневого натягу рідини при додаванні ПАР відбувається за рахунок їх накопичення в поверхневому шарі.

Самовільний процес концентрування розчиненої речовини на межі поділу розділу фаз називають адсорбцією.

Адсорбцію можна розглядати як надлишок речовини в поверхневому шарі, віднесений до одиниці площі поверхні. Величина адсорбції позначається Г і дорівнює: Г = n/S, n – кількість речовини, моль; S – площа поверхні, м².

В 1978р. Дж. Гіббс вивів рівняння яка дає можливість визначити величину адсорбції в розчині на основі експериментальних данних відносно зміни поверхневого натягу із змінами концентрації розчиненої речовини. Це рівняння називається рівнянням Гіббса

де Г – величина адсорбції, моль/м²; С – рівноважна концентрація речовини, моль/л; R – універсальна газова стала, 8,31 Дж/моль К; Т – абсолютна температура, К; - ∆σ/ ∆С – поверхнева активність речовини, Дж/м²

2. Адсорбція на межі поділу тверде тіло – газ.

Усі випадки поглинання газів і випарів твердими тілами називають сорбцією. Якщо цей процес відбувається тільки на поверхні, то його називають адсорбцією, а коли речовина, яка поглинається поверхнею, дифундує усередину поглинаючої речовини і розподіляється по її об’єму , то таке явище називають абсорбцією.

Тверде тіло, на поверхні якого відбувається адсорбція, прийнято називати адсорбентом, а речовину, яка адсорбується – адсорбатом.

Десорбція – це видалення адсорбованих молекул з поверхні адсорбенту. Швидкість адсорбції з часом зменшується, а швидкість десорбції збільшується.

Залежно від природи адсорбційних сил розрізняють два види адсорбції: фізичну і хімічну.

Фізична адсорбція зумовлена дією силових полів поверхневих молекул адсорбенту, при цьому молекули адсорбату не втрачають своєї індивідуальності. Цей процес відбувається тільки на певних ділянках адсорбенту (адсорбційних центрах) – виступах, вузлах кристалічної решітки, які мають надлишкову поверхневу енергію. Фізична адсорбція характеризується такими чинниками: швидкою оборотністю процесів адсорбції – десорбції, зменшення адсорбції при підвищенні температури.

Хімічна адсорбція або хемосорбція зумовлена взаємодіями між поверхневими молекулами адсорбенту і адсорбату. На поверхні адсорбенту утворюються хімічні сполуки і окремі молекули втрачають свою індивідуальність. Хемосорбція характеризується необоротністю, збільшенням адсорбції за підвищення температури.

Рівняння адсорбції Ленгмюра.

Адсорбція газу на твердій поверхні є найпростішим випадком адсорбції. Теорію цього процесу (мономолекулярної адсорбції) запропонував американський вчений І.Ленгмюр.

Основні положення цієї теорії:

1. Адсорбція має локалізований характер, тобто молекули адсорбату не можуть переміщуватися по поверхні адсорбенту, вони зв’язані з молекулами адсорбенту силами, близькими до сил хімічних зв’язків.

2. Адсорбція молекул адсорбату відбувається на активних центрах. Це дефекти кристалічної гратки. Кожен такий центр адсорбує лише одну молекулу адсорбату, тому на поверхні адсорбенту утворюються лише мономолекулярний шар адсорбату;

3. Встановлення адсорбційної рівноваги – це результат конкуренції сил притягання молекул адсорбату до адсорбенту та теплового руху молекул. Коли швидкість цих двох протилежних процесів зрівнюється, настає стан динамічної рівноваги, внаслідок якої розподіл молекул газу між поверхнею і об’ємом залишається сталим.

Рівняння адсорбцій газу на твердій поверхні називають рівнянням ізотерми адсорбції Ленгмюра.

Г = Г_мах р/ К+ р

де к – константа пропорційності, р – тиск.

Це рівняння можна застосовувати і до мономолекулярної адсорбції із розчинів. Якщо молекули розчиненої речовини адсорбуються на поверхні адсорбенту, а їх концентрація дорівнює С, то

Г = Г_мах С/ К+ С

Адсорбція газів на твердій поверхні грає важливу роль в процесах газообміну організму з оточуючим середовищем. Принцип дії протигазів, системи життєзабезпечення в підводних і космічних човнах складає саме адсорбція газів і випарів на поверхні твердих речовин.

Полімолекулярна адсорбція

Адсорбція не обмежується утворенням мономолекулярного шару. Коли поверхня адсорбенту насичена, то можна розглядати щільний адсорбційний моно шар як продовження адсорбенту. Тобто на першому компактному шарі молекул адсорбату відбувається утворення другого шару молекул, які в свою чергу, будуть адсорбувати третій шар.