3.6. Адсорбція на межі тверде тіло – розчин

Кількість речовини , молекулярно адсорбованої з розчину, обчислюють за рівнянням (3.16.):

(3.16)

де: С₀ і С₁ – початкова і рівноважна концентрація адсорбтиву, мольл^-1; V – об’єм розчину, л, з якого відбувається адсорбція, m – кількість адсорбенту, г; 1000 – перевідний множник, що застосовується для того, щоб отримані в результаті підрахунку величини виражалися в ммольг^-1.

Якщо відома питома поверхня адсорбенту, величину адсорбції відносять до одиниці поверхні (до см², м²).

При адсорбції з розчину розчинник і розчинена речовина є конкурентними. Таким чином, чим гірше адсорбується дисперсійне середовище на адсорбенті, тим краще буде відбуватися адсорбція розчиненої речовини на поверхні твердого тіла. В першому наближенні, виходячи з термодинамічних міркувань можна вважати, що чим вище поверхневий натяг чистого середовища, тим менше його молекули спроможні до адсорбції на твердому тілі і тим краще на ньому буде адсорбуватися розчинена речовина. Саме тому адсорбція на твердому тілі звичайно добре йде з водних розчинів і значно гірше із розчинів в вуглеводнях, спиртах і інших рідинах, які характеризуються порівняно малим поверхневим натягом. В першому наближенні можна також прийняти, що чим краще середовище розчиняє адсорбтив, тим гірше йде в цьому середовищі адсорбція. Так, коли адсорбція жирної кислоти відбувається на гідрофільному адсорбенті (наприклад, силікагелі) з вуглеводного середовища (наприклад, бензолу), адсорбція з зростанням молекулярної маси жирної кислоти не зростає, як це повинно бути за правилом Дюкло-Траубе, а падає, тому що вищі жирні кислоти краще розчинні в неполярному середовищі.

На адсорбцію з розчинів впливає природа і пористість адсорбенту. Неполярні адсорбенти, як правило, краще адсорбують неполярні адсорбтиви, а полярні адсорбенти – полярні адсорбтиви.

Відносно впливу хімічної природи адсорбтива на його спроможність адсорбуватися важко зробити які не будь узагальнення, бо адсорбованість в цьому випадку сильно залежить від природи адсорбенту і середовища, які можуть бути полярними і неполярними речовинами. Все ж найбільш важливим правилом є відоме правило зрівнювання полярності П.О. Ребіндера.

Правило зрівнювання полярності П.О. Ребіндера.

Відповідно до цього правила речовина С може бути сорбованою на поверхні розподілу фаз А і В, якщо вона в результаті своєї присутності в поверхневому шарі буде вирівнювати різницю полярності цих фаз.

Інакше кажучи, адсорбція буде йти, якщо полярність речовини С, яку характеризує, наприклад, діелектрична проникність ε, буде лежати між полярністю речовин А і В, тобто при дотриманні умови

ε_А  ε_с  ε_у або ε_А < ε_с < ε_у

У системі “вода (ε = 81) – толуол (ε = 2,4) – анілін (ε = 7,8)” останній є ПАР. З правила зрівнювання полярностей також випливає, що чим більше різниця полярностей між розчиненою речовиною і розчином, тобто, чим менше розчинність розчиненої речовини, тим краще вона буде адсорбуватися. Теж правило П.О. Ребіндера визначає, що дифільні молекули поверхнево-активної речовини повинні орієнтуватися на межі розділу адсорбент – середовище, таким чином, що своєю полярною частиною молекули будуть звернуті до полярної фази, а неполярною частиною молекули – до неполярної (повітря вважають неполярною фазою). Орієнтацію молекул дифільних речовин (наприклад, молекул жирної кислоти) на межі розділу фаз між фазами різної природи пояснює схема, що представлена на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Схема орієнтації дифільних молекул на границі розподілу фаз різної природи