загрузка...
загрузка...
На головну

АДСОРБЦІЯ на нерухомій ПОВЕРХНІ РОЗДІЛУ ФАЗ

  1. А) на вестібюлярной поверхні зуба
  2. АДСОРБЦІЯ
  3. АДСОРБЦІЯ ИОНОВ ІЗ РОЗЧИНІВ
  4. АДСОРБЦІЯ НА РУХОМИЙ ПОВЕРХНІ РОЗДІЛУ ФАЗ
  5. Адсорбція.
  6. Аксонометрія призматической поверхні

Поглинання газів, пари і розчинених речовин в биосистемах широко пов'язано з їх адсорбцією на твердих адсорбентах. При адсорбції змінюється хімічний склад поверхні адсорбенту, а кількісною характеристикою цього процесу є величина питомої адсорбції Г.

Питома адсорбція - це рівноважний кількість поглинається речовини, що припадає на одиницю поверхні або маси твердого адсорбенту.

Як адсорбенти зазвичай застосовують подрібнену речовини або пористі тіла, що забезпечує велику площу поверхні розділу фаз, яку, однак, визначити часто неможливо. Тому питома адсорбція для твердих адсорбентів переважно виражається в молях поглиненої речовини на одиницю маси адсорбенту:

де т - кількість адсорбата, моль; т - маса адсорбенту, м

Розглянемо адсорбцію на твердих адсорбентах газів, парів, а також розчинених речовин з розчинів.

Адсорбція газів та парів на твердих адсорбентах є чисто поверхневим процесом, який полягає у взаємодії молекул адсорбата з поверхнею адсорбенту за рахунок сил Вандер-Ваальса і водневих зв'язків. Кількість поглиненого газу або пари твердим адсорбентом в результаті адсорбції залежить від наступних факторів: 1) природи і площі поверхні адсорбенту; 2) природи поглинається газу або пари; 3) концентрації або тиску газу або пари; 4) температури.

1. Адсорбція газів та парів на твердих адсорбентах залежить насамперед від вільної поверхневої енергії, яка дуже велика для адсорбентів з аморфною структурою (активоване вугілля) на виступах, западинах і в капілярах, а для кристалічних (оксиди кремнію, алюмінію) - на ребрах, кутах і в тріщинах кристалів. Тому адсорбент тим ефективніше, чим дрібніше подрібнений і чим вище його пористість. Важливою характеристикою твердих адсорбентів є питома поверхня Syд 2/ Г). У непористих адсорбентів (оксиди металів, солі, сажа) Syд = 0,01-10 м2/ Г, а у пористих (активоване вугілля, силікагель
 (Si02) n, цеоліти) - 103-105 м2/ Г. Процес активації вугілля полягає в його випалюванні без доступу повітря або пропарювання перегрітою парою, при цьому збільшується його пористість внаслідок очищення від смол, що заповнюють пори, і утворення нових пір. Залежно від природи адсорбенти підрозділяються на неполярні (гідрофобні) - Сажа, активоване вугілля, тальк (3MgO * Н2О - 4Si02), фторопласт - і полярні (гідрофільні) - Силікагель ((SiO2) n), алюмогель ((Аl2О3) n), глини, цеоліти.

2. адсорбируемого газу або пари визначається його спорідненістю до поверхні адсорбенту. Полярні речовини краще адсорбуються на полярних адсорбентах, а неполярні - на неполярнихадсорбентах. При цьому, чим більше адсорбат схильний до міжмолекулярним взаємодій, тим краще він адсорбується.

При фізичної адсорбції із суміші газів або парів краще адсорбується той компонент, який легше зріджується, оскільки його молекули більш схильні до міжмолекулярним взаємодій.

Наприклад, адсорбируемого газу (Г) на активованому вугіллі при 298 К тим вище, чим вище його температура кипіння:

3. Вплив концентрації (або тиску) газів або парів на процес адсорбції має складний характер. Одночасно з адсорбцією протікає десорбція адсорбованих молекул в газову фазу. У разі рівного розподілу швидкостей цих процесів настає адсорбційна рівновага. При рівновазі кількості газу або пари в навколишньому середовищі і на поверхні адсорбенту постійні в часі.

Швидкість адсорбції на легкодоступною поверхні більше, а в порах пористих адсорбентів - менше, причому чим тонше пори адсорбенту, тим менше швидкість адсорбції. Тому час встановлення адсорбційної рівноваги на пористих адсорбентах, як правило, велике, що потрібно пам'ятати при роботі з ними. Графічна залежність питомої адсорбції Г від концентрації поглинається речовини в системі при постійній температурі називається изотермой адсорбції. Розрізняють ізотерму адсорбції при низьких концентраціях поглинається речовини в системі, коли адсорбція завершується утворенням мономолекулярного шару з молекул адсорбата на поверхні адсорбенту, і ізотерми адсорбції, що охоплює великі концентрації адсорбату, коли вже відбувається полімолекулярного адсорбція.

Розглянемо ізотерми адсорбції газів або парів при невисоких їх концентраціях в системі. Зі збільшенням концентрації або тиску газу в системі його адсорбція зростає, але до певної межі. В цьому випадку ізотерма адсорбції, представлена ??на рис. 26.2, містить три ділянки. При дуже малих концентраціях 1 ділянку ізотерми прямолінійний, так як питома адсорбція Г зростає практично прямо пропорційно концентрації газів. При великих концентраціях 3 ділянку ізотерми має вигляд горизонтальної прямої, так як питома адсорбція, досягнувши величини  не змінюється. це межа

адсорбції, що відповідає повного насичення поверхні адсорбенту молекулами адсорбата. Середній ділянку ізотерми адсорбції відповідає ще неповного насичення поверхні.

Закономірності, які виявляє розглянута ізотерма адсорбції, описуються теорією Ленгмюра, має наступні основні положення:

- Адсорбція молекул відбувається не на всій поверхні адсорбенту, а тільки на адсорбційних центрах (вершини нерівностей і вузькі пори), де є ділянки з найбільш нескомпен-сірованнимі силовими полями, т. Е. Gs -> Max;

 
 

 Мал. 26.2. Ізотерма мономолекулярної адсорбції

Мал. 26.3. Ізотерма полімолекулярної адсорбції

- Кожен адсорбційний центр може утримувати тільки одну молекулу адсорбата, при цьому адсорбовані молекули не взаємодіють з вільними молекулами, що і призводить до утворення мономолекулярного шару поглинається речовини;

- Процес адсорбції звернемо і носить динамічний характер, так як адсорбовані молекули утримуються адсорбційними центрами тільки протягом певного проміжку часу, після чого відбувається десорбція цих молекул і адсорбція того ж числа нових молекул.

Виходячи з цих положень, Ленгмюр запропонував рівняння адсорбції:

де Г? - значення граничної адсорбції; с - рівноважна концентрація адсорбата в системі; К - Константа адсорбційної рівноваги.

Це рівняння добре описує наведену вище ізотерми адсорбції. При дуже малих концентраціях, коли с -> 0 і (1 + Кс) = 1, рівняння приймає вигляд  т. е. величина адсорбції прямо пропорційна концентрації або тиску адсорбату. При великих концентраціях, коли кс > 1 і (1 + Кс) = Кс, що відповідає насиченню поверхні адсорбенту молекулами адсорбата, так як сформувався мономолекулярний шар. Рівняння Ленгмюра подібно рівнянню Міхаеліса - Ментен для кінетики ферментативних реакцій (розд. 5.6).

При великих концентраціях адсорбата в системі на изотерме адсорбції після ділянки, відповідного насиченню поверхні, зазвичай спостерігається різке збільшення питомої адсорбції (рис. 26.3). Це відбувається через перехід від мономолекулярної адсорбції до полімолекулярної внаслідок взаємодії між адсорбованими молекулами і нашарування їх один на одного. Для пористих адсорбентів полімолекулярного адсорбція

 
 

 Мал. 26.4. Вплив температури на адсорбцію

спостерігається при адсорбції парів, що супроводжується їх капілярної конденсацією. Спочатку пар адсорбується в порах, а потім конденсується в рідину, заповнюючи самі тон кі капіляри з утворенням увігнутого меніска. Тиск насиченої пари над увігнутим меніском завжди менше тиску пара над плоскою поверхнею рідини. Тому в капілярах пар починає конденсуватися при більш низькому його тиску, заповнюючи насамперед найбільш дрібні пори.

Таким чином, капілярна конденсація є вторинним процесом і відбувається внаслідок тяжіння частинок пара до поверхні увігнутого меніска рідини в порах. Капілярна конденсація відбувається досить швидко (протягом декількох хвилин).

4. Підвищення температури відповідно до принципу Ле Шательє зменшує фізичну адсорбцію, так як вона є екзотермічним процесом ( Н < 0) (див. Рис. 26.4).

Захист від отруйних речовин за допомогою фільтруючого протигаза, конструкція якого була розроблена Н.Д.Зелінським, заснована на очищенні вдихуваного повітря шляхом адсорбції отруйних газів і парів на твердому адсорбенті. З використанням твердих адсорбентів проводиться регенерація повітря в замкнутих обсягах підводних човнів і космічних кораблів. Тверді адсорбенти широко використовуються для осушення газів і регенерації летких органічних розчинників, які застосовуються в різних технологічних процесах. Газова хроматографія на основі твердих адсорбентів застосовується для якісного і кількісного визначення речовин в атмосферному повітрі та повітрі робочої зони (розд. 26.7).



Попередня   261   262   263   264   265   266   267   268   269   270   271   272   273   274   275   276   Наступна

ВІДНОВЛЮВАЛЬНИЙ ПОТЕНЦІАЛ | дифузійної ПОТЕНЦІАЛ | МЕМБРАННИЙ ПОТЕНЦІАЛ | потенціометр | Хлорсеребряного електрода ПОРІВНЯННЯ | Іоно- І МОЛЕКУЛЯРНОСЕЛЕКТІВНИЕ ЕЛЕКТРОДИ ВИЗНАЧЕННЯ | потенціометричного титрування | ВІЛЬНА ПОВЕРХНЕВА ЕНЕРГІЯ | СОРБЦІЯ І ЇЇ ВИДИ | АБСОРБЦІЯ |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати