нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Адсорбція

   
 

Адсорбція (від лат. Ad - на, при і sorbeo - поглинаю), поглинання к.-л. речовини з газоподібного середовища або розчину поверхневим шаром рідини або твердого тіла. Наприклад, якщо помістити у водний розчин оцтової кислоти шматочок вугілля, то відбудеться А. - кількість кислоти в розчині зменшиться, молекули кислоти сконцентруються на поверхні вугілля. А. і абсорбція - поглинання в об'ємі тіла, об'єднуються загальним терміном сорбція . Явище А. стало вивчатися з 2-й половини 18 в. ( Шеєле , 1773), хоча безсумнівно, що в практичній діяльності людства А. використовувалася з незапам'ятних часів. Вчення про А. є частиною більш загальної теорії багатокомпонентних гетерогенних систем, основи якої закладені У. Гиббсом (1876). Явище А. тісно пов'язане з особливими властивостями речовини в поверхневому шарі. наприклад, молекули, що лежать на поверхні розділу фаз рідина - пар, втягуються всередину рідини, т. к. відчувають більший притягання з боку молекул, що знаходяться в об'ємі рідини, ніж з боку молекул пари, концентрація яких у багато разів менше концентрації рідини. Це внутрішня тяжіння змушує поверхню скорочуватися і кількісно характеризується поверхневим натягом . З тієї ж причини молекули якого іншого речовини, що опинилися поблизу поверхні, притягнуться до неї і відбудеться А. Після А. внутрішнє тяжіння частково компенсується тяжінням з боку адсорбційного шару і поверхневий натяг зменшується. Гіббс вивів формулу, що зв'язує значення А. із зміною поверхневого натягу. Ті речовини, А. яких сильно зменшує поверхневий натяг, прийнято називати поверхнево-активними.

Речовина, на поверхні якого відбувається А., називається адсорбентом, а що поглинається з об'ємної фази - адсорбатом. Залежно від характеру взаємодії між молекулою адсорбата і адсорбентом А. прийнято поділяти на фізичну А. і Хемосорбція. Менш міцна фізична А. не супроводжується суттєвими змінами молекул адсорбата. Вона обумовлена ??силами міжмолекулярної взаємодії, які зв'язують молекули в рідинах і деяких кристалах і виявляються в поведінці сильно стиснутих газів. При хемосорбції молекули адсорбата і адсорбенту утворюють хімічні сполуки. Часто А. обумовлена ??і фізичними та хімічними силами, тому не існує чіткої межі між фізикою А. і хемосорбцією.

Фізично адсорбовані молекули більш-менш вільно переміщаються по поверхні, при цьому їх властивості часто аналогічні властивостям дуже тонкого шару газу, т. н. двомірного газу. Вони можуть збиратися групами, утворюючи шар двомірної рідини або двомірного твердого тіла. Адсорбовані молекули рано чи пізно покидають поверхню - десорбируются. Час, протягом якого молекула знаходиться на поверхні, називається часом А. Времена А. можуть коливатися в дуже широких межах. Швидкістю А. (відповідно швидкістю десорбції) називається кількість молекул, адсорбирующихся (або десорбується) за одиницю часу, обидва значення величин відносять до одиниці поверхні або маси адсорбенту. Швидкість хемосорбції, як і швидкість будь-якого хімічного процесу, найчастіше збільшується з підвищенням температури (т. н. Активована А., см. Хемосорбція ). Якщо швидкості А. і десорбції рівні один одному, то говорять, що встановилося адсорбційна рівновага. У стані рівноваги кількість адсорбованих молекул залишається постійним як завгодно довго, якщо незмінні зовнішні умови (тиск, температура та ін.)

Адсорбовані молекули не тільки здійснюють рух уздовж поверхні адсорбенту, але і коливаються, то наближаючись до поверхні, то віддаляючись від неї. Чим вище температура, тим інтенсивніше коливальний рух, а стало бути, більше вірогідність того, що в процесі таких коливань зв'язок молекули з поверхнею буде розірвана і молекула десорбується. Завдяки цьому із зростанням температури зменшується час А. і рівноважна кількість адсорбованих молекул.

З ростом концентрації або тиску адсорбата в обсязі збільшується частота влучень молекул адсорбата на поверхню адсорбенту; пропорційно їй зростає швидкість А. і збільшується рівноважна кількість адсорбованих молекул. Криві залежності рівноважної А. від концентрації або тиску адсорбата при постійній температурі називаються ізотермами А.

Якщо адсорбат покриває поверхню шаром товщиною в одну молекулу, А. називається мономолекулярної. Найпростіша ізотерма мономолекулярної А. являє собою пряму лінію, що виходить з початку координат, де на осі абсцис відкладено тиск адсорбата Р, а на осі ординат ступінь заповнення поверхні Q , тобто частка поверхні, покрита адсорбованими молекулами. Це - т. н. ізотерма Генрі:

Q = kP.

Коефіцієнт пропорційності k залежить головним чином від температури і характеру взаємодії адсорбент - адсорбат.

Рівняння Генрі справедливо при дуже низьких ступенях заповнення для однорідної поверхні. По мірі збільшення ступеня заповнення все більшу роль починає грати взаємодія між адсорбованими молекулами і інтенсивність їх поверхневої рухливості. Якщо молекули адсорбата притягуються один до одного, то кожна знову адсорбує молекула буде відчувати тяжіння і адсорбата і молекул, адсорбованих раніше. Тому, по мірі заповнення поверхні, сили, що утримують адсорбовану молекулу, збільшуватимуться і умови для А. будуть все більш і більш сприятливими. У цьому випадку із зростанням тиску ізотерма все крутіше і крутіше йде вгору (див. криву 1 ). Однак у міру заповнення поверхні знову адсорбує молекулами стає все важче знайти вільне (не зайняте ін молекулами адсорбата) місце на поверхні. Тому із збільшенням тиску зростання А. сповільнюється і ступінь покриття прагне до постійного значення, рівному одиниці (див. криву 2 , яка характерна при відсутності взаємного тяжіння молекул адсорбата). Якщо діють обидва ці чинника, то виходять угнутоопуклі ізотерми (див. криву 3 ).

Опуклі ізотерми (див. криву 2 ) часто описують рівнянням Ленгмюра


Тут а - адсорбційний коефіцієнт, аналогічний за фізичним змістом константі Генрі k . Рівняння Ленгмюра справедливо для мономолекулярної А. на однорідної поверхні, якщо можна знехтувати притяганням молекул адсорбата між собою і їх рухливістю уздовж поверхні.

При подальшому збільшенні тиску відбувається заповнення другого, третього і т. д. шарів, тобто має місце полімолекулярного А. Якщо адсорбент має вузькі пори і змочується адсорбатом (див. Змочування ), то в порах може статися конденсація при тисках нижчих, ніж тиск насиченої пари адсорбата. Це явище називається капілярної конденсацією . Поверхня твердих адсорбентів найчастіше неоднорідна за адсорбційним властивостям: одні ділянки поверхні адсорбують краще, інші - гірше. При малих тисках переважає А. на найбільш активних ділянках поверхні, із збільшенням тиску заповнюються менш активні ділянки. Однак, строго кажучи, А. відбувається одночасно на всій поверхні, і отримувана на досвіді ізотерма являє собою суму ізотерм, кожна з яких відповідає певному типу поверхні. Завдяки цьому експериментальні ізотерми мономолекулярної А. можуть істотно відрізнятися від кривих, наведених на рис.

Майже завжди процес А. супроводжується виділенням тепла, званої теплотою А. Хоча теплота А. не є єдиним чинником, що характеризує міцність А., однак найчастіше чим міцніше А., тим більше її теплота. Теплота хемосорбції зазвичай становить кілька десятків ккал / моль, теплота фізичної А. рідко перевершує 10 ккал / моль (40 кдж / моль ). У міру заповнення неоднорідної поверхні теплота А. зазвичай зменшується. При переході в область полімолекулярної А. теплота А. знижується до величини, близької до теплоти конденсації адсорбата.

А. грає важливу роль при теплообміні між газоподібними, рідкими і твердими тілами. наприклад, молекули газу, адсорбируясь на гарячій поверхні, набувають енергію, відповідну температурі поверхні, і після десорбції повідомляють цю енергію іншим молекулам газу, нагріваючи його. Це не єдиний, але важливий механізм теплообміну. ??

А. - один з вирішальних чинників в стабілізації колоїдних систем (див. Дисперсні системи , Міцела , Коагуляція ) і одна з найважливіших стадій реакцій в гетерогенних системах, зокрема в гетерогенному каталізі (див. Топохимічеськие реакції , Каталозі ). У біологічних системах А. - перша стадія поглинання субмікроскопічними колоїдними структурами, органелами, клітинами і тканинами різних речовин з навколишнього середовища, функціонування біологічних мембран, перші етапи взаємодії ферментів з субстратом, захисні реакції проти токсичних речовин, процеси всмоктування - все це пов'язано з А. Багато адсорбенти (активне вугілля, каолін, іоніти та ін) служать протиотрутами, поглинаючи і видаляючи з організму потрапили в шлунково-кишковий тракт шкідливі речовини. А. застосовується для розділення газових і рідких сумішей, для осушення і очищення газів і рідин (наприклад, очищення повітря в протигазах). Одним з найдавніших застосувань А. є очищення вина. У науці і техніці придбав велике значення хроматографічний метод аналізу, заснований на різній здатності компонентів аналізованої суміші до А. (див. Хроматографія ). А. використовують також для отримання та очищення біологічно активних речовин - вітамінів, ферментів, гормонів, антибіотиків і ін

При фарбуванні тканин, у поліграфічній промисловості мають справу з А. молекул барвників. При виробництві полімерів наповнювачами служать адсорбенти. У вакуумній техніці А. на стінках откачиваемой апаратури уповільнює швидкість відкачування і погіршує вакуум, однак, з іншого боку, дію різних сорбційних насосів засноване на явищі А. У радіоелектронній промисловості А. використовується для стабілізації електричних властивостей напівпровідникових приладів. Взагалі у всіх явищах і процесах, де істотні поверхневі властивості, А. грає важливу роль.

Літ.: Курс фізичної хімії, т. 1, М., 1964; Бур Я.Х., Динамічний характер адсорбції, пров. з англ., М., 1962; Трепнел Б., Хемосорбція, пров. з англ., М., 1958; Бладергрен В., Фіз. хімія в медицині та біології, пров. з нім., М., 1951.

В.І. Шімуліс.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка