Молекулярная (неэлектролитов) адсорбция из растворов.
Молекулярная адсорбция зависит от следующих факторов:
природы адсорбента;
природы растворителя;
природы поглощаемого вещества (адсорбтива);
концентрации вещества в растворе;
температуры.
Влияние природы адсорбента заключается в том, что гидрофильные адсорбенты хорошо поглощают полярные вещеста, а гидрофобные – неполярные.
Адсорбция растворенных веществ твердыми адсорбентами подчиняется общему правилу:
Чем хуже данный растворитель смачивает поверхность адсорбента и хуже растворяет вещество, тем лучше будет происходить адсорбция растворенного вещества.
Влияние природы поглощаемого вещества определяется несколькими правилами:
Во-первых, правилом - подобное взаимодействует с подобным, которое указывает на необходимость сродства между адсорбируемым веществом и адсорбентом.
Во-вторых, правилом Н.А. Шилова:
Чем больше растворимость вещества в данном растворителе, тем хуже оно адсорбируется на поверхности твердого адсорбента.
Это происходит из-за конкурентного характера молекулярной адсорбции из раствора, где концентрация растворителя всегда значительно больше, чем вещества в растворе. Поэтому из лиофильной системы, прежде всего, будет адсорбироваться растворитель, а не вещество.
В-третьих, правилом П.А. Ребиндера:
На поверхности раздела фаз, прежде всего, адсорбируется те вещества, при адсорбции которых происходит выравнивание полярностей соприкасающихся фаз, причем с увеличением разности полярности фаз адсорбция этих веществ возрастает.
При наличии в растворе вещества, молекулы которого дифильны, будет происходить их эффективная адсорбция на твердом адсорбенте с четкой ориентацией молекул на границе раздела, выравнивающая полярности фаз.
Полярный фрагмент всегда обращен к полярной (гидрофильной) фазе (вода, силикагель), а неполярный фрагмент – к неполярной (гидрофобной) фазе (бензол, активированный уголь).
Влияние концентрации растворенного вещества на процесс его адсорбции из раствора при постоянной температуре можно описать, используя уравнения Ленгмюра или Фрейндлиха.
Величину адсорбции из растворов экспериментально определяют по изменению концентрации вещества после завершения адсорбции:
Г
=
,
где Г – величина адсорбции, моль/г;
со – исходная концентрация вещества в растворе, моль/л;
с – равновесная концентрация вещества в растворе, моль/л;
V – объем раствора, из которого производилась адсорбция, л;
m - масса адсорбента, г.
О
пыт
показывает, что при малых концентрациях
происходит адсорбция молекул растворенного
вещества, при больших – адсорбция
растворителя. На рис. 8 приведена
зависимость удельной адсорбции от
концентрации растворенного вещества.
Рис. 8. Зависимость величины адсорбции от исходной концентрации
растворенного вещества
Как видно из рисунка, вначале количество адсорбированного вещества увеличивается с ростом его концентрации в растворе, затем начинает преобладать адсорбция молекул растворителя. Происходит конкуренция за активные центры адсорбента между молекулами растворителя и растворенного вещества, которую «выигрывают» молекулы растворителя. В результате удельная адсорбция становится отрицательной, так как растворителя становится меньше и концентрация вещества растворе увеличивается (с0–с) 0.
При повышении температуры адсорбируемость веществ из растворов обычно уменьшается. Причинами уменьшения адсорбции являются ослабление взаимодействия между поглощаемым веществом и адсорбентом, а также увеличение растворимости вещества в растворителе.
П ётр Александрович Ребиндер (1898-1972) окончил физико-математический факультет МГУ и вместе с А.В. Думанским и И.И. Жуковым П.А. Ребиндер по праву считается основателем отечественной коллоидной химии. Правильнее было бы говорить "коллоидной науки", ибо она и физика, и химия, и даже в большей степени физика, чем химия. Недаром П.А. Ребиндер был доктором как физико-математических, так и химических наук. Естественно, с годами роль П.А. Ребиндера, самого молодого и активного в этой тройке ученых, возрастала, и в послевоенные годы он становится бесспорным и единоличным лидером коллоидной химии в СССР. Но что значит "основатель"? Прежде всего, это формулировка теоретических основ коллоидной химии. П.А. Ребиндер определил коллоидную химию как физико-химию поверхностных явлений и дисперсных систем, и в каждой из этих областей сформулировал основополагающие принципы, разработанные им самим или суммирующие достижения современной науки.
Любимым детищем Петра Александровича была, конечно, физико-химическая механика, велика и его роль в создании физико-химии поверхностно-активных веществ (ПАВ) – области, в равной степени, относящейся к поверхностным явлениям (адсорбция ПАВ) и дисперсным системам (мицеллообразование в растворах ПАВ). П.А. Ребиндер ввел понятие поверхностной активности как основной характеристики ПАВ и сформулировал ее теорию, опираясь на уравнение адсорбции Гиббса. Петр Александрович также разработал один из критериев гидрофильно-липофильного баланса ПАВ.
Петр Александрович Ребиндер был первым, кто попытался воздействовать на работу разрушения твердого тела. Еще в 20-х годах прошлого века он использовал для этой цели поверхностно-активные вещества, которые способны эффективно адсорбироваться на поверхности даже при низкой концентрации в окружающей среде и резко снижать поверхностное натяжение твердых тел. Молекулы данных веществ атакуют межмолекулярные связи в вершине растущей трещины разрушения и, адсорбируясь на свежеобразованных поверхностях, ослабляют их. Подобрав специальные жидкости и введя их на поверхность разрушаемого твердого тела, Ребиндер добился поразительного уменьшения работы разрушения при растяжении. Эффект Ребиндера — универсальное явление, оно наблюдается при разрушении любых твердых тел, в том числе и полимеров.
Пётр Александрович опубликовал более 500 научных трудов. На основе его теоретических разработок были созданы такие новые материалы, как металлокерамика, различные виды искусственной кожи, сверхпрочный цемент.
В годы Великй Отечественной войны научная деятельность П.А. Ребиндера была связана с укреплением боеспособности Советской армии. Именно П. А. Ребиндер изобрёл воспламеняющуюся жидкость, позднее названную «коктейлем Молотова», применявшуюся для борьбы с танками противника. Он также руководил группой учёных, разработавших машинную смазку для бронетехники, которая не затвердевала и не густела на морозе.
Сочетание ума и благородной внешности, аристократических манер, высокой культуры речи и поведения, а, с другой стороны, энергия, задор и неизменный оптимизм делали его личность необычайно яркой и привлекательной. Во всех этих областях Петр Александрович успевал многое делать, демонстрируя необычайную работоспособность.