Коллоидная химия § АДСОРБЦИЯ НА
Коллоидная химия § АДСОРБЦИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ § ИОННАЯ, МОЛЕКУЛЯРНАЯ АДСОРБЦИЯ § ГРАНИЦА РАЗДЕЛА ЖИДКОСТЬ/ЖИДКОСТЬ
Адсорбция на границе раздела фаз Поверхностное натяжение (σ) - это поверхностная энергия Гиббса единицы поверхности (удельная энергия Гиббса). Она численно равна работе, затраченной на образование единицы поверхности. Единицы измерения σ: (Дж/м 2) или (Н/м).
Таким образом, поверхностное натяжение имеет два физических смысла: Энергетический смысл: поверхностное натяжение - это есть удельная поверхностная энергия. Силовой смысл: сила, действующая по касательной к поверхности и стремящаяся сократить свободную поверхность до минимума при данном объеме. Поверхностное натяжение зависит: от температуры, от природы граничащих фаз, от полярности жидкости.
Поверхностное натяжение растворов в большинстве случаев отличается от поверхностного натяжения чистого растворителя вследствии адсорбции растворенного вещества на границе раздела "раствор-воздух". Правило Ребиндера: чем больше разность полярности фаз, тем больше поверхностное натяжение на их границе раздела. Разность полярностей двух фаз (ΔП) - маленькая величина, она указывает на сближение свойств этих фаз, на усиление взаимодействия, на увеличение растворимости их друг в друге, а значит и на снижение поверхностного натяжения.
Поверхностная активность веществ зависит от их структуры. Различают три типа веществ в зависимости от структуры. 1 тип - неорганические кислоты и соли, то есть электролиты (Na. Cl, H 2 SO 4, Ca. Cl 2). 2 тип - органические вещества с несимметричным строением, то есть имеют полярную и неполярную группы. 3 тип - мицеллообразующие вещества, то есть вещества с очень длинными углеводородными радикалами.
Зависимость между величинами адсорбции (Г) и поверхностного натяжения (σ) была установлена Гиббсом. Так для единицы площади поверхности выполняется соотношение: dσ = - Гdμ , где: dσ - бесконечно малое изменение поверхностного натяжения, dμ - бесконечно малое изменение потенциала адсорбата при адсорбции. Поскольку μ=μ 0+ RTln. C, где С - концентрация адсорбента, то Следовательно, • Эта зависимость носит название уравнение Гиббса и • позволяет определить величину Г по зависимости σ от С пав при постоянной температуре.
Адсорбция на границе твердое тело – газ При адсорбции газов на твердых телах описание взаимодействия молекул адсорбата и адсорбента представляет собой весьма сложную задачу, поскольку характер их взаимодействия, определяющий характер адсорбции, может быть различным. Поэтому обычно задачу упрощают, рассматривая два крайних случая, когда адсорбция вызывается физическими или химическими силами – соответственно физическую и химическую адсорбцию.
Физическая адсорбция возникает за счет ван-дер-ваальсовых взаимодействий. Она характеризуется обратимостью и уменьшением адсорбции при повышении температуры, т. е. экзотермичностью, причем тепловой эффект физической адсорбции обычно близок к теплоте сжижения адсорбата (10 – 80 к. Дж/моль). Таковой является, например, адсорбция инертных газов на угле. Химическая адсорбция (хемосорбция) осуществляется путем химического взаимодействия молекул адсорбента и адсорбата. Хемосорбция обычно необратима; химическая адсорбция, в отличие от физической, является локализованной, т. е. молекулы адсорбата не могут перемещаться по поверхности адсорбента. Так как хемосорбция является химическим процессом, требующим энергии активации порядка 40 – 120 к. Дж/моль, повышение температуры способствует её протеканию. Примером химической адсорбции является адсорбция кислорода на вольфраме или серебре при высоких температурах.
Адсорбция Ионная адсорбция - адсорбция из растворов сильных электролитов. В этом случае растворенное вещество адсорбируется в виде ионов. Ионная адсорбция является более сложным процессом по сравнению с молекулярной адсорбцией, так как в растворе присутствуют уже частицы как минимум 3 видов: катионы, анионы растворенного вещества и молекулы растворителя.
ОСОБЕННОСТИ ИОННОЙ АДСОРБЦИИ 1. Адсорбируются заряженные частицы (ионы), а не молекулы. 2. Адсорбция происходит только на полярных адсорбентах, часто ее так и называют - полярная адсорбция. 3. Адсорбция сопровождается образованием двойного электрического слоя (ДЭС). 4. Адсорбция является избирательной, т. е. на каждом данном адсорбенте катионы и анионы адсорбируются неодинаково. 5. В основе ионной адсорбции лежат химические силы, и она чаще всего кинетически необратима. 6. Для ионной адсорбции характерно явление обменной адсорбции.
адсорбцию 1. Химическая природа адсорбента Чем более полярным является адсорбент, тем лучше он адсорбирует ионы из водных растворов. На активных центрах, несущих положительный заряд, адсорбируются анионы, на отрицательных – катионы 2. Химическая природа ионов а) На адсорбцию ионов большое влияние оказывает величина радиуса иона. Чем больше кристаллический радиус иона при одинаковом заряде, тем лучше он адсорбируется, так как с увеличением кристаллического радиуса иона возрастает его поляризуемость, а следовательно, способность притягиваться к полярной поверхности - адсорбироваться на ней. б) Чем больше заряд иона, тем сильнее ион притягивается противоположно заряженной поверхностью твердого тела, тем сильнее адсорбция
адсорбция Молекулярная адсорбция - сгущение газов, паров и растворенных веществ на поверхности раздела фаз является частным случаем проявления межмолекулярного взаимодействия. Молекулярная адсорбция основана на том, что поверхность различных адсорбентов обладает определенным количеством свободной потенциальной энергии, мерой которой является энергия единицы поверхности, называемая капиллярной постоянной. Молекулярная адсорбция в соответствии с этим всегда уменьшается с ростом температуры при постоянном давлении. В случае активированной адсорбции имеют место более сложные соотношения.
В настоящее время молекулярная адсорбция как метод выделения и очистки антибиотиков все больше и больше заменяется ионным обменом. Молекулярная адсорбция из растворов широко используется для очистки жидкостей, извлечения ценных примесей, оценки удельной поверхности, а также для разделения и анализа многокомпонентных систем. Молекулярная адсорбция морфина- основания на эспатите действительно возможна. Однако предположение о наложении молекулярной адсорбции на ионную не объясняет многих экспериментальных данных.
ость Типичной границей раздела Ж/Ж является граница между водой (В) и маслом (М) – компонентами, не имеющими или имеющими слабое сродство друг к другу. Такая граница довольно явно выражена, хотя и не так резко, как это наблюдается для границы раздела Ж/Г Возрастание общей поверхности соприкосновения путем диспергирования одной фазы (в виде малых капель) в другой происходит медленно, в то время как обратный переход к начальным фазам – быстро, причем движущей силой обратного процесса является тенденция к сокращению поверхности и уменьшению поверхностной энергии.
Дифильные вещества (например, жирные кислоты), добавляемые в систему, распределяются на границе раздела Ж/Ж таким образом, что сродство различных частей молекулы к разным фазам вызывает понижение поверхностной свободной энергии и стабилизирует границу раздела. Сходство между видами распределения молекул на границах раздела Ж/Г и Ж/Ж можно видеть на рис. 4, а, б; основное различие заключается в присутствии молекул ПАВ в масляном слое. Распределение ПАВ, показанное на рис. 4, б, в равной степени относится к эмульсиям масла в воде (М/В) или воды в масле (В/М), так что оба типа эмульсий (или дисперсий) стабилизируются подходящими соответствующими ПАВ.