6

Лекція № 6 Адсорбція газів твердими тілами

1. Особливості адсорбції на твердих тілах

2. Адсорбція газів на твердих поверхнях. Рівняння Фрейндліха

3. Полімолекулярна адсорбція

1. Особливості адсорбції на твердих тілах

Адсорбція на поверхні твердих тіл має такі особливості:

1. Поверхня неоднорідна;

2. Адсорбція відбувається не на всій поверхні, а тільки на активних центрах, тому адсорбція є локалізованною;

3. Адсорбція є оборотним процесом: поряд з адсорбцією відбувається десорбція. Час життя молекули в адсорбційному стані малий, але за цей час встигає пройти теплообмін між газом та адсорбентом. Таким шляхом прогрівається повітря від нагрітих сонцем грунту та води, що має надзвичайно велике значення для життя на Землі.

4. Поряд з адсорбцією можлива хемосорбція. Наприклад, на поверхні металу при адсорбції кисню утворюються оксиди:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.

5. Поряд з адсобцією часто відбувається абсорбція.

Стан поверхні сорбенту є визначаючим в цьому виді адсорбції. Всі адсорбенти поділяються на дві великі групи: сорбенти з гладкою поверхнею (непористі) та пористі сорбенти. Пористі мають значно більшу питому площу.

До непористих сорбентів відносяться оксиди металів та неметалів (Al₂O₃, SiO₂, біла сажа, аеросили – спеціально модифіковані види SiO₂), солі (ZnSO₄, BaSО₄), графітована сажа.

Адсорбція залежіть від спорідненості адсорбента до абсорбата. Ця спорідненість тим вище, чим більше виражена схильність до утворення певних зв’язків. Наприклад, сажа неполярна, тому на неї добре сорбуються неполярні органічні сполуки. На іонних кристалах, які мають на поверхні полярні гідроксильні групи добре сорбуються полярні речовини – вода, спирти, аміни тощо.

Адсорбція залежіть від ступені дисперсності – чим менше розмір частин, тим більша їх загальна площа. Промисловість випускає велику кількість таких матеріалів (наприклад, аеросили мають розмір частин порядку 10^–6 см). Як адсорбенти вони використовуються рідко, тому що легко вспилюються й частіше використовуються як наповнювачі полімерів, лаків та мастил.

Пористими тілами є тверді тіла, які мають внутрішні пори, що зумовлюють наявність внутрішньої міжфазної поверхні.

Адсорбція на пористих тілах залежіть від спорідненості адсорбента та адсорбтива, розмірів та кількості пор.

В залежності від розміру пор асорбенти поділяють на макропористі (r = 100÷200 нм), капілярно-пористі (r = 0,5÷100 нм), мікропористі (розміри пор того ж порядку, що й розміри адсорбованих молекул).

До капілярно-пористих відносять силікагелі, алюмогелі, алюмосилікагелі, до мікропористих – цеоліти та вуглі (вуглі добувають з кам’яного вугілля, торфу, дерев, тваринних кісток, найкращі добуваються з кокосових або абрикосових кісточок). Один грам активованого вугілля має поверхню від 500 до 1000 м²!

Цеолітами є природні та синтетичні алюмосилікати, які мають трубчасті пори строго відповідного діаметру, які здатні поглинати певні речовини з сумішей. Ще їх називають молекулярними ситами.

Поруватістю (П) називають відношення об’єму пор до загального об’єму тіла, тобто поруватість визначає частку пустот в структурі тіла. Вона залежіть від питомої поверхні адсорбенту – чим вона вище, тим більше емність адсорбенту.