Адсорбция. Адсорбция – это явление самопроизвольного изменения концентрации вещества в поверхностном слое раствора относительно концентрации в объеме (или просто

Адсорбция – это явление самопроизвольного изменения концентрации вещества в поверхностном слое раствора относительно концентрации в объеме (или просто концентрации; так как объем поверхностного слоя не сопоставим с объемом всего раствора). Изменение концентрации в поверхностном слое не влечет за собой изменение концентрации в объеме раствора.

Рис. 7. К определению понятия адсорбции.

Γ > 0 положительная адсорбция; Γ < 0 отрицательная адсорбция.

Количественно адсорбция измеряется как избыточное количество вещества, приходящееся на единицу площади.

Поверхностно активные вещества (ПАВ) – вещества, уменьшающие поверхностное натяжение, у них адсорбция положительна. Примеры в водных растворах: молекулярные – спирты, амины, кислоты (RCOOH); ионогенные – соли органических кислот; желчные кислоты (уменьшают поверхностное натяжение воды до σ = 70·10^–5 Дж·м^–2).

Поверхностно не активные вещества (ПНВ) – не изменяют поверхностное натяжение.

Поверхностно инактивные вещества (ПИВ) – увеличивают поверхностное натяжение; это неорганические соли, основания. При концентрации NaOH 1 моль/л σ = 74,6·10^–3 (вода 74,22·10^–3). Видим из этого, что увеличение σ незначительно.

.Рис. 8. Изотерма адсорбции на подвижной поверхности раздела

Из соображений размерности адсорбция равна производной поверхностного натяжения по химическому потенциалу вещества:

(Дж·дм^–2/(Дж·моль^–1) = моль·дм^–2)

; ;

Полученное уравнение называется уравнение Гиббса.

Производная – dσ/dc в уравнении Гиббса носит название поверхностная активность.

Уравнение Гиббса подвергалось экспериментальной проверке, которая подтвердила его правильность.

Рис. 9. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации (изотермы поверхностного натяжения)

Рис. 10. Изотермы поверхностной активности.

Поверхностная активность равна тангенсу угла наклона касательной к изотерме поверхностного натяжения при концентрации стремящейся к нулю.

Факторы, влияющие на адсорбцию.

1) Температура; 2) Природа соприкасающихся фаз; 3) Природа растворенного вещества 4) Концентрация

Правило Дюкло-Траубе: В гомологических рядах адсорбция увеличивается в 3 – 3,5 раза (при малых концентрациях) на каждую группу СН₂.

Зависимость адсорбции от концентрации – уравнение Лэнгмюра:

Предельная адсорбция – мономолекулярный слой ПАВ, так называемый частокол Лэнгмюра; α – константа адсорбционного равновесия.

Рис. 11. Мономолекулярная адсорбция.

Площадь адсорбционного слоя липидов из эритроцитов равна удвоенной суммарной поверхности эритроцитов (Е. Горшнер, Г. Грендел, 1925). Из этого следует, что клетки имеют мембрану, состоящую из двух слоев липидов и белков.

Модель биомембраны – двухслойный замкнутый объем.

Измерение адсорбции позволяет вычислить площадь поперечного сечения молекулы и длину молекулы.

Очевидно, что площадь, занимаемая молекулой в насыщенном слое

где N _А – число Авогадро.

Длина молекулы численно равна объему адсорбированного вещества на единице площади мономолекулярного адсорбционного слоя:

,

где М – молярная масса адсорбированного вещества, р – плотность вещества.

Основное направление применения адсорбции на жидких поверхностях – это снижение поверхностного натяжения, изменение свойств поверхности. На этом основано действие моющих средств.

Дата добавления: 2014-01-20