Під час полімолекулярній адсорбції

У випадках, коли сорбент являє собою порошок або пористе тіло, величину адсорбції звичайно визначають за емпіричним рівнянням Фрейндліха:

, (16.2)

де Г – адсорбція; С – молярна концентрація адсорбтиву в розчині;  і n – емпіричні коефіцієнти, сталі для кожної пари адсорбтив-сорбент.

Якщо адсорбтив і матеріал сорбенту мають високу хімічну спорідненість, то стає можливою хімічна взаємодія між ними. Таке явище називають хемосорбцією. Хемосорбція – процес екзотермічний і необоротний, тому з підвищенням температури він посилюється. Під час хемосорбції на поверхні сорбенту утворюються продукти хімічної реакції між адсорбтивом і сорбентом.

16.2 Сорбенти

Сучасна класифікація поділяє сорбенти на мінеральні, вуглецеві та полімерні. До мінеральних сорбентів звичайно відносять алюмосилікати (цеоліти) і силікагель. Останній одержують осадженням полімерної силікатної кислоти з розчинів силікатів. На поверхні силікагелю розташована велика кількість функціональних груп Si–ОН, завдяки чому він добре адсорбує воду та інші полярні речовини, які здатні утворювати водневі зв’язки.

Найбільш поширеним вуглецевим сорбентом є активоване вугілля. Одержують його з кам’яного або деревного вугілля. Під час випалювання вугілля в присутності води вигоряють смолисті речовини; при цьому всередині матеріалу розвивається пористість і збільшується питома поверхня. Активоване вугілля добре адсорбує неполярні органічні речовини.

Серед полімерних сорбентів на цей час найбільш поширені іонообмінні смоли – іоніти. Іоніти – органічні полімери, що містять активні іоногені групи. Іоніти мають пористу матричну структуру, до складу якої входять фіксовані іони. Іоніти застосовують в процесах іонообмінної адсорбції для очистки харчових продуктів і води від надлишкових або шкідливих іонів.

16.3 Іонообмінна адсорбція

Процес іонообмінної адсорбції ґрунтується на обміні іонами між поверхнею сорбенту-іоніту та розчином. Іоніти, що обмінюються з розчином катіонами, називаються катіонітами, а іоніти, що обмінюються аніонами – аніонітами. Катіоніти містять функціональні групи ­--СООН, –SО₃Н,­-- SН, аніоніти –NН₂, –NН тощо. Іонообмінну адсорбцію проводять в колонках, виготовлених з скляних трубок, заповнених подрібненою іонообмінною смолою. Перед початком аналізу іоніт активують: катіоніт переводять вН-форму, аніоніт – вОН-форму. Для цього через колонку пропускають розчин кислоти або лугу. Під час аналізу або очистки досліджуваного розчину його пропускають через колонку з швидкістю 3-4 краплі за секунду. При цьому з розчину вилучають необхідні або зайві іони. Після перебігу іонообмінних реакцій склад розчину визначають традиційними аналітичними методами.

Лекція № 17. Поверхневі явища

План лекції

1. Адгезія і когезія. Розтікання.

2. Змочування. Крайовий кут змочування.

3. Флотація. Масляна і пінна флотація.

4. Адсорбція в поруватих тілах. Капілярна конденсація.

Рекомендована література: [1]С.93-96,[2]С.117-118,[3]С.358-361,[4]С.113-16.

17.2 Змочування

Змочування – це сукупність явищ, що виникають під час контакту твердого тіла та рідини. Якщо краплину рідини нанести на тверду поверхню, то можна спостерігати такі випадки: краплина розтікається по поверхні тонким шаром; краплина частково розтікається по поверхні, утворюючи з нею певний крайовий кут  (рис. 17.2 а); краплина залишається на поверхні у вигляді кульки (рис. 17.2 б). Змочування твердого тіла рідиною має місце у випадку, коли краплина рідини розтікається на його поверхні.

Критерієм, за яким визначають здатність поверхні змочуватися рідиною, є косинус крайового кута cos. Якщо cos 0 – рідина змочує поверхню; якщо cos  0 – змочування не відбувається. Визначають cos за рівнянням Юнга:

, (17.3)

де _2,3, _3,1, _2,1 – поверхневий натяг на межі поділу "тверде тіло-рідина"; "тверде тіло-газ" і "рідина-газ" відповідно (рис. 17.3).

Рисунок 17.2 – Змочування поверх- Рисунок 17.3 – Розтікання краплі

ні твердого тіла краплями рідин рідини відповідно закону Юнга

Вода і водні розчини змочують речовини з іонним або полярним ковалентним зв’язками. Поверхню таких речовин називають гідрофільною. Такі речовини як парафін або жири, поверхня яких не змочується водою відносять до гідрофобних. Чим краще розчинник змочує сорбент, тим гірша адсорбція розчинених речовин з цього розчинника. Так, активоване вугілля, яке не змочується водою, є найкращим сорбентом для водних розчинів, у той же час глину – гідрофільну речовину застосовують як сорбент у неполярних рідинах.