Адсорбционное равновесие

Вещество в конденсированном состоянии обладает поверхностной энергией, обусловленной нескомпенсированностью полей частиц на поверхности раздела фаз.

Термин «поверхностная энергия» применяется к границе раздела газ – твердое тело, жидкость – твердое тело.

Под поверхностной энергией понимается энергия Гиббса образования поверхности. Она равна произведению удельной поверхностной энергии d на площадь поверхности раздела фаз:

DG=d ∙ S, (9.9)

Для неассоциированных жидкостей удельная поверхностная энергия зависит от температуры:

d=d₀-a(Т-Т₀), (9.10)

где d₀ – поверхностное натяжение при Т₀ = 273 К;

a = 0,1 мДж/м² ∙ к.

Адсорбция – изменение концентрации вещества на границе раздела фаз; адсорбция представляет собой процесс поглощения газов, паров или жидкостей поверхностью пористых твердых тел. Процесс адсорбции является избирательным и обратимым.

Адсорбент – вещество, способное адсорбировать другое вещество.

Адсорбтив – вещество, которое может адсорбироваться.

Адсорбат – адсорбированное вещество.

Количественной мерой адсорбции является избыток адсорбированного вещества Г, равный разности концентраций вещества в поверхностном слое и в объеме раствора, (моль/м²; моль/см²).

Адсорбцию подразделяют на:

а) физическую – вандерваальсовы силы взаимодействия, невысокий тепловой эффект;

б) хемосорбцию – возникают химические связи, значительный тепловой эффект.

Адсорбция протекает самопроизвольно - энергия Гиббса адсорбции имеет отрицательное значение: DG_адс<0.

Тепловой эффект имеет отрицательное значение DН_адс<0.

Адсорбция – процесс избирательного поглощения компонента из газа или пара с помощью жидких поглощений. В тоже время в процессе адсорбции происходит упорядочения адсорбированных частиц: DS_адс<0.

C увеличением температуры энергия Гиббса системы возрастает, при некоторой Т_р наступает равновесие:

адсорбция

А А_адс.

десорбция

9.5.1 Адсорбция на границе раздела газ – твердое тело.

Изотерма адсорбции - зависимость избытка адсорбированного вещества от равновесной концентрации С_р или равновесного давления при постоянной температуре.

(9.11)

Уравнение Лэнгмюра и Фрейдлиха:

где Г_¥ - адсорбция при максимальном значении;

С_р – равновесная концентрация адсорбата;

К_а – константа равновесия процесса адсорбции.

Другое уравнение изотермы адсорбции – эмпирическое уравнение Фрейдлиха:

Г=К_ф ∙ рⁿ , (9.12)

где К_ф, n – постоянные;

р - равновесное давление адсорбата.

Адсорбция зависит от природы адсорбента и адсорбата. Наиболее распространенные адсорбенты: активированные угли. Хорошо адсорбируют малополярные газы и пары гидрофильный адсорбент - силикагель. Другие адсорбенты: цеолиты, алюмосиликатные пористые вещества.

10.5.2 Адсорбция на границе раздела твердое тело – жидкость.

Удельная адсорбция (а, моль/кг) молекул из раствора:

	(9.13)

где С₀ и С – концентрации адсорбата а растворе до и после адсорбации;

V – объем раствора;

m – масса адсорбента.

Правило выравнивания полярностей (М.А. Ребиндер) – на полярных адсорбентах лучше всего адсорбируются полярные адсорбаты из неполярных растворителей, а на неполярных – неполярные адсорбаты из полимерных растворителей.

Уравнение Лэнгмюра и Фрейдлиха:

а = К_ф∙ С ⁿ, (9.15)

где К_ф и n – постоянные.

На явлении адсорбции основаны способы очистки газов и жидкостей от различных примесей, при подготовке питьевой воды, при осушке газов, при получении чистых веществ. В медицине адсорбционные методы используются для извлечения вредных веществ из крови.

Дата добавления: 2014-01-04