Адсорбция Движеща сила
Вещества на повърхността.
Физическа адсорбция.Адсорбираният слой е свързан с повърхността чрез слаби междуатомни връзки, например чрез сили на Ван дер Ваалс. Топлината на физическа адсорбция обикновено е ниска и рядко надвишава няколко десетки kJ / mol (около 40 kJ / mol). Процесът на физическа адсорбция е обратим, отнася се до неактивиран, протича много бързо, веднага щом молекулите на адсорбата са на повърхността на твърдо или течно тяло. Най-често физическата адсорбция е свързана с взаимодействието на повърхността с газовата фаза. Количеството на адсорбирания газ намалява с намаляване на налягането и повишаване на температурата.
| , | (2.4) |
Да се Р
Р
(а)и температура ( б) (обяснения в текста)
| , | (2.5) |
където а Да сев уравнение (2.5).
Процесът на адсорбция почти винаги е придружен от отделяне на топлина, което се нарича топлина на адсорбция. Силата на адсорбционния слой е пропорционална на топлината на адсорбция.
На фигура 2.1, б
Химическа адсорбция.Хемосорбцията е процес на поглъщане на вещества от околната среда от повърхността на течно или твърдо тяло, придружен от образуване на химични съединения. По време на хемосорбцията се отделя значително количество топлина. Обикновено топлината на хемосорбция е в диапазона от 80–125 kJ / mol. Взаимодействието на кислорода с металите (окисляване) дава значително по-високи топлинни стойности, достигащи 400 kJ/mol.
ВИЖ ПОВЕЧЕ:
Адсорбция в химията
Въведение
Адсорбцията е процес на абсорбция на вещество от смес от газове, пари или разтвори от повърхността или обема на порите на твърдо вещество - адсорбент.
Явлението адсорбция е известно от много дълго време. Естествени материали като пясък и почва са били използвани за пречистване на водата от зората на човешкото общество. В края на 18 век К. Шеле и по същото време Фонтана откриват способността на прясно калцинирания въглен да абсорбира различни газове в обеми, няколко пъти по-големи от собствения си обем. Скоро стана ясно, че количеството погълнат обем зависи от вида на въглищата и естеството на газа. ТЕЗИ. Ловиц през 1785 г. открива явлението адсорбция от въглища в течна среда, изследва го подробно и предлага използването на въглища за пречистване на фармацевтични продукти, алкохол, вино и органични съединения. Ловиц доказа, че въгленът е в състояние бързо да пречисти замърсената вода и да я направи годна за пиене. И сега основният активен принцип на водните филтри са въглеродните материали, разбира се, по-модерни от естествените въглища. Адсорбцията на токсични вещества от въздуха е използвана от Н.Д. Зелински при създаването на противогаз по време на Първата световна война.
Адсорбцията на газове върху твърди повърхности се използва в някои отрасли на хранително-вкусовата промишленост, а именно мазнини и масла (например при производството на маргарин) и при ферментация (например при производството на дрожди) за пречистване на технологични газови потоци с цел за предотвратяване на емисии на вредни вещества в атмосферата. Абсорбцията на водна пара се случва върху порести вещества, които действат като твърд адсорбент. Подобни процеси се наблюдават по отношение на захарта, солта и сухарите.
Адсорбция, нейните видове
Адсорбционният метод за регулиране на газовия състав на съоръженията за съхранение на бързоразвалящи се продукти позволява няколко пъти да се намалят загубите и да се увеличат периодите на съхранение. Адсорбцията на различни хранителни киселини, по-специално лимонена, намалява повърхностното напрежение на повечето безалкохолни напитки в сравнение с водата. Адсорбцията на вещества на границата течност-газ допринася за стабилността на пяните. Подобен процес протича във ферментационната индустрия при производството на дрожди и някои други междинни продукти. Подобряването на навлажняването на различни повърхности с вода се използва широко в индустрията като съпътстващ процес при измиване на оборудване, подготовка на суровината, обработка на полуфабрикати и др. Адсорбцията на интерфейса твърдо-течност се използва широко при пречистването на течности (например дифузионен сок при производството на захар, растителни масла и сокове) от примеси.
Развитието на теорията на адсорбционните сили все още не е достигнало до такъв етап, когато от известните физикохимични свойства на газовете и твърдите вещества би било възможно да се изчисли изотермата на адсорбция, без да се провеждат експериментални изследвания. Следователно огромен брой работи са посветени на опитите за описване на експериментални изотерми с помощта на различни теоретични уравнения, които съответстват на определени модели на адсорбция. Ако теоретичното уравнение на изотермата на адсорбция възпроизвежда добре експерименталните данни, тогава е възможно да се изчислят неизвестните стойности на адсорбцията при различни условия (p и T) и да се определят различните геометрични параметри на твърдите тела. Нека разгледаме само няколко, най-често срещаните теоретични уравнения на адсорбционните изотерми.
Споделете хубаво 😉
АДСОРБЦИЯ В ХРАНИТЕЛНОТО ПРОИЗВОДСТВО
Процесът на абсорбция на един или повече компоненти от смес от газове, пари или течни разтвори от повърхността на твърдо вещество - адсорбент се нарича адсорбция. Процесът на адсорбция, подобно на процеса на абсорбция, е селективен, тоест само определени компоненти се абсорбират от сместа. Както при абсорбцията, абсорбираното вещество може да бъде отделено от адсорбента, например чрез нагряване. Този процес на регенерация – обновяване на абсорбента се нарича десорбция.
Процесите на абсорбция и адсорбция са повърхностно сходни. Разликата между тях се състои във факта, че в единия случай веществото се абсорбира от целия обем на течността, а в другия - само от повърхността на твърдия абсорбент - адсорбента.
В хранително-вкусовата промишленост адсорбцията се използва при пречистване на водно-алкохолни смеси в производството на алкохолни напитки, при пречистване и стабилизиране на вина, сокове и други напитки. При производството на захар от цвекло адсорбцията осигурява основното пречистване на дифузионния сок по време на неговото насищане, както и обезцветяването на захарните сиропи преди кристализация.
Равновесие в адсорбцията
Количеството на абсорбираното от адсорбента вещество зависи от концентрацията на абсорбираното вещество в паро-газова смес или разтвор, както и от температурата, при която се извършва процесът. Равновесни условия за адсорбция
Равновесните линии, съответстващи на уравнения (7.75) и (7.76), се наричат сорбционни изотерми. Изотермите на сорбция (фиг. 26) са нанесени според експерименталните данни. Естеството на кривата на сорбционната изотерма зависи от много фактори, включително специфичната повърхност на адсорбента, обема на порите, структурата и разпределението на порите, свойствата на абсорбираното вещество и, разбира се, температурата.
Движещата сила на процеса на адсорбция се определя като разликата между работната и равновесната концентрации на абсорбираното вещество в пара-газовата или течната фаза.
Работната линия за непрекъснати адсорбционни процеси съответства на уравнение (7.6).
В процеса на адсорбция се отделя топлина, което води до повишаване на температурата в системата и намаляване на активността на адсорбента. Следователно, за да се поддържа скоростта на процеса в промишлените адсорбери, адсорбентът се охлажда.
Адсорбенти
Количеството абсорбирано вещество зависи от повърхността на абсорбера. Следователно адсорбентите имат изключително развита повърхност, което се постига поради образуването на голям брой пори в твърдо вещество.
Активен въглен. Това е най-разпространеният адсорбент. Получава се чрез суха дестилация на дървесина, последвана от активиране - калциниране при температура около 900°C. Общата повърхност на 1 g активен въглен е 600 ... 1700 m2. Активният въглен също се получава от животински кости и други въглерод-съдържащи материали. Размерите на парчетата активен въглен, в зависимост от марката, варират от 1 до 5 мм. Активният въглен абсорбира органичните пари по-добре от водните пари. Недостатъците на активните въглени са ниската им механична якост и запалимост.
Силикагелове. Този адсорбент се получава чрез дехидратиране на гел от силициева киселина чрез третиране на натриев силикат (водно стъкло) с минерални киселини или киселинни разтвори на техните соли. Размерът на гранулите от силикагел варира от 0,2 до 7 mm.
Общата повърхност на 1 g силикагел е 400 ... 770 m2. Силикагелите ефективно абсорбират органичните пари, както и влагата от въздуха и газове. Ето защо гранулите от силикагел понякога се използват при опаковане на устройства и материали за съхранение, които се страхуват от влага. За разлика от активния въглен, силикагелът е незапалим и има голяма механична якост.
зеолити. Това са порести водни алумосиликати на катиони на елементи от първата и втората група от периодичната таблица на Д. И. Менделеев. Те се намират естествено и се добиват. В промишлеността по-често се използват синтетични зеолити, които имат много хомогенна структура, с размери на порите, които могат да се сравнят с размерите на големите молекули. Следователно зеолитите имат свойствата на микрофилтрационни мембрани.
Зеолитите се характеризират с висока абсорбционна способност спрямо водата и поради това се използват за дълбоко сушене на газове и въздух с ниско съдържание на влага. Промишлените зеолитни гранули обикновено са с размер от 2 до 5 mm.
йонити. Това са естествени и изкуствени адсорбенти, чието действие се основава на химично взаимодействие с пречистените разтвори. Процесите, използващи йонообменници, трябва да се класифицират като хемосорбция - адсорбция, придружена от химични реакции. Йонообменници, съдържащи киселинни активни групи и обменящи подвижни аниони с разтвора на електролита, се наричат аниони. Йонообменници, съдържащи основни активни групи и обменящи подвижни катиони, се наричат катионообменници. Съществува група от аморфни йонообменници, способни едновременно на анионен и катионен обмен. Йонообменните смоли се използват най-широко в промишлеността. И така, при производството на рафиниране на захар, използвайки йонообменни смоли, сиропите се обезцветяват. Смолите се използват в някои случаи и при пречистване на вода. Последните постижения в синтеза на йонообменници ни позволяват да се надяваме на успешното им използване в неконвенционални технологии, например при производството на ректифициран алкохол от суров алкохол.
Фините глини се използват като естествени адсорбенти в хранително-вкусовата промишленост, например за избистряне на вина: бентонит, диатомит, каолин. За същата цел се използва рибен лепило (желатин) и други вещества.
Изчисляване на адсорбери
Процедурата за изчисляване на абсорбери е подобна на процедурата за изчисляване на абсорбери. И само фиксирана повърхност за пренос на маса, която е лесна за определяне, позволява да се използват някои кинетични уравнения и по-точно да се изчислят необходимите размери на апарата, без да се прибягва до определяне на броя на стъпките на концентрация.
Материален баланс. Уравнението на материалния баланс за процеса на адсорбция съответства на уравнение (7.3):
Кинетика на процеса на адсорбция. Процесът на абсорбция на вещество по време на адсорбция обикновено се описва с критериалното уравнение за системи с твърда фаза:
Количеството топлина, отделена по време на адсорбция. Специфичната топлина на адсорбция g (J / mol) обикновено се определя емпирично и се дава в справочниците за различни вещества. При липса на експериментални данни може да се използва следното уравнение:
Физическа и химична адсорбция
Адсорбция- абсорбция на вещества от разтвори или газове от повърхностния слой на твърдо или течност. Движеща сила процесът е наличието на повърхността на некомпенсирани сили на междуатомно взаимодействие, поради което молекулите на адсорбираното вещество - адсорбата - се привличат. Наблюдава се не само намаляване на повърхностната енергия, но и образуването на филми с различен състав на повърхността.
Термодинамичното състояние на атомно чистата повърхност насърчава активния ход на процеса на адсорбция. Известно е, че чистата метална повърхност съдържа около 105 адсорбционни места на 1 cm2.
Разграничаване на физическа и химическа адсорбциявещества на повърхността. Възможни са и междинни типове взаимодействия в интерфейса.
Физическа адсорбция.Адсорбираният слой е свързан с повърхността чрез слаби междуатомни връзки, например чрез сили на Ван дер Ваалс. Топлината на физическа адсорбция обикновено е ниска и рядко надвишава няколко десетки kJ / mol (около 40 kJ / mol).
Процесът на физическа адсорбция е обратим, отнася се до неактивиран, протича много бързо, веднага щом молекулите на адсорбата са на повърхността на твърдо или течно тяло. Най-често физическата адсорбция е свързана с взаимодействието на повърхността с газовата фаза. Количеството на адсорбирания газ намалява с намаляване на налягането и повишаване на температурата.
Най-простите уравнения на мономолекулната адсорбция са предложени от Хенри и Лангмуром. Уравнението на Хенри (наречено изотерма на Хенри)
| , | (2.4) |
където Θ са степените на запълване на хомогенната повърхност на адсорбента с адсорбатни молекули, Да се- коефициентът на пропорционалност, който зависи главно от температурата и естеството на взаимодействието на адсорбента с адсорбента, Р- налягане, валидно при много ниски Θ степени на запълване на хомогенната повърхност на адсорбента с адсорбатни молекули.
Изотермата на Хенри е права линия 1 (Фигура 2.1, а). С увеличаване на налягането Ррастежът на адсорбирания мономолекулен слой се забавя. Молекулата на адсорбата изпитва трудности при фиксирането върху все още незаетото пространство на повърхността на адсорбента.
Фигура 2.1 - Зависимост на изменението на количеството адсорбирано вещество от налягането (а)и температура ( б) (обяснения в текста)
Изотермата придобива изпъкнал характер 2, а стойността в клони към единица (виж фигура 2.1, а).Изпъкналите изотерми се описват с уравнението на Лангмюр
| , | (2.5) |
където а- коефициент на адсорбция, подобен във физически смисъл на константата Да сев уравнение (2.5).
Трябва да се отбележи, че уравнението на Langmuir е валидно само за мономолекулна адсорбция върху хомогенна повърхност; възможността за привличане на молекулите на адсорбата една към друга и тяхната подвижност по повърхността на адсорбента се пренебрегват. При по-нататъшно повишаване на налягането на адсорбата се получава запълване на втория, третия и други слоеве. Процесът преминава в полимолекулярна адхезия.
Повърхността на твърдите адсорбенти е предимно хетерогенна. Някои области са благоприятни за адсорбция, докато други са обратно. С увеличаване на налягането на адсорбата полимолекулярната адсорбция протича едновременно по цялата повърхност с различна степен на интензитет.
Процесът на адсорбция почти винаги е придружен от отделяне на топлина, което се нарича топлина на адсорбция.
Силата на адсорбционния слой е пропорционална на топлината на адсорбция. При преминаване към полимолекулярна адсорбция, топлината на адсорбция се доближава до топлината на кондензация на адсорбата.
Температурните условия оказват голямо влияние върху протичането на процеса на физическа адсорбция. Високата подвижност на молекулите на повърхността с повишаване на температурата води до десорбция на образувания слой. По-нататъшно повишаване на температурата може да превърне физическата адсорбция в химическа - хемосорбция, която има по-силни връзки.
На фигура 2.1, бдадена е качествената зависимост на адсорбцията на газообразна среда от температурата при постоянно налягане. При ниски температури, изобар 1 описва физическа адсорбция. При достигане на определена температура е възможен процесът на преход на физическата адсорбция към хемосорбция. Адсорбираното вещество нараства (крива 2). Когато цялата повърхност се запълни с адсорбат, количеството адсорбирано вещество започва да намалява отново (крива 3). Адсорбцията в регион 1 е обратима, а в регион 2 е необратима. Ако системата се охлади, процесът се премества от зона 3 към зона 4.
Слабите междуатомни връзки на повърхността по време на физическа адсорбция, очевидно, в малка степен са в състояние да балансират некомпенсираните връзки на повърхностните атоми. Съответно не трябва да се очаква значително намаляване на нивото на свободната повърхностна енергия.При подготовката на повърхността на продуктите за покритие трябва да се вземат предвид слабите връзки на физически адсорбираните вещества (твърди, течни и газообразни).
Химическа адсорбция.Хемосорбцията е процес на поглъщане на вещества от околната среда от повърхността на течно или твърдо тяло, придружен от образуване на химични съединения. По време на хемосорбцията се отделя значително количество топлина. Обикновено топлината на хемосорбция е в диапазона от 80–125 kJ / mol.
Физическа и химична адсорбция
Взаимодействието на кислорода с металите (окисляване) дава значително по-високи топлинни стойности, достигащи 400 kJ/mol.
Подобно на химичните реакции, хемосорбцията изисква значителна енергия на активиране, за да продължи. Следователно, с повишаване на температурата, процесът на хемосорбция се ускорява. Осъществява се така наречената активирана адсорбция. Хемосорбцията се отнася до селективни процеси и зависи от химическия афинитет на абсорбента и адсорбата, който заедно с температурата определя скоростта на реакцията. Например, когато газовете взаимодействат с чисти метали или металоподобни повърхности, се наблюдава изключително бърза хемосорбция, която е свързана със слабо насищане на връзките на повърхностните атоми. Хемосорбцията протича при минимални стойности на енергията на активиране.Хемосорбцията върху твърди повърхности зависи от кристалографската ориентация на зърната, наличието на различни дефекти и др. Хемосорбцията започва в най-активните области на повърхността.Общоприето е, че хемосорбцията се извършва, докато цялата повърхност не бъде покрита с мономолекулен слой адсорбат. В сравнение с физическата адсорбция, хемосорбцията е чувствителна към налягането на околната среда.
Наличието на хемосорбирани филми на повърхността до голяма степен балансира некомпенсираните висящи връзки на повърхностните атоми. В този случай повърхностната енергия достига минималните си стойности, които трябва да се имат предвид при подготовката на повърхностите за покритие. Отстраняването на хемосорбирани повърхностни съединения (замърсители) изисква значително енергийно въздействие.
ВИЖ ПОВЕЧЕ:
ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ ЗА ПРИЛОЖЕНИЕТО НА АДСОРБЕНТИ
Всички лекарства трябва да се приемат по препоръка на лекар и следвайки инструкциите! Основното противопоказание за приема на адсорбенти за червата е тяхната индивидуална непоносимост. Препаратите с активен въглен не се препоръчват за употреба при стомашно кървене, улцерозни лезии на стомашно-чревния тракт и др.; лигнинови препарати - с нарушение на въглехидратния метаболизъм, анациден гастрит, склонност към запек. Трябва да се има предвид, че при приемане на адсорбиращи агенти вътре, ефективността на други лекарства, приемани едновременно с тях, може да намалее. Ето защо е важно да се спазва интервалът между приема на адсорбенти и други лекарства.
Сорбционно почистване
NEOSMECTIN® - АДСОРБЕНТ НОВО ПОКОЛЕНИЕ
Съвременният медикамент Neosmectin® помага за премахване на диария от различен произход, метеоризъм, киселини, подуване на корема и тежест в корема. Neosmectin® действа в две посоки.
НАСЪРЧАВА елиминирането на ФАКТОРИТЕ, СЪСТОЯЩИ НА ХРАНИТЕЛНИ НАРУШЕНИЯ
Патогенната микрофлора, чревните газове, токсините понякога са причина за лошо храносмилане. Neosmectin® ги адсорбира, като улеснява отделянето им от тялото. По този начин лекарството помага да се премахнат не симптомите, а самите фактори, които могат да провокират храносмилателни проблеми.
предпазва лигавицата на стомашно-чревния тракт
Neosmectin® стабилизира лигавичната бариера на стомашно-чревния тракт, създавайки защитен филм върху повърхността му, който предпазва лигавицата от увреждане от патогени и й позволява да се възстанови по-бързо.
38. Сорбция и нейните видове: абсорбция, адсорбция. Коефициент на усвояване. Специфична адсорбция. Уравнение на Лангмюр, неговото линейно приближение.
Сорбция - процесът на спонтанно поглъщане от твърдо или течно вещество на вещества от околната среда; хетерогенен процес, протичащ на границата (TV - газ, l - газ, l - g). Веществото, което абсорбира се нарича сорбент, абсорбираното вещество се нарича сорбат. В повечето случаи сорбцията е обратен процес: заедно с абсорбцията на веществото протича и обратен процес на неговата десорбция на сорбента в околната среда.
Сорбент + сорбат ↔ (сорбция, десорбция) сорбционен комплекс
По време на сорбцията на веществото във времето се установява равновесие, което съответства на равенството на скоростта на сорбция и десорбция. Количествено постигнатото равновесие се характеризира с константата на сорбционното равновесие. Сорбцията, която се придружава от дифузия на вещество в дълбочината на сорбента, се нарича абсорбция, а сорбцията, която се придружава от концентрацията на вещество върху повърхността на сорбента, се нарича адсорбция.
Абсорбцията играе важна роля в метаболизма, по-специално в газообмена с околното сиво. Течната фаза действа като сорбент, в който се разтварят газове или се случва преразпределение на веществото между две несмесващи се течности. Абсорбционното равновесие се характеризира с константа на разпределение, където C 1 и C 2 съответстват на константата на веществото в абсорбента и в околната среда.
K разпределение = С 1 / С 2
Стойността на разпределението на К зависи от естеството на контактуващите фази и температурата. Като цяло правилото е изпълнено: подобното се разтваря в подобно, тоест полярните вещества ще се разтварят по-добре в полярните разтворители, а неполярните вещества - в неполярните (HCI; NH 3 - разтварят се много добре във вода, не- полярният кислород се разтваря добре в перфлуородекалин C 10 F 22, J 2 в CCI 4). Ако разпределението на К е много по-голямо от 1, тогава сорбираното вещество преминава предимно в абсорбента; ако е много по-малко от 1, то практически не се абсорбира. Ако извлеченото вещество е газ, тогава неговото усвояване е придружено от рязко намаляване на обема на системата, което в съответствие с принципа на Льо Шателие означава: разтворимостта на газовете се увеличава с увеличаване на фракционното налягане (законът на Хенри)
C = KgP (x)
Kg - константа на Хенри (константа на абсорбционното равновесие); С - концентрация на газ в течност (mol / l); Р - порционно налягане на газа х.
Увеличаването на разтворимостта на газовете с увеличаване на налягането обяснява декомпресионната болест на водолази и пилоти, която се наблюдава, когато човек се премести от зона с високо налягане в зона с ниско налягане. Количествено абсорбцията на газове от течност се характеризира с коефициента на абсорбция - обемът на газовете, който при стандартни условия може да се абсорбира от един обем течност. Ако абсорбцията е придружена от химическо взаимодействие с разтворител, тогава коефициентът на абсорбция се увеличава рязко, азот - 0,024 - 24 ml азот се разтваря в 1 литър вода, кислород - 0,05, SO 2 - 80, HCI - 500, NH 3 - 1 По време на хемосорбцията, химичният състав на абсорбента ще се промени рязко (когато SO 2 и NO 2 се разтварят във вода, киселинността на средата се повишава). SO 2 + H 2 O ↔ H 2 SO 3 ↔ 2H + + SO 3 2-
2NO 2 + H 2 O ↔ HNO 3 + HNO 2 ↔ 2H + + NO 2 - + NO 3 -
Когато амонякът се разтваря, алкалността на разтворите се повишава
NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 OH ↔ OH - + NH 4 +
В присъствието на електролити, разтворимостта на газовете в течности рязко намалява (осоляване - закон на Сеченов)
Адсорбция: за разлика от абсорбцията, адсорбцията е свързана с абсорбцията на вещество на границата на контактните фази. При адсорбцията се разграничава адсорбент - вещество, върху чиято повърхност се извършва адсорбция, и адсорбат - компонент, който е концентриран върху повърхността на адсорбента. Адсорбцията се случва:
Физически - поради силите на междумолекулното взаимодействие и образуването на Н връзки (E = 4-40 kJ / mol). Поради ниската си енергия физическата адсорбция винаги е обратима и е придружена от екзотермичност.
Химичен - необратим, свързан с химичното взаимодействие на адсорбента и адсорбата (Ew = 400 kJ / mol).
На практика за абсорбиране на газове, пари и разтворими вещества най-често се използват твърди адсорбенти (сажди, активен въглен, аморфен SiO 2, Al 2 O 3 и др.). количествено, адсорбцията се характеризира със специфична адсорбция G - равновесното количество абсорбирано вещество на единица повърхност или маса на твърд адсорбент
G = n / m [mmol / Gads] [meq / Gads] [mg / Gads]
Адсорбцията е чисто повърхностен процес - молекулите на сорбираното вещество покриват повърхността на адсорбента с мономолекулен слой. Сорбцията се извършва върху активните центрове на сорбента: издатини, вдлъбнатини, капиляри, пукнатини, ръбове, ъгли - за кристалните сорбенти.
Количеството абсорбиран газ или пара в твърди сорбенти зависи от следните фактори: естеството и повърхността на сорбента, естеството на абсорбирания газ или пара, концентрацията или плътността на газа (пара). За кристална сорбция специфичната повърхност е до 10 m 2. За порести сорбенти специфичната повърхност може да достигне 10 3, 10 5 m 2 / g. Колкото по-голяма е специфичната повърхност, толкова по-активен е сорбентът. Сорбционният капацитет на газ или пара се определя от неговия афинитет към повърхността на сорбента: полярните молекули се сорбират по-добре върху полярните сорбенти (водната пара се абсорбира от SiO 2 силикагел); неполярни вещества до неполярни сорбенти (масла от активен въглен). В случай на физическа адсорбция на многокомпонентна газова смес, газът, който се компресира по-лесно (увеличаване на точката на кипене), се абсорбира по-добре. Тъй като физическата сорбция е екзотермичен процес, то с повишаване на температурата, в съответствие с принципа на Льо Шателие, ефективността на адсорбцията рязко намалява. Зависимостта на специфичната адсорбция от концентрацията (налягането) се описва с изотермата на Лангвю
G = G безкрайно * KS / 1 + KS, G = алфа * s / 1 + vetta * s, където
G infinite е максималната специфична адсорбция, K е константата на сорбционното равновесие, C е равновесната концентрация, установена в разтвора.
При ниски концентрации в разтвора знаменателят може да се пренебрегне Kc<<1, тогда уравнение принимает вид Г = Г бесконеч КС, т е удельная адсорбция прямо пропорциональна равновесной концентрации. При очень больших С, КС>> 1, то специфичната адсорбция Г => Г е безкрайна
Така изотермата на Лангвю има формата
Адсорбцията е процес на селективна абсорбция на един или повече компоненти на газова или течна смес от повърхността на твърд абсорбер (адсорбент).
Абсорбираният компонент (PC), съдържащ се в непрекъсната среда (газ, течност), се нарича адсорбтив, съдържащ се в сорбент - адсорбат. Процесът на адсорбция е придружен от отделяне на топлина, чиято стойност зависи от естеството на взаимодействието на адсорбираните молекули с повърхността. Съответно се прави разлика между физическа и химична адсорбция.
Физическата адсорбция се дължи на действието на силите на Ван дер Ваалс. Количеството топлина, отделена по време на адсорбция, приблизително съответства на топлината на изпаряване (1-5 kcal/mol за прости молекули и 10-20 kcal/mol за големи молекули). Физическата адсорбция е обратим процес. Химическата адсорбция е необратим процес. Количеството топлина, отделяно по време на химическа адсорбция, е близко до количеството топлина на химическа реакция (10-100 kcal / mol). Химическата адсорбция се увеличава с повишаване на температурата, физическата адсорбция намалява с повишаване на температурата - настъпва десорбция.
Адсорбцията се използва за пречистване на газови (течни) смеси от нежелани примеси или за изолиране на този примес като целеви продукт; оптимално е двете цели да се реализират заедно, т.е. сближаване на технологията до безотпадна. Поради селективността на абсорбция на различни компоненти, адсорбцията е един от най-ефективните процеси на разделяне. В същото време това е един от етапите на хетерогенна химична реакция - каталитична или некаталитична.
След извършване на адсорбцията, адсорбентът се десорбира. Това прави възможно извличането на PC от сорбента (често целевият продукт) и повторното използване на освободения от него сорбент. За това е необходимо да се активира сорбентът, за да се възстановят неговите адсорбционни свойства. Етапите на десорбция и активиране на адсорбента представляват неговата регенерация.
Адсорбцията се използва широко в химическата технология:
За изсушаване на газове и тяхното почистване с освобождаване на целеви компоненти;
За извличане (регенериране) на разтворители от газови или течни смеси;
За изясняване на решения;
За пречистване на газови емисии и отпадъчни води;
За аналитични цели (метод на хроматография).
Успехът на процеса на адсорбция се определя до голяма степен от избора на адсорбент.
Основни изисквания към адсорбентите: селективност; възможно най-голямата абсорбционна способност; приемлива цена и наличност; лекота на десорбция и регенерация; висока механична якост; лекота на използване; негоримост, нисък ерозионен ефект върху елементите на оборудването.
Съгласно изискването за висока абсорбционна способност, адсорбентите са най-често силно порьозни твърди вещества, използвани под формата на зърна с размер от фракции от милиметър до няколко милиметра.
В зависимост от размера се разграничават микропори, междинни пори (мезопори), макропори. Микропорите включват пори с радиус до 20 Å (1 Å = 10-10 m), те са съизмерими с размера на PC молекулите. Специфичната повърхност варира от няколкостотин до 2000 m2 / h.
Счита се, че междинните пори са с радиус от 20 до 1000-2000 Å; специфичната повърхност тук е от 10 до 500 m2 / h. Смята се, че мезопорите играят две роли: правилна адсорбция и транспорт (прехвърляне на молекули PA към микропори).
Макропорите (радиусът им надвишава 2000 Å) имат малка специфична повърхност (до няколко квадратни метра на грам). Основната им роля е транспорт: пренасяне на PC към микро- и мезопори.Най-често срещаните промишлени сорбенти включват: активен въглен (AC), силикагел и алумогел, зеолити, йонообменници.
По време на адсорбцията молекулите на газ или пара се концентрират върху повърхността на адсорбента под въздействието на молекулярните сили на привличане. Този процес често е придружен от химическо взаимодействие, както и от кондензация на пара в капилярните пори на твърдия адсорбент. Все още няма общоприета теория за адсорбцията. Според широко разпространеното схващане, адсорбцията възниква под действието на електрически сили поради взаимодействието на зарядите на молекулите на адсорбента и поставеното вещество. Според друга теория адсорбционните сили са химически по природа и тяхната природа се обяснява с наличието на свободни валентности на повърхността на адсорбента. Независимо от естеството на силите, причиняващи адсорбция, при достатъчно време на контакт между фазите възниква адсорбционно равновесие, при което се установява определена зависимост между концентрацията на адсорбираното вещество X (в kg / kg адсорбент) и неговата концентрация Y във фазата в контакт с адсорбента:
където Y е равновесната концентрация (kg/kg от инертната част на сместа или разтвора пара-газ);
A и n са коефициенти, определени емпирично, а n ³ 1.
Зависимостта (1) съответства на определена температура и се изобразява с крива, наречена адсорбционна изотерма.
Изотермите на адсорбция на някои вещества са показани на фиг. 1. Фиг. 1. Адсорбционни изотерми
(g при 20 °С):
1 - за етилов етер; 2 - за етилов алкохол; 3 за бензол.
Концентрацията на адсорбираното вещество в сместа при постоянна температура е пропорционална на нейното налягане. Следователно, уравнение (1) може да бъде представено като
където A1 е коефициентът на пропорционалност;
P е равновесното налягане на абсорбираното вещество в сместа пара-газ.
Основните фактори, влияещи върху протичането на адсорбционния процес са: свойства на адсорбента, температура, налягане, свойства на абсорбираните вещества и състава на фазата, от която са адсорбирани. Равновесната концентрация X намалява с повишаване на температурата и се увеличава с повишаване на налягането. По този начин адсорбцията се ускорява с понижаване на температурата или повишаване на налягането. Същите фактори влияят в обратна посока на процеса на десорбция, обикновено извършван след адсорбция. Десорбцията се ускорява с повишаване на температурата на адсорбента и намаляване на налягането над него, както и при преминаване на пари през адсорбента, измествайки абсорбираното вещество. Адсорбентите се характеризират със статична и динамична активност. След определен период на работа адсорбентът спира напълно да абсорбира извлечения компонент и компонентът започва да се "плъзга" през слоя на адсорбента. От този момент концентрацията на компонента в изходящата паро-газова смес се увеличава до настъпване на равновесие. Количеството вещество, абсорбирано от единица тегло (или обем) на адсорбента за времето от началото на адсорбцията до началото на "пробив", определя динамичната активност на адсорбента. Количеството на веществото, абсорбирано от същото количество адсорбент за времето от началото на адсорбцията до установяване на равновесие, характеризира статичната активност. Активността на адсорбента зависи от температурата на газа и концентрацията на абсорбирания компонент в него. Динамичната активност винаги е по-малко статична; следователно консумацията на адсорбента се определя от неговата динамична активност. Адсорбционните процеси се извършват периодично или непрекъснато. Ако адсорбентът се движи през апарата, адсорбцията протича непрекъснато и материалният баланс на процеса се изразява чрез уравнение (2), което е общо за всички процеси на масообмен. Адсорбцията в слой от стационарен адсорбент е периодичен процес, при който концентрацията на абсорбираното вещество в адсорбента се променя във времето и пространството. M = G (Y1-Y2) = L (X1-X2) (2) Да приемем, че газът (в количество G за единица време), преминавайки през слоя адсорбент с височина dH за време dt, се променя неговата концентрация със стойността dY и следователно дава количеството вещество G × dY × dt. През същото време концентрацията на абсорбираното вещество в елемента на слоя се увеличава с dx и количеството на абсорбираното вещество от слоя с височина dH е S × dH × r × dX, където S е площта на напречното сечение на адсорбента , r е обемната плътност на адсорбента. Тогава уравнението на материалния баланс ще има вида: - G × dY × dt = S × dH × r × dX (3) или
процес сорбцияе поглъщането от една среда - течно или твърдо тяло на други среди - вещества, газове или други течности. Веществото, което абсорбира околната среда - сорбент... Вещество, газ или течност, които се абсорбират от сорбента, се наричат сорбатили сорбтив.
Явлението сорбция се подразделя в зависимост от механизма на поглъщане на едни среди от други на адсорбция, абсорбция, хемосорбция и капилярна кондензация.
Адсорбцияи абсорбциясе различават по това как едно вещество е разпределено в друго. По време на абсорбцията, абсорбцията и разпределението на веществото се извършва в целия обем на течния абсорбент. По време на адсорбцията, твърд, течен или газообразен сорбат се натрупва на повърхността на адсорбента (на повърхността на твърдо вещество или течност).
- Различава се физическа адсорбция, при която натрупването на вещества върху повърхността на адсорбента възниква поради неспецифични междумолекулни сили, които не зависят от естеството на веществата.
- Хемосорбцията (или химическата адсорбция) е сорбционен процес, при който протичат химични трансформации между сорбента и абсорбираното вещество.
- Адсорбцията на вещества, разтворени в течност върху повърхността на твърд сорбент, се случва поради разликата в междумолекулните сили на границата. Когато се адсорбират, те се отделят два вида взаимодействие между молекулите:
- молекулите на разтвореното вещество взаимодействат с молекули или атоми на повърхността на адсорбента;
- молекулите на разтвореното вещество взаимодействат с вода по време на хидратация.
Статични и динамични понятия за сорбция
В статична сорбцияабсорбираното вещество под формата на газ или течност контактува или се смесва със стационарен сорбент. Статична сорбция се осъществява в оборудване със смесителни устройства.
В динамична сорбцияабсорбираната подвижна течна или газообразна фаза се пропуска през слоя на сорбента. Динамичната сорбция се осъществява в устройства с кипящ слой и филтри от различни видове.
В зависимост от вида на сорбцията може да се разграничи статичната и динамичната активност на сорбента. Статична сорбентна активносте количеството абсорбирано вещество на единица маса от сорбента в момента на достигане на равновесие. Условията, при които се постига равновесие, са постоянна температура на течността и начална концентрация на веществото.
Динамична активност на сорбентасе дефинира или като времето от началото на преминаването на абсорбираното вещество до неговото пробиване, тоест излизане извън слоя на сорбента, или като ограничаващо количество абсорбирано вещество за единица обем или маса на сорбента до пробива от абсорбираното вещество през слоя на сорбента.
При адсорбери от индустриален тип динамичната активност на сорбента е в диапазона 45-90% .
В реални условия сорбционните процеси протичат по динамичен тип, тъй като това е по-приемливо за автоматизацията на производствения процес и неговата непрекъснатост.
Връзката между количеството вещество, абсорбирано от сорбента, и веществото, останало в разтвора в момента на равновесие, се подчинява на закона за разпределение.
Характеристики, които влияят върху скоростта на процеса на адсорбция:
- концентрация на сорбат;
- естеството и химичната структура на разтвореното вещество;
- температура на водата;
- вид и свойства на адсорбента.
Процесът на адсорбция се състои от три етапа:
- прехвърлянето на веществата, съдържащи се в разтвора, към повърхността на адсорбентните зърна (към външната дифузионна област);
- процес на адсорбция;
- пренос на материята вътре в зърната на адсорбента (към интрадифузионната област).
Смята се, че адсорбцията протича с висока скорост и етапът на адсорбция не ограничава скоростта на процеса. Следователно външната или вътрешната дифузия се счита за ограничаващ етап. Възможно е да има случаи, когато процесът е ограничен от двата етапа на дифузия.
В областта на външната дифузия скоростта на пренос на масата на материята зависи от величината на турбулентността на потока, тоест от скоростта на потока на течността.
Интензивността на масопреноса в интрадифузионната област до голяма степен зависи от характеристиките на адсорбента - неговия вид, размер на порите, форма и размер на зърната, от размера на молекулите на абсорбираното вещество, от коефициента на масова проводимост.
Възможно е да се идентифицират условията, при които адсорбционното пречистване на отпадъчните води протича с оптимална скорост.
Хидродинамичният режим на адсорбция трябва да бъде ограничен в областта на вътрешната дифузия. Съпротивлението на интрадифузионната област намалява с избора на адсорбент с желаната структура и с намаляване на размера на неговите зърна.
Приблизителните параметри на скоростта и диаметъра на зърното на адсорбента се приемат за равни 1,8 м/чи d s = 2,5 mmсъответно. Ако диаметърът на зърното dz е по-малък от препоръчителния, процесът е ограничен в областта на външната дифузия, ако е по-голям, в зоната на интрадифузия.
Аргел
Адсорбция(от лат. ad - на, при и sorbeo - попивам), усвояване от К.-Л. вещества от газообразна среда или разтвор от повърхностния слой на течност или твърдо вещество. Например, ако парче въглища се постави във воден разтвор на оцетна киселина, тогава ще се появи А. - количеството киселина в разтвора ще намалее, киселинните молекули ще се концентрират върху повърхността на въглищата. А. и абсорбция -абсорбция в обема на тялото, се комбинират с общия термин сорбция.Феноменът на А. започва да се изучава през втората половина на 18 век. ( Шееле, 1773), въпреки че няма съмнение, че археологията се използва в практическата дейност на човечеството от незапомнени времена. Доктрината на А. е част от по-обща теория на многокомпонентните хетерогенни системи, чиито основи са положени от У. Гибс(1876 г.). Феноменът на А. е тясно свързан със специалните свойства на веществото в повърхностния слой. Например, молекулите, разположени на границата течност-пара, се изтеглят в течността, тъй като изпитват по-голямо привличане от молекулите в обема на течността, отколкото от страната на молекулите на парата, чиято концентрация е многократно по-малка от концентрацията на течността. Това вътрешно привличане кара повърхността да се свива и се определя количествено повърхностно напрежение.По същата причина молекулите на друго вещество, които са близо до повърхността, ще бъдат привлечени към него и А. След А. вътрешното привличане се компенсира частично от привличането от страната на адсорбционния слой и повърхностното напрежение намалява. Гибс изведе формула, свързваща стойността на A. с промяната в повърхностното напрежение. Тези вещества, които значително намаляват повърхностното напрежение, обикновено се наричат повърхностно активни вещества.
Веществото, на чиято повърхност се появява А., се нарича адсорбент, а абсорбираното от насипната фаза се нарича адсорбат. В зависимост от естеството на взаимодействието между молекулата на адсорбата и адсорбента, А. обикновено се подразделя на физически А. и хемосорбционни. По-малко издръжливият физически А. не е придружен от значителни промени в молекулите на адсорбата. Причинява се от силите на междумолекулното взаимодействие, които свързват молекулите в течности и някои кристали и се проявява в поведението на силно компресирани газове. По време на хемосорбцията адсорбатът и адсорбентните молекули образуват химични съединения. А. често се определя както от физически, така и от химични сили; следователно няма ясна граница между физиката на А. и хемосорбцията.
Физически адсорбираните молекули се движат повече или по-малко свободно по повърхността, докато техните свойства често са подобни на тези на много тънък слой газ, т.нар. двуизмерен газ. Те могат да се събират в групи, образувайки слой от двуизмерна течност или двуизмерно твърдо вещество. Адсорбираните молекули рано или късно напускат повърхността – те се десорбират. Времето, през което молекулата е на повърхността, се нарича време А. Времената А. могат да варират в много широки граници. Скоростта на A. (съответно скоростта на десорбция) е броят на молекулите, адсорбирани (или десорбирани) за единица време, като и двете стойности на количествата се отнасят за единица повърхност или маса на адсорбента. Скоростта на хемосорбция, както скоростта на всеки химичен процес, най-често се увеличава с повишаване на температурата (т.нар. активиран А., вж. Химиосорбция). Ако скоростите на А. и десорбция са равни една на друга, тогава се казва, че е установено адсорбционното равновесие. В състояние на равновесие броят на адсорбираните молекули остава постоянен за произволно дълго време, ако външните условия (налягане, температура и т.н.) остават непроменени.
Адсорбираните молекули не само се движат по повърхността на адсорбента, но и вибрират, понякога се приближават до повърхността, след което се отдалечават от нея. Колкото по-висока е температурата, толкова по-интензивно е вибрационното движение и следователно, толкова по-голяма е вероятността в процеса на такива вибрации връзката на молекулата с повърхността да бъде нарушена и молекулата да се десорбира. Поради това с повишаване на температурата времето на А. и равновесното количество на адсорбираните молекули намалява.
С увеличаване на концентрацията или налягането на адсорбата в обема, честотата на ударите на молекулите на адсорбата върху повърхността на адсорбента се увеличава; пропорционално на него се увеличава скоростта на А. и се увеличава равновесното количество на адсорбираните молекули. Кривите на зависимостта на равновесната А. от концентрацията или налягането на адсорбата при постоянна температура се наричат А. изотерми.
Ако адсорбатът покрива повърхността със слой с дебелина една молекула, А. се нарича мономолекулен. Най-простата изотерма на мономолекулната А. е права линия, излизаща от началото, където налягането на адсорбата е нанесено по оста на абсцисата R,а по оста на ординатата степента на запълване на повърхността , тоест частта от повърхността, покрита с адсорбирани молекули. Това е т.нар. изотерма на Хенри:
Коефициентът на пропорционалност k зависи главно от температурата и естеството на взаимодействието адсорбент - адсорбат.
Уравнението на Хенри е валидно при много ниски степени на запълване за хомогенна повърхност. С увеличаване на степента на запълване взаимодействието между адсорбираните молекули и интензивността на тяхната повърхностна подвижност започват да играят все по-важна роля. Ако молекулите на адсорбата се привличат една към друга, тогава всяка новоадсорбирана молекула ще изпита привличането както на адсорбата, така и на молекулите, адсорбирани преди това. Следователно, когато повърхността се запълни, силите, задържащи адсорбираната молекула, ще се увеличават и условията за А. ще бъдат все по-благоприятни. В този случай с повишаване на налягането изотермата се изкачва все по-стръмно (вж. крива 1 ). Въпреки това, тъй като повърхността е изпълнена с новоадсорбирани молекули, става все по-трудно да се намери свободно (незаето от други молекули адсорбат) място на повърхността. Следователно, с увеличаване на налягането, растежът на A. се забавя и степента на покритие клони към постоянна стойност, равна на единица (вж. крива 2 , което е характерно при липса на взаимно привличане на молекулите на адсорбата). Ако и двата фактора действат, тогава се получават вдлъбнато-изпъкнали изотерми (вж. крива 3 ).
Изпъкнали изотерми (вж. крива 2 ) често се описва с уравнението на Лангмюър
Тук а -- коефициент на адсорбция, подобен по физическо значение на константата на Хенри k . Уравнението на Лангмюр е валидно за мономолекулна А. върху хомогенна повърхност, ако привличането на молекулите на адсорбата една към друга и тяхната подвижност по повърхността могат да бъдат пренебрегнати.
При по-нататъшно повишаване на налягането се запълват вторият, третият и т.н. слоеве, т.е. полимолекулен А. Ако адсорбентът има тесни пори и е намокрен от адсорбата (вж. Намокряне), тогава в порите може да настъпи кондензация при налягания, по-ниски от налягането на наситените пари на адсорбата. Това явление се нарича капилярна кондензация.Повърхностно твърда адсорбентинай-често той е хетерогенен по отношение на адсорбционните свойства: някои повърхностни площи адсорбират по-добре, други по-лошо. При ниски налягания А. преобладава в най-активните области на повърхността, с увеличаване на налягането се запълват по-малко активните зони. Обаче, строго погледнато, А. се среща едновременно по цялата повърхност, а изотермата, получена в експеримента, е сумата от изотерми, всяка от които съответства на определен тип повърхност. Поради това експерименталните изотерми на мономолекулния А. могат да се различават значително от кривите.
Почти винаги процесът на алуминий е придружен от отделяне на топлина, което се нарича топлина на А. Въпреки че топлината на алуминия не е единственият фактор, който характеризира здравината на алуминия, обаче, по-често, отколкото не, толкова по-силен е алуминий, толкова по-голяма е неговата топлина. Топлината на хемосорбция обикновено е няколко десетки kcal / mol,топлината на физически А. рядко надвишава 10 kcal / mol(40 kJ / mol). При запълване на нехомогенната повърхност топлината на А. обикновено намалява. При преминаване към областта на полимолекулярния А., топлината на А. намалява до стойност, близка до топлината на кондензация на адсорбата.
А. играе важна роля в топлообмена между газообразни, течни и твърди тела. например, газовите молекули, адсорбиращи се върху гореща повърхност, придобиват енергия, съответстваща на температурата на повърхността, и след десорбция те предават тази енергия на други газови молекули, като я нагряват. Това не е единственият, но важен механизъм за пренос на топлина.
А. е един от решаващите фактори за стабилизирането на колоидни системи (вж. Дисперсни системи, Мицела, Коагулация) и един от най-важните етапи на реакциите в хетерогенни системи, по-специално в хетерогенната катализа (вж. Топохимични реакции, Катализа). В биологичните системи А. е първият етап на усвояване от субмикроскопични колоидни структури, органели, клетки и тъкани на различни вещества от околната среда; функционирането на биологичните мембрани, първите етапи на взаимодействие на ензимите със субстрата, защитните реакции срещу токсични вещества и процесите на абсорбция са свързани с А. Много адсорбенти (активен въглен, каолин, йонообменници и др.) служат като антидоти, абсорбират и отстраняват вредните вещества от тялото, които са попаднали в стомашно-чревния тракт. А. се използва за разделяне на газови и течни смеси, за сушене и почистване на газове и течности (например почистване на въздух в противогази). Едно от най-старите приложения на А. е пречистването на виното. В науката и техниката хроматографският метод за анализ придоби голямо значение, основаващ се на различната способност на компонентите на анализираната смес към А. (вж. Хроматография). А. се използва и за получаване и пречистване на биологично активни вещества – витамини, ензими, хормони, антибиотици и др.
При боядисване на тъкани печатарската индустрия се занимава с молекули на багрилото A.. При производството на полимери адсорбентите служат като пълнители. При вакуумната технология А. по стените на изпомпваното оборудване забавя скоростта на изпомпване и влошава вакуума, но от друга страна, действието на различни сорбционни помпи се основава на явлението А. В радиоелектронната индустрия, А. се използва за стабилизиране на електрическите свойства на полупроводникови устройства. Като цяло, във всички явления и процеси, при които свойствата на повърхността са от съществено значение, А. играе важна роля.
Абсорбция(лат. absorptio - поглъщане, от absorbeo - поглъщам), поглъщане на вещества от газова смес от течности. В технологията А. обикновено се използва за извличане на компонент от газова смес. Абсорбцията, или по-скоро извличането на всеки компонент от течност от течност, също се наричаше А.; сега този процес се нарича извличане.При А. абсорбентът абсорбира с целия си обем. Скоростта на А. зависи от това колко концентрацията на абсорбирания газ в газовата смес надвишава концентрацията на този компонент над разтвора. Ако концентрацията на компонента, който трябва да се разтвори в газовата смес, е по-малка от концентрацията му над течността, компонентът, който трябва да се разтвори, се освобождава от разтвора (вж. Десорбция). А. често се придружава от химично взаимодействие на абсорбираното вещество с абсорбера (вж. Химиосорбция). А. се подобрява с повишаване на налягането и понижаване на температурата.
Много важни промишлени процеси се основават на въглероден диоксид, например производството на азотна, солна и сярна киселини (абсорбция от водата на газообразен азотен диоксид, хлороводород и серен анхидрид), производството на сода (въглероден диоксид) и пречистване на промишлени отпадъчни газове от вредни примеси (сероводород, серен диоксид, въглероден оксид, въглероден диоксид и др.), извличане на въглеводородни газове и примеси (например т.нар. бензин, крекинг и пиролизни газове), както и отделяне на отделни въглеводороди. А. се извършва на абсорбционни инсталации, основният апарат в които е абсорбатор.
Сорбция(от лат. sorbeo - поглъщам), поглъщане от твърдо или течностно вещество от околната среда. Поглъщащото тяло се нарича сорбент,абсорбираното от него вещество е сорбат (или сорбтив). Разграничаване на абсорбцията на вещество от цялата маса на течен сорбент ( абсорбция); повърхностен слой твърд или течен сорбент ( адсорбция). Нарича се също абсорбцията на вещество от газообразна среда от цялата маса на твърдо вещество или стопилка оклузия. S., придружено от химично взаимодействие на сорбента с абсорбираното вещество, се нарича хемосорбция.При S. изпарения със силно порести тела, често има капилярна кондензация.При сорбционните процеси различни видове S. обикновено протичат едновременно. (За молбата на С. вж Повърхностни явления, йонен обмен, хроматография.) В биологичните системи важна роля играе S. (адсорбция) на определени вещества върху клетъчната повърхност и мембраните на вътреклетъчните структури, както и S. (абсорбция) от клетъчни органоиди и биополимерни молекули. Биологичните системи се характеризират с висока специфичност (селективност) на S., която се определя от особеностите на пространствената конфигурация на молекулите на сорбента. Тези макромолекулидействат като рецептори за съответния сорбат. Примери за С. са свързването на молекули СО2 от хлоропластите по време на фотосинтеза в растенията, аминокиселини - от еритроцитите, които ги пренасят в тъканните клетки, прикрепване на фаг към повърхността на чувствителните към него бактериални клетки и др.
Повърхностно напрежение,най-важната термодинамична характеристика на интерфейса между фазите (телата), дефинирана като работа на обратимо изотермично образуване на единична площ от тази повърхност. В случай на течен интерфейс P. n. също така е законно да се разглежда като сила, действаща на единица дължина на контура на повърхността и стремяща се да намали повърхността до минимум за даден обем фази. Що се отнася до лесно подвижни повърхности, и двете дефиниции са еквивалентни, но първото е за предпочитане, тъй като има по-ясно физическо значение. P. n. на границата на две кондензирани фази обикновено се нарича междуфазно напрежение. Работата по образуването на нова повърхност се изразходва за преодоляване на силите на междумолекулна адхезия ( сплотеност) по време на прехода на молекулите на материята от обема на тялото към повърхностен слой.Резултатът от междумолекулните сили в повърхностния слой не е равен на нула (както в обема на тялото) и е насочен към вътрешността на фазата с по-голяма кохезия. Така P. n. - мярка за некомпенсацията на междумолекулните сили в повърхностния (междинен) слой или, което е същото, излишък безплатна енергияв повърхностния слой в сравнение със свободната енергия в обемите на контактуващите фази. В съответствие с определенията на П. за н. изразява се в j/m 2 или n/m(ерг/см 2 или дин/см).
Благодарение на P. n. течността, при липса на външни сили, придобива формата на топка, съответстваща на минималната повърхност и следователно на най-малката стойност на свободната повърхностна енергия. P. n. не зависи от размера и формата на повърхността, ако обемите на фазите са достатъчно големи в сравнение с размерите на молекулите; при повишаване на температурата, както и под влияние повърхностноактивни веществанамалява. Металните стопилки имат най-високата концентрация на течности сред течностите, например в платината при 2000 ° C тя е равна на 1820 дин/см,за живак при 20°C - 484. разтопените соли са много по-малко - от няколко десетки до 200-300. P. n. вода при 20 ° C - 72,8, а повечето органични разтворители - в диапазона 20-60. P. е най-ниска при стайна температура. - под 10 - някои флуоровъглеродни течности имат.
В общия случай на многокомпонентни системи, в съответствие с термодинамичното уравнение на Гибс по време на адсорбция, промяната в P. n. където Г 1, Г 2, ... са повърхностните излишъци на компоненти 1, 2, ..., т.е. разликата между техните концентрации в повърхностния слой и обема на разтвора (или газа), a д? 1 , д? 2 ,... -- промени в химичните потенциали на съответните компоненти (знакът "минус" показва, че P. N при положителна адсорбция намалява). Разликата в P. n. чиста течност и течност, покрита с адсорбционен монослой се определя от повърхностно налягане.
На лесно подвижни граници течност - газ (пара) или течност - течност P. n. могат да бъдат директно измерени чрез много методи. Така че методите за определяне на P. на N са широко разпространени. от масата на капката, отделена от края на вертикалната тръба (сталагмометър); чрез стойността на максималното налягане, необходимо за изтласкване на газов балон в течността; под формата на капка (или балон), лежаща върху равна повърхност и др. Експериментално определяне на P. n. твърдите вещества са трудни поради факта, че техните молекули (или атоми) са лишени от възможността за свободно движение. Изключение е пластичният поток на метали при температури, близки до точката на топене. С оглед на анизотропиякристали П. н. различно на различните кристални лица. Концепциите на П. за н. и свободната повърхностна енергия за твърдите тела не са идентични. Дефекти на кристалната решетка, главно дислокация,ръбовете и върховете на кристалите, границите на зърната на поликристалните тела, които излизат на повърхността, допринасят за свободната повърхностна енергия. P. n. Твърдите вещества обикновено се определят индиректно, въз основа на междумолекулни и междуатомни взаимодействия. Размерът и промените на П. на N. поради много повърхностни явления,особено в диспергирани системи (вж Капилярни явления),
хемосорбция,химическа сорбция, поглъщане на вещества от околната среда от течност или твърдо вещество, придружено от образуване на химични съединения. В по-тесен смисъл, хромът се разглежда като химическа абсорбция на материята от повърхността на твърдо вещество, т.е. като химикал адсорбция... Хромозомата произвежда значително количество топлина: обикновено топлината на охладителите е в диапазона 84-126 kJ / mol (20--30 kcal / mol), а в някои случаи, например, с кислород X. върху метали, може да надвиши 420 kJ / mol (100 kcal / mol). Подобно на химичните реакции, хроматографията изисква, като правило, значителна енергия на активиране. Следователно с повишаване на температурата хромът се ускорява (т.нар. активирана адсорбция). Хроматографията е селективна, тоест зависи от химическия афинитет на адсорбираното вещество към повърхността на твърдото вещество. За изследване на хронологията се използват физически методи: спектроскопия, електронен парамагнитен и ядрено-магнитен резонанс, електронни и йонни проектори, дифракция на бавни електрони и др. Хромозомата играе важна роля в хетерогенната катализа, пречистването на газ, вакуумната технология и др.
намокряне,явление, което възниква, когато течност влезе в контакт с повърхността на твърдо вещество или друга течност. Изразява се по-специално в разпръскването на течност върху твърда повърхност в контакт с газ (пара) или друга течност, импрегнирането на порести тела и прахове и изкривяването на повърхността на течността при повърхността на твърдо вещество . Така че, S. причинява образуването на сферичен менискусв капилярна тръба, определя формата на капка върху твърда повърхност или формата на газов мехур, прилепнал към повърхността на тяло, потопено в течност. С. често се разглежда като резултат от междумолекулно (ван дер Ваалс) взаимодействие в контактната зона на три фази (тела, среда). Въпреки това, в много случаи, например, когато течните метали влизат в контакт с твърди метали, оксиди, диамант, графит и сяра, това се причинява не толкова от междумолекулно взаимодействие, колкото от образуването на химични съединения, твърди и течни разтвори, и дифузионни процеси в повърхностния слой на намокреното тяло. Топлинният ефект, който съпътства контакта на течност с намокрена повърхност, се нарича топлина на намокряне.
Мярката за C. обикновено е контактният ъгъл между намокрената повърхност и повърхността на течността по периметъра на C. ( ориз. 1). Ъгълът се измерва от страната на течността. Със статичен (равновесен) S. се свързва с повърхностно напрежениетечност, повърхностно напрежение на твърдо вещество и повърхностно напрежение на границата твърдо вещество-течност по уравнението на Йънг. Ъгълът е изчислен лиофилности лиофобностповърхности по отношение на различни течности. По лиофилната повърхност течността се разпространява, тоест има частична (0 °< _< 90°) или полное С; на лиофобной -- растекания не происходит (_>90 °) (вж. ориз. 2). Ъгълът на контакт зависи от съотношението на силите на сцепление на течните молекули с молекулите или атомите на намокреното тяло ( адхезия)
и силите на сцепление на течните молекули една към друга ( сплотеност).
Обратимата работа на сцеплението и сцеплението се изчислява, съответно, според уравненията и с увеличаване на съотношението W a
S. е важен в природата, промишлените технологии и ежедневието. Добрият S. е необходим за боядисване и пране (вж. Детергентно действие), обработка на фотографски материали, нанасяне на бояджийски и лакови покрития, импрегниране на влакнести материали, лепене, запояване, сливане и др. хидрофобни покрития,хидроизолационни материали и пр. В някои случаи, например, когато флотацияи емулгиране с твърди емулгатори, е необходимо да се поддържат контактните ъгли в определен диапазон от стойности. S. играе основна роля в металургичните процеси, при диспергирането на твърди вещества в течна среда. Влияе върху разпространението на подпочвените води, почвената влага, различни биологични и други природни процеси. П.А. Rebinder,А. Н. Фрумкин,Б. В. Дерягини т.н
Капилярна кондензация,кондензация на пара в капиляри и микропукнатини на порести тела или в пространствата между близко разположени твърди частици. Необходимо условие за К. к. Ис намокрянетелесна повърхностна течност (частици). К. до. Започва с адсорбцияпарни молекули на повърхността на кондензация и образуване на менискуси на течността. С вдлъбнатата форма на менискусите, налягането на наситените пари над тях, съгл уравнение на Келвин, по-ниско от налягането на наситената пара стр o върху равна повърхност. В резултат на това К. до. възниква при по-ниско налягане на парите от налягането на насищане стро . Обемът на течността, кондензиран в порите, достига граничната стойност при външно парно налягане p = pО . В този случай интерфейсът течност - газ има нулева кривина (равнината катеноид), Сложната капилярна структура на поресто тяло може да причини капилярен хистерезис - зависимостта на количеството течност, кондензирана в порите, не само от налягането на парите, но и от историята на процеса, тоест от това как е постигнато това състояние: по време на кондензация или по време на изпаряване на течността, K. to. увеличава абсорбцията ( сорбция) пара от порести тела, особено близо до точката на насищане с пара. To. To. Използва се в промишлеността за улавяне на течности от фино порести тела ( сорбенти). K. играе важна роля в процесите на сушене, задържане на влага от почви, конструкции и други порести материали (вж. Капилярни явления).
дисперсни системи,образувания от две или повече фази (тела) със силно развит интерфейс между тях. В Д. с. поне една от фазите - дисперсната фаза - се разпределя под формата на малки частици (кристали, нишки, филми или пластини, капки, мехурчета) в друга, непрекъсната, фаза - дисперсионната среда. Д. с. по основна характеристика - размер на частиците или (който е същият) дисперсия(определя се от съотношението на общата повърхност на повърхността към обема на дисперсната фаза) - се разделят на грубо (ниско) диспергирано и фино (високо) дисперсно, или колоидни системи(колоиди). В грубо дисперсните системи частиците са с размер 10 -4 сми по-горе, в колоиден - от 10 -4 -10 -5 до 10 -7 см... Според състоянието на агрегиране на дисперсионната среда се разграничават газодисперсните системи - аерозоли(мъгли, дим), прах; диспергирана течност - солове, суспензии, емулсии, пяна; твърдо-диспергирани - стъклени или кристални тела с включвания на най-малките твърди частици, течни капчици или газови мехурчета (виж таблицата). Прах, суспензии, лиофобни емулсии (вж. Лиофилни и лиофобни колоиди) - грубо диспергирани системи; като правило (при наличие на разлика в плътността) те са седиментационно нестабилни, тоест техните частици се утаяват под действието на гравитацията или изплуват нагоре. Солите са типични високодисперсни колоидни системи, частиците на дисперсната фаза на които ( мицели) участват в Брауново движениеи следователно стабилен на утаяване. Течните и твърдите пяни, състоящи се от газови балонни клетки, разделени от тънки слоеве от непрекъсната фаза, представляват специална група от структурирани клетъчни системи (виж по-долу).
Лиофилната и лиофобната Д. се разграничават според интензивността на молекулярното взаимодействие на фазите. В лиофилните системи молекулярното взаимодействие между фазите е достатъчно голямо и специфичната свободна повърхностна енергия ( повърхностно напрежение) в интерфейса е много малък. Лиофилните системи се образуват спонтанно (спонтанно) и имат изключително висока дисперсия. В лиофобните системи взаимодействието между молекули от различни фази е много по-слабо, отколкото в случая на лиофилните системи; повърхностното повърхностно напрежение е високо, в резултат на което системата има тенденция спонтанно да увеличава частиците на дисперсната фаза (вж. Коагулацияи Коалесценция). Предпоставка за наличието на лиофобна Д. на с. - наличието на стабилизатори, вещества, които се адсорбират на границата и образуват защитни слоеве, които предотвратяват приближаването на частиците от дисперсната фаза.
Д. с. могат да бъдат безструктурни (свободно диспергирани) и структурирани (свързано-диспергирани). Структуриран Д. с. са пронизани от мрежеста рамка, направена от взаимосвързани частици (капки, мехурчета) от дисперсната фаза, в резултат на което имат някои механични свойства на твърди вещества (за повече подробности вж. Дисперсна структура, гелове). Характерна особеност на Д. с. - висока свободна енергия в резултат на силно развит интерфейс; следователно Д. с. обикновено (с изключение на лиофилните D. на страница) са термодинамично нестабилни. Те имат повишена адсорбционна способност, химическа и понякога биологична активност. Д. с. - основен обект на изследване колоидна химия.
Д. с. широко разпространени в природата, технологиите и ежедневието. Примери за Д. с. могат да служат като скали, почви, почви, димове, облаци, валежи, растителни и животински тъкани; строителни материали, бои, перилни препарати, влакнести продукти, основни хранителни продукти и много други.
