Ионная адсорбция. Влияние радиуса и валентности иона на величину адсорбции

Адсорбция на границе раздела твердое тело-раствор. Обращение правила Траубе при адсорбции из водных и углеводородных растворов. Правило уравнивания полярностей Ребиндера.

Межфазное натяжение на границе между взаимно насыщенными жидкостями. Правило Антонова.

Связь адгезии и смачивания. Вывод уравнения Дюпре-Юнга, его анализ.

Условие растекания жидкостей. Коэффициент растекания по Гаркинсу. Эффект Марангони.

Когезия и адгезия. Характер разрушения адгезионного соединения. Условие адгезионного разрушения. Уравнение Дюпре для работы адгезии.

Когезия- сцепление молекул, атомов, ионов внутри одной фазы гомогенной части системы. Адгезия- явление взаимодействия 2-х разнородных конденсированных фаз (прилипание), заключается в приведении в контакт 2-х разнородных конденсированных фаз и образования связи между ними за счет сил притяжения.

Характер разрушения адгезионного соединения:1) Адгезионная прочность- напряжение которое необходимо затратить для разрушения адгезионного соединения. Радг=F/S

Wразр=Wадг+Wдеф. 1,1) разрыв на границе раздела фаз- адгезион 1,2)разрыв по одному из элементов- когезион. Радг<Рког. 2) Работа адгезии- обратимая изотермическая работы разделения 2-х конденсированных фаз вдоль межфазной границы=1.

Уравнение Дюпре для работы адгезии Wадг= σ_жг+ σ_тг+ σ_тж

σ_тг> σ_тж+ σ_жг; σ_тг- σ_тж> σ_жг; Wадг- σ_жг> σ_жг; Wадг>Wког; f=Wадг-Wког- коэффициент Гаркинса. f= σ_жг+ σ_тг- σ_тж=-2 σ_жг= σ_тг- σ_тж- σ_жг. f+-растекание жидкости, f- - растекания не наблюдается.

Эффект Марангони: наблюдается растекание жидкости с меньшим поверхностным натяжением на поверхности жидкости с большим поверхностным натяжением. Наблюдается движение жидкости на поверхностных слоях, обусловленное градиентом поверхностного натяжения. И течение происходит из области меньших поверхностных натяжений в область больших поверхностных натяжений. Этот эффект самопроизволен, сопровождается уменьшением ΔG.

Wадг= σ_тг+ σ_жг- σ_тж= σ_жгcos Θ+ σ_жг= σ_жг(1+cos Θ) разделим обе части на 2 σ_жг Wадг/2 σ_жг= = (1+cos Θ)/2; Wадг/Wког=1+cos Θ/2.

Проведем анализ уравнения: Θ=0° cos Θ=1 Wадг=Wког; Θ=180° cos Θ=-1 Wадг=0

Для систем с 2-мя взаимнонасыщенными жидкостями соблюдается правило Антонова: σ₁₂= σ₁- σ_{2.-удельная} межфазная энергия σ₁₂ равна разности между поверхностными натяжениями более полярной σ₁ и менее полярной σ₂ жидкостей. Сопоставление правила Антонова и у-ния Дюпре: Wадг= σ₁+ σ_2- σ₁+ σ₂=Wког -разрыв всегда когезионный.

Адсорбция на границе тв тело-раствор лежит в основе модификации поверхностей многих процессов очистки жидкостей от примесей.

Обращение правила Траубе: взаимодействие адсорбента и растворителя характеризуется теплотой смачивания(↑ теплоты смачивания ↓ адсорбции). Теплота смачивания из раствора Н₂О на угле 6 кал/см², а на силикате 400 кал/см². чем меньше растворимость вещества в данном растворителе, тем лучше идет адсорбция.

Вода-уголь Толуол-силикагель

А А

Масляная к-та уксусная кислота

Пропионовая кислота пропионовая к-та

Уксусная кислота масляная к-та

С С

Правило Ребиндера. Определяет условия выбора того или иного адсорбента и структуру поверхности или адсорбционного слоя. Заключается в том, что процесс адсорбции идет в сторону выравнивания полярностей фаз, и тем сильнее, чем больше первоначальная разница полярностей. Полярность можно характеризовать диэлектрической постоянной:

В Е_А< Е_Б< Е_В; Е_А>Е_Б>Е_В σ↓ F^S↓

А Б улогь)+вода→(пав) уголь) +вода - гидрофилизация поверхности угля.

Силикагель)+толуол→(пав) силикагель) +толуол -гидрофобизация

поверхности угля.

Влияние радиуса ионов. При одинаковых валентностях, максимальная адсорбцию проявляют ионы большего радиуса. Причина: большая поляризуемость этих ионов и их меньшая градация. Лиотропные ряды ионов -ряды ионов, составленные в порядке уменьшения их способности связывать среду: ряды щелочных Ме: Li⁺<Na⁺<K⁺<Rb⁺<Cs⁺

Ряды редкоземельный Ме: Mg²⁺<Ca²⁺<SR²⁺<Ba²⁺. Ряд анионов Hal: Cl^-<Br^-<NO₃ ^-<I^-

Влияние валентности ионов: адсорбционная способность сильно зависит от валентности иона. Зависимость прямая. K⁺<Ca²⁺<Al³⁺<Th⁴⁺

Дата добавления: 2014-01-06