Поверхностные явления

Адсорбция

Любая поверхность твердого тела обладает избыточной энергией.

У частиц, находящихся внутри кристалла, силы притяжения и отталкивания со стороны окружающих частиц скомпенсированы. А у частиц, находящихся на поверхности, часть сил не скомпенсирована. Поэтому, поверхность обладает свободной поверхностной энергией (∆G_пов).

При адсорбции (концентрации вещества на поверхности раздела фаз) возникает связь между молекулами, находящихся на поверхности твердого тела (адсорбат) и молекулами поглощаемого вещества. При этом ∆G_пов уменьшается.

Виды адсорбции:

1 вид. Физическая адсорбция.

При физической адсорбции связь между молекулами адсорбента и адсорбата возникает за счет действия сил Ван-дер-Ваальса.

2 вид. Химическая адсорбция.

При химической адсорбции связь между молекулами адсорбента и адсорбата возникает за счет действия химической связи.

Количественная характеристика адсорбции

р – парциальное давление;

θ – степень заполнения (доля поверхности твердого тела, заполненной мономолекулярным слоем молекул поглощенного вещества);

(1 – θ) – доля свободной поверхности.

При равновесии:

Vадс = Vдес;

V = KC_A^a C_B^b

Vадс = Kv_ад р (1 – θ) 1/K_дес

Kадс Kдес

Vдес = Kv_ад θ 1/K_дес

(1 – θ) = θ

K_pp (1 – θ) = θ

Уравнение Лэнгмюра

K_pp 1+ K_pp

= θ

Г – адсорбция в данный момент времени.

Г_∞ – адсорбция при максимальном заполнения поверхности адсорбата.

θ - степень заполнения

Т₁ > Т₂

θ

р

Ионно-обменная хроматография

Ионно-обменная хроматография является одним из способов очистки воды.

K – катионид – (R – H)

высоко молекулярные смолы

А – анионид – (R – OH)

1) R – H + NaC l ↔ R – Na + H⁺ + C l ¯

2) R – OH + H⁺ + C l ¯ → R – C l + H⁺ + OH¯

H₂O

Десорбция

Десорбция, также как и диффузия, обусловлена тепловым движением молекул. Следовательно, с повышением температуры процесс десорбции усиливается (только для физической десорбции). При десорбции с течением времени наступает момент динамического равновесия, при котором скорость десорбции равна скорости адсорбции:

V = K (C = 1 Моль/л)

; ∆H – теплота адсорбции (выделение теплоты – самопроизвольный процесс).

∆G_пов = σS;

σ – поверхностное натяжение;

S – площадь поверхности раздела фаз;

∆G_пов – максимальная полезная работа, затраченная на отрыв единицы поверхности раздела фаз.

Все самопроизвольные процессы стремятся понизить запас энергии Гиббса.

Дата добавления: 2013-12-12