Адсорбция

АдсорбцияАДСОРБЦИЯ, сгущение растворенного или газообразного вещества на поверхности твердого или жидкого тела. Адсорбцию нужно отличать от абсорбции, при которой происходит проникновение абсорбируемого вещества в массу тела; на практике, однако, такое разграничение не всегда удается провести. Особенно значительна адсорбция в тех случаях, когда в качестве адсорбента, т. е. тела, на поверхности которого происходит адсорбция, применяются твердые тела с большой поверхностью, как, например, активированный уголь, для которого величина поверхности исчисляется в 100 и больше м2 на 1 г, или силикагель. Подобным же образом аморфные осадки, обладающие очень большой поверхностью, могут адсорбировать из растворов гораздо большие количества растворенных веществ, чем осадки явно кристаллической структуры, обладающие меньшей поверхностью. Если адсорбирующее тело находится достаточное время в соприкосновении с некоторым объемом газа или раствора, из которого происходит адсорбция, то наступает адсорбционное равновесие; в условиях равновесия имеет место определенное соотношение между количеством адсорбированного вещества а и концентрацией этого же вещества в газообразной среде или в растворе с, которое и характеризует процесс адсорбции с количественной стороны.

Математически эти соотношения выражаются различными адсорбционными формулами, предложенными многими авторами, но ни одна из них не охватывает течение процесса адсорбции во всех случаях. Часто применяется формула Фрейндлиха: а = αс1/n, где α и n постоянные, причем n> 1. Как видно из этой формулы, при малых значениях с процент адсорбированного вещества больше, чем при больших. Во многих случаях при возрастании с адсорбированное количество стремится к некоторому пределу. Однако формулой Фрейндлиха существование такого предела не предусматривается. Газообразные вещества адсорбируются тем легче, чем легче они конденсируются; это свойство газов имеет большое значение при применении активированного угля в противогазах. При адсорбции органических веществ из водных растворов на угле и на многих других адсорбентах наблюдается резкое возрастание адсорбции с удлинением углеродной цепи, так что высшие члены гомологических рядов адсорбируются гораздо лучше низших (правило Траубе). Процесс адсорбции сопровождается выделением некоторого количества тепла, которое обычно равно нескольким тысячам малых калорий на граммолекулу адсорбированного вещества, но в отдельных случаях м. б. и значительно выше; адсорбция на свободной поверхности жидкости и на границе между двумя жидкостями не так легко поддается непосредственному наблюдению, как адсорбция на поверхности твердого тела. Количество вещества, адсорбированного одним см2 поверхности жидкости, Г м. б. в этом случае, однако, определено из величины понижения поверхностного натяжения γ, сопровождающего процесс адсорбции. Как показал Гиббс, из принципов термодинамики может быть выведено следующее соотношение (формула Гиббса): Г = - (c/RT)∙(dγ/dc),  где с - концентрация адсорбируемого вещества, R - газовая постоянная.

Предельные величины Г, вычисленные по этой формуле, равны 10-7—10-8 г/см2. Исходя из этих данных, а также из наблюдений над пленками, образуемыми на поверхности воды нерастворимыми в ней веществами, исследователи пришли к тому выводу, что процесс адсорбции сводится к покрытию поверхности адсорбирующего тела слоем адсорбируемого вещества толщиной в одну молекулу, причем молекулы адсорбированного вещества в этом слое расположены не беспорядочно, а определенным образом ориентированы; например, в случае адсорбции амилового спирта на поверхности воды молекулы ориентированы так, что гидроксильная группа втянута внутрь воды, а углеводородная цепь обращена наружу. Хотя это представление об ориентированном мономолекулярном слое и не разделяется в полной мере всеми исследователями, несомненно, однако, что оно правильно, по крайней мере, по отношению к наиболее прочно связанной части адсорбированного вещества. Что касается тех сил, которыми поверхность удерживает адсорбированные молекулы, то в одних случаях силы адсорбции совершенно подобны тем сравнительно слабым силам, которые обусловливают явления сцепления между однородными частицами жидкости, в др. же случаях они приближаются к силам, связывающим атомы в молекулах химических соединений, так что ответить на вопрос, является ли адсорбция явлением физическим или химическим, вообще говоря, представляется пока невозможным. Явления адсорбции играют чрезвычайно большую роль в живой и мертвой природе, т. к. являются одним из главных факторов, определяющих поведение коллоидных систем. Адсорбция лежит в основе моющего действия мыл; адсорбционные процессы являются первой стадией процессов крашения и дубления. Каталитическое действие твердых катализаторов неразрывно связано с их способностью адсорбировать реагирующие вещества.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 1 - 1927 г.