ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Адсорбция из "Препаративная органическая химия" 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 температурь . [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, древесный уголь, активированный уголь и силикагель). [c.48] В зависимости от характера сил, связывающих молекулы газа и молекулы поверхности адсорбента, различаются два вида адсорбции. [c.49] Физическая адсорбция, или адсорбция Ван-дёр-Ваальса, характеризуется сравнительно малым тепловым эффектом (около 5 ккал1моль), т. е. величиной того же порядка, что и теплота испарения, а также высокой скоростью установления равновесия. Это указывает на то, что энергия активации процесса очень мала (около I ккал1моль). Адсорбция такого рода обусловлена межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса, действующими между молекулами газа и поверхностью адсорбента. [c.49] 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 это 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 в этом случае значительно большую величину (5—20 ккал1моль), в 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 низкйх 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] При очень низких давлениях р /С величина пропорциональна р. [c.50] Классическая изотерма адсорбции соответствует изотерме Лэнгмюра для средних давлений. [c.50] Положения Лэнгмюра были экспериментально 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] Практически обычно приходится иметь дело не с адсорбцией чистого газа, а с адсорбцией смеси газов. Здесь возможны два случая 1) один из компонентов смеси адсорбируется легче, а остальные компоненты—трудней тогда процесс протекает почти так же, как он протекал бы в случае одного газа 2) компоненты смеси, имея близкие критические температуры, адсорбируются с более или менее одинаковой легкостью в этом случае проявляется значительное влияние одних компонентов на адсорбцию других, возрастающее с увеличением давления. [c.51] Если адсорбент, насыщенный трудно поглощающимся газом, ввести в атмосферу газа, легко адсорбируемого, то начнется вьггеснение 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. Практически 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 (НаЗ, ЗОа), осушка газов (например, при помощи силикагеля), разделение газовых смесей и др. [c.51] Этот случай адсорбции существенно не отличается от описанной выше адсорбции газов на твердых адсорбентах. Как и в предыдущем случае, количество адсорбированного вещества изменяется с температурой в данном случае также можно применить уравнение Лэнгмюра или Фрейндлиха, если вместо давления подставить концентрацию здесь также наблюдается характерное состояние насыщения поверхности. Оба процесса различаются тем, что в случае растворов вместе с молекулами растворенного вещества адсорбируются также 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 способность 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] Во многих случаях жидкости адсорбируются тем легче, чем меньш их поверхностное натяжение на границе с адсорбентом, т. е. чем лучш они смачивают его поверхность. Вследствие этого вода, плохо смачиваю щая уголь, плохо им адсорбируется в отличие от растворенных в не веществ это свойство делает уголь одним из лучших и наиболее употр бительных поглотителей для очистки воды. Напротив, силикагель, очен хорошо смачиваемый водой, для этой цели совершенно непригоден, зак является хорошим осушителем для органических веществ. Адсорбци) жидкостей на поверхности твердых тел практически заключается в иГ смачивании, а сопутствующий ей тепловой эффект равен теплоте смачи вания. [c.52] Адсорбция является очень удобным способом удаления из растворо тех загрязнений, которые трудно удалить другим способом. Наиболь шее практическое применение адсорбция находит для обесцвечивани) растворов, а также для удаления примесей, имеющих неприятный запаГ или вкус. Такой обработке подвергают многие пищевые продукты, как , например, сахарный сироп, фруктовые соки, высокосортные водки, мед а также лекарственные препараты, масла, воски, органические раствори тели и др. [c.52] Избирательная адсорбция веществ из растворов, так называема хроматография, нашла широкое практическое применение. Этот мето) впервые был применен Цветом для разделения окрашенных веществ. [c.52] Этот длительный и малопродуктивный цикл можно заменить однократным процессом, происходящим в хроматографической колонке (трубке, наполненной измельченным адсорбентом). Протекающая через колонку смесь веществ на отдельных ее участках подвергается поочереднс 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] Скорость передвижения молекул за-висит, однако, главным образом от их способности к адсорбции, что имеет особенно большое значение в случае многокомпонентных систем. Она должна быть одинакова по всему сечению колонки, так как в противном случае пояса будут иметь неправильную форму. Для этого следует применять адсорбент с более или менее одинаковым размером зерен и заполнять колонку как можно более равномерно. В случае слишком большого сопротивления колонки протеканию жидкости следует работать под повышенным (сверху) или уменьшенным (снизу) давлением. В последнем случае нельзя допускать слишком сильного отсоса воздуха, так как это может привести к кипению растворителя в колонке, что может повлечь за собой нарушение правильного расположения поясов. [c.53] Вернуться к основной статье