40) 1) Молекулярная адсорбция из растворов на твердых адсорбентах.

Явление адсорбции поверхностью твердого тела вещества из раствора сложнее адсорбции газов, паров и чистых жидкостей, так как в этом случае наряду с адсорбатом будет наблюдаться и конкурентная адсорбция растворителя. Кроме того имеет место взаимодействие молекул адсорбата с молекулами среды.

Обычно различают адсорбцию электролитов и неэлектролитов.

Количество вещества, адсорбированного 1 г адсорбента из раствора, определяют по формуле

а = , где С_о и С – начальная и равновесная концентрации, моль/л, V – объем раствора, л, m – масса адсорбента, г, 1000 - переводной множитель в ммоль/г.

Концентрационная зависимость адсорбции из растворов характеризуется обычной изотермой адсорбции.

Величина гиббсовской адсорбции определяется экспериментально. Если общее число молей в растворе равно n, мольная доля адсорбата до адсорбции N₀, при равновесии N, то

Г = n(N₀–N)/ms_уд , (4.2)

где m – масса адсорбента, s_уд – удельная поверхность адсорбента.

Так как природа среды влияет на адсорбцию, то для оценки поведения растворителя можно пользоваться рядом критериев.

Чем больше поверхностное натяжение среды, тем хуже ее молекулы адсорбируются на твердом теле.

Другой критерий пригодности растворителя как среды для адсорбции – теплота смачивания адсорбента растворителем. Она определяется по формуле

  Q = s_уд( E₁ – E₂ )

где Е₁ и Е₂ – полная поверхностная энергия на границе адсорбент–воздух и адсорбент–жидкость. Обычно теплота составляет 1–20 кал/г адсорбента. Чем выше теплота адсорбции, тем лучше растворитель взаимодействует с адсорбентом, тем худшей средой он будет для адсорбции. Можно принять, что чем лучше среда растворяет адсорбат, тем хуже в этой среде идет адсорбция.

2) Зависимость молекулярной адсорбции от различных факторов.

1) От равновесной концентрации адсорбтива 2)От природы растворителя 3)От природы адсорбента 4)от природы адсорбтива

5)От влияния температуры на адсорбцию - Адсорбция из растворов идет медленнее адсорбции газов, так как диффузия в жидкостях протекает значительно медленнее. Она может быть ускорена перемешиванием. Особенно медленно происходит адсорбция больших молекул на мелкопористых адсорбентах, так как в этих случаях равновесие устанавливается медленно или вовсе не наступает. Повышение температуры приводит к уменьшению адсорбции, но в меньшей степени, чем при адсорбции газов.

3) Правило Шилова: чем лучше растворитель растворяет вещество, тем хуже вещество адсорбируется из раствора. 4) Дифильные молекулы

Молекулы поверхностно-активных веществ (ПАВ) обладают дифильным строением. Это значит, что одновременно они содержат полярную группу (голову) и неполярный углеводородный радикал (хвост).

Молекула ПАВ в поверхностном слое стремится занять наиболее энергетически выгодное положение. Это положение, при котором молекулы ориентируются полярной группой к полярной фазе (полярной жидкости), а неполярной - к неполярной фазе (газу или неполярной жидкости).

Молекулы ПАВ концентрируются в поверхностном слое растворителя, вызывая диффузию из объема фазы на поверхность. Это явление называется положительной адсорбцией. Пределом положительной адсорбции является полное насыщение поверхностного слоя молекулами растворенного вещества. (А>0). ПАВ называют положительно адсорбирующимися веществами.

Например, этиловый спирт - яркий пример ПАВ. Его формула C₂H₅OH.

Радикалом в нашем случае является этил С₂H₅. Он представляет собой хвост, т.е. неполярную часть молекулы ПАВ. Полярной частью молекулы ПАВ является функциональная группа. В нашем случае это гидроксильная группа, определяющая принадлежность данного соединения к классу спиртов.

Таким образом, молекулы воды сильнее взаимодействуют друг с другом, чем между водой и неполярными углеводородными радикалами. В этом случае энергетически выгодным будет переход радикала в неполярную фазу. Молекулы воды выталкивают углеводородный радикал в аналогичную по полярности фазу. А переход полярной группы в неполярную фазу энергетически невыгоден, т.к. нужно еще затратить дополнительную энергию на гидратацию.

5) Правило Ребиндера (правило уравнивания полярностей): вещество может адсорбироваться на поверхности раздела фаз, если его присутствие в межфазном слое уменьшает разность полярностей этих фаз в зоне их контакта.