ХПЯиАП (Лекция V) Адсорбция на границах раздела фаз

ХПЯиАП (Лекция V) Адсорбция на границах раздела фаз Адсорбция на флюидных границах раздела фаз. Адсорбционные и нерастворимые монослои. Адсорбция на границе твердое тело/ раствор. М.Ю. Плетнёв, доктор хим. наук Кафедра коллоидной химии

Нерастворимые монослои

Разнообразие упаковки монослоев Модель расширения двумерной пленки (показаны переходы S → L2 → I → L1 → G) Жидкие и особенно газообразные монослои, адсорбционные слои обладают вязкоупругостью (характеризуется модулем упругости ЕS), твердообразные – пластичностью и хрупкостью.

Монослои: аналогия с макроскопической пленкой жидкости. Принцип независимости поверхностного действия Лэнгмюра L1 и I пленки по Лэнгмюру – нерастворимый монослой (пленка) с различающимися поверхностями – верхней (углеводородная парафиновая) и нижней из групп СООН. Форма кривых давление – поверхность имеет в области L1 вид почти точной гиперболы. Такие кривые описываются уравнением: (π – π0)(А – А0) = kT, где π = 11,2 мН/м, А0 = 0,12 + 0,00178 ∙(Т – 273,15) нм2. Величина π0 – поверхностное давление, обусловленное углеводородной частью молекул кислоты: π0 = σВ – σМВ – σМ Здесь π0 очень близко к величине к-та растекания для гексадекана по поверхности воды при 20 ⁰С.

Влияние цис- и транс-изомерии

Адсорбция из мицеллярных раствов ПАВ Типичная изотерма адсорбции Гиббса: зависимость поверхностного натяжения от концентрации в растворе. Источник: Rosen M.J. Surfactants and Interfacial Phenomena, 3rd Edn. New York: John Wiley, 2004, p. 41.

Изотермы адсорбции на границе твердое тело/ жидкость Для описания адсорбции на границе твердое тело/ жидкость основным является уравнение Лэнгмюра: Г = аГmC/(1 +aC), в котором давление газа заменено на концентрацию С; аГm – количество адсорбированного вещества при насыщении; а – постоянная, связанная с теплотой адсорбции ΔНа соотношением а = К ехр(ΔНа/RT) (K – постоянная). Для активированного угля, силикагеля и др. пористых адсорбентов вид кривой обычно соответствует эмпирическому уравнению Фрейндлиха: Г = bC1/n (b и n – постоянные) Уравнение Фрейндлиха фактически соответствует некоторому диапазону значений Г и а. Это говорит о том, что адсорбция происходит на неоднородной поверхности. Возможность специфических взаимодействий зависит от природы полярных групп и заряда поверхности сорбента. Оксиды (как и белки, целлюлоза) обнаруживают изоэлектрические точки: для кремнезема, силикатов ИТ – в области рН ≈ 3, для диоксида титана, оксида алюминия – рН 5–6. Для желатины ИТ – при pH 6,3–9,2 (при кислотной обработке тканей) и рН 4,7–5,2 (при щелочной обработке).

Типичные изотермы адсорбции ПАВ на полярном сорбенте Адсорбция ПАВ оксидом алюминия из водного раствора при 20 ⁰С: ДХА – додециламмонийхлорид, ДПБ – додецилпиридинийбромид, ДСН – додецилсульфат натрия. Источник: Капиллярная химия (пер. с яп.)/ Под ред. К. Тамару. – М.: Мир, 1983, с. 108.

Адсорбция из раствора: влияние электролита

Адсорбция из мицеллярных раствов ПАВ Адсорбция из водных растворов дифильных агрегатов с участием гидрофобных взаимодействий (a) на незаряженной низкоэнергетической поверхности и (b) путем электростатического взаимодействия на противоположно заряженной поверхности. Источник: Rosen M.J. Surfactants and Interfacial Phenomena, 3rd Edn. New York: John Wiley, 2004, p. 41.

Адсорбция полимеров Состояние в адсорбционном слое гомополимера (а), привитого полимера (б) и диблок-сополимера (в). Источник: В.И. Ролдугин, Физикохимия поверхности, Долгопрудный: ИД Интеллект, 2008, с. 269.

Неоднородность твердых поверхностей, их причины Коэффициент шероховатости поверхности r: r = площадь реальной поверхности XY/ площадь идеальной поверхности АВ. Коэффициент шероховатости, измеренный для различных поверхностей Чем больше шероховатость на микро-, наноуровне, тем больше удельная поверхность сорбента

Типичное сечение поверхности металла Модель Самуэльса для полированной поверхности. Толщина слоя оксида – 0,01–0,1 мкм, слоя Бейби – 0,1 мкм. Сильная деформация – 1–2 мкм, умеренная деформация – 5–10 мкм, незначительная деформация – 20–50 мкм. Данные: Джейкок М.Д., Парфит Г.Д. Химия поверхностей раздела фаз. М. Мир. 1984, с. 144. Получить сложный нанорельеф поверхности достаточно просто. СЛОЖНО его сохранить!

Пожалуйста, задавайте вопросы Кафедра коллоидной хиии МИТХТ