ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Адсорбция из "Препаративная органическая химия Издание 2" Свойства каждой фазы на ее поверхности иные, чем внутри. Обычно решающее влияние на свойства тела в целом имеют молекулы, расположенные внутри фазы, вследствие их большого преобладания. Но в некоторых случаях, при сильно развитой поверхности (коллоидные системы, пористые и диспергированные тела), соотношение изменяется в пользу молекул, находящихся на поверхности, и поверхностные явления приобретают особое значение. Из них наиболее важны поверхностное натяжение, появление двойного электрического слоя на границе фаз и адсорбция, т. е. способность к повышению и понижению концентрации молекул на поверхности. В первом случае говорят об адсорбции положительной, во втором — об отрицательной. Когда молекулы концентрируются только на поверхности, не проникая внутрь фазы, явление называется чистой положительной адсорбцией. Вещества, проявляющие способность к положительной адсорбции, называются поверхностно-активными. [c.48] Процесс адсорбции сопровождается выделением теплоты. Это влечет за собой (согласно правилу противодействия) уменьшение количества поглощаемого вещества с ростом температуры. [c.48] Явление сгущения молекул на поверхности твердых тел имеет особое значение для газов. Хотя оно происходит на всех, даже идеально гладких поверхностях, практическое значение оно приобретает только для веществ с сильно развитой поверхностью — адсорбентов (например, активированный уголь и силнкагеЛь). [c.48] Адсорбция зависит не только от природы и развитости поверхности адсорбента, но гакже и от природы адсорбируемого газа. Экспериментально доказано, что, как и в- случае абсорбции, сильнее поглощаются газы, имеющие сравнительно высокую критическую температуру, а следовательно, и высокую температуру кипения при нормальном давлении. [c.48] В зависимости от характера сил, связывающих молекулы газа и молекулы поверхности адсорбента, ра.зличаются два вила адсорбции. [c.48] Активированная адсорбция, или хемосорбция, имеет большое значение при высоких температурах. В этом случае силы притяжения молекул газа к поверхности адсорбента являются силами химическими, аналогичными силам валентности. На эго указывает высокое значение теплоты адсорбции — от 20 до 100 ккал1моль. Связи, возникающие между поверхностью и молекулами газа, столь же сильны, как связи в молекулах стойких химических соединений. Энергия активации имеет при этом значительно большую величину (5—20 ккал/моль), ь связи с чем скорость хемосорбции в тех же самых условиях значительно меньше скорости адсорбции по Ван-дер-Ваальсу. Хемосорбция происходит только тогда, когда возможно химическое взаимодействие, газа с поверхностью часто она бывает необратима. [c.49] Поскольку первый вид адсорбции играет главную роль при низких температурах, а второй — при высоких, иногда удается наблюдать характерное изменение количества адсорбированного газа с ростом температуры. После первоначального уменьшения, связанного с ослаблением физической адсорбции, при дальнейшем нагревании наблюдается новое возрастание поглощения, обусловленное хемосорбцией. [c.49] К—константа, характеризующая систему. [c.50] При очень низких давлениях р К величина- пропорциональна / . [c.50] Положения Лэнгмюра были эксперимент ально подтверждены для сравнительно высоких температур. При возрастании давления и понижении температуры адсорбированные молекулы могут в свою очередь притягивать другие молекулы, что приводит к образованию более толстого слоя, состоящего из многих молекул. [c.50] При сжатии газов, охлажденных ниже критической температуры, т. е. при сжатии пара, еше до того, как будет достигнуто давление, соответствующее давлению пара, насыщенного при данной температуре, наступает явление конденсации в капиллярных углублениях и трещинах поверхости, так называемое явление капиллярной конденсации. В связи с этим изотерма адсорбции довольно резко поднимается вверх. [c.50] Если адсорбент, насыщенный трудно поглощающимся газом, ввести в атмосферу газа, легко адсорбируемого, то начнется вытеснение первого газа вторым этот процесс будет длиться до тех пор, пока не установится новое состояние равновесия. Этот случай очень часто встречается в практике, так как бывает трудно предохранить адсорбент от соприкосновения с воздухом. Прлктически обычно имеют дело не с чистой адсорбцией, а с вытеснением адсорбированных компонентов, входящих в состав воздуха, более легко адсорбирующимися газами или парами. [c.51] Явление адсорбции газов используется как в лабораторной практике, так и в промышленности. В качестве примеров можно назвать поглощение сильно разбавленных паров летучих органических растворителей, как, например, эфира, бензола и спирта, улавливание из природного или светильного газа ценных продуктов (бензол, газолин), удаление из газа дурно пахнущих или ядовитых примесей (Нг5, ЗОг), осушка газов (например, при помощи силикагеля), разделение газовых смесей и др. [c.51] Адсорбция из жидких растворов существенно не отличается от описанной выше адсорбции газов на твердых адсорбентах. Как и в предыдущем случае, количество адсорбированного вещества изменяется с температурой при этом также можно применить уравнение Лэнгмюра или Фрейндлиха, если вместо давления подставить концентрацию здесь также наблюдается характерное состояние насыщения поверхности. Оба г роцесса различаются тем, что в случае растворов вместе с молекулами растворенного вещества адсорбируются и молекулы растворителя. Что касается скорости процесса, то здесь дело обстоит значительно сложнее, так как большая вязкость растворителя затрудняет диффузию молекул растворенного вещества к поверхности адсорбента это особенно сильно отражается на адсорбции в щелях и углублениях. Перемешивание, хотя и значительно ускоряет диффузию, помогает все же довольно мало. [c.51] Упоминавшийся уже факт, что из раствора адсорбируются одновременно и растворитель, и растворенное вещество, не позволяет рассматривать оба явления изолированно, без учета их взаимозависимости. На существование этой зависимости указывают многократно подтвержденные экспериментально факты различного поглощения тех же компонентов, растворенных в различных растворителях. В зависимости от величины сил взаимодействия между поверхностью твердого тела и адсорбированными молекулами у последних появляется различная спосо(5-ность оседать и удерживаться на поверхности. Так, молекулы растворителя могут вытеснять уже адсорбированные молекулы растворенного вещества отсюда следует, что чем больше способность растворителя адсорбироваться, тем хуже будет поглощаться растворенное в нем вещество. [c.51] Адсорбция является очень удобным способом удаления из раство ров тех загрязнений, которые трудно удалить другим способом. Наибольшее практическое применение адсорбция находит для обесцвечивания растворов, а также для удаления примесей, имеющих неприятный запах или вкус. Такой обработке подвергают многие пищевые продукты, как, например, сахарный сироп, фруктовые соки, мед, а также лекарственные препараты, масла, воски, органические растворители и др. [c.52] Избирательная адсорбция Е-еществ из растворов, так называемая хроматография, нашла широкое практическое применение. Этот метод [ пер[зые был применен Цветом для разделения окрашенных веществ. [c.52] Хроматография во многом подобна другим физико-химическим методам разделения. Подобно тому, как в процессе перегонки используется разница температур кипения, а при экстракции разница в растворимости разделяемых веществ, так применение хроматографического метода основывается на различной способности разделяемых веществ адсорбироваться на поверхности твердого адсорбента. Например, встряхивание раствора смеси, o тo щeй из Л — лучше адсорбирующегося компонента и В — хуже адсорбирующегося компонента, с соответствующим образом измельченным адсорбентом приводит к их частичному разделению. Адсорбированная смссь сравнительно с первоначальным раствором оказывается богаче компонентом А, а остающаяся жидкость — беднее этим компонентом. Повторяя эту операцию как с отделенной от адсорбента жидкостью, так и с вымываемой из адсорбента смесью компонентов, в итоге получают чистые компоненты А и В. [c.52] Этот длительный и малопродуктивный цикл можно заменить однократным процессом, происходящим в хроматографической колонке (трубке, наполненной измельченным адсорбентом). Протекающая через колонку смесь вещестз на отдельных ее участках подвергается поочередно происходящим процессам адсорбции и десорбции, так как происходит вытеснение одного компонента, уже осевшего на поверхности, другим компонентом, поступающим сверху и занимающим его место. Действие колонки в простейшем случае, т. е. применительно к раствору единственного компонента А в соответственно выбранном растворителе В, представлено на рис. 27, а, Ь, с. [c.52] При промывании колонки чистым растворителем пояс, занятый компонентом А, опускается вниз (рис. 27 6 и 27 с) при этом нижняя его граница, или так называемый фронт, должна сохранять плоскую поверхность, тогда как верхняя граница становится довольно размытой. Скорость продвижения молекул растворенного вещества через колонку зависит от концентрации вещества. Так как при концентрациях, превышающих некоторую среднюю величину, молекулы будут передвигаться быстро, а при меньших концентрациях — медленнее, в конечном счете пояс растянется на большую ширину. [c.53] Вернуться к основной статье