Adsorbţie forta motrice
Substanțe de la suprafață.
adsorbție fizică. Stratul adsorbit este conectat la suprafață prin legături interatomice slabe, de exemplu, forțele van der Waals. Căldura de adsorbție fizică, de regulă, este mică și rareori depășește câteva zeci de kJ/mol (aproximativ 40 kJ/mol). Procesul de adsorbție fizică este reversibil, aparține celor neactivate, decurge foarte repede, de îndată ce moleculele de adsorbat se află pe suprafața unui solid sau corp lichid. Cel mai adesea, adsorbția fizică este asociată cu interacțiunea suprafeței cu faza gazoasă. Cantitatea de gaz adsorbit scade odată cu scăderea presiunii și creșterea temperaturii.
| , | (2.4) |
la R
R
(A) si temperatura ( b) (explicații în text)
| , | (2.5) |
Unde A laîn ecuația (2.5).
Procesul de adsorbție este aproape întotdeauna însoțit de eliberarea de căldură, care se numește căldură de adsorbție. Rezistența stratului de adsorbție este proporțională cu căldura de adsorbție.
În figura 2.1, b
Adsorbția chimică. Chimisorbția este procesul de absorbție de către suprafața unui lichid sau solid a substanțelor din mediu inconjuratorînsoţită de educaţie compuși chimici. Eliberat în timpul chimisorbției cantitate semnificativă căldură. Căldura de chimisorbție este de obicei în intervalul 80-125 kJ/mol. Interacțiunea oxigenului cu metalele (oxidarea) dă valori termice semnificativ mai mari, ajungând la 400 kJ/mol.
VEZI MAI MULT:
Adsorbția în chimie
Introducere
Adsorbția este procesul de absorbție a unei substanțe dintr-un amestec de gaze, vapori sau soluții de către suprafața sau volumul porilor unui corp solid - un adsorbant.
Fenomenul de adsorbție este cunoscut de foarte mult timp. Materialele naturale precum nisipul și solul au fost folosite pentru purificarea apei încă de la începuturile societății umane. LA sfârşitul XVIII-lea secolul K. Scheele și în același timp Fontana au descoperit capacitatea cărbunelui proaspăt calcinat de a absorbi diferite gaze în volume de câteva ori mai mari decât propriul său volum. Curând a devenit clar că cantitatea de volum absorbită depinde de tipul de cărbune și de natura gazului. ACESTEA. Lovitz în 1785 a descoperit fenomenul de adsorbție a carbonului într-un mediu lichid, l-a studiat în detaliu și a sugerat utilizarea cărbunelui pentru purificarea produselor farmaceutice, alcoolului, vinului, compusi organici. Lovitz a arătat asta cărbune capabil să purifice rapid apa stricat și să o facă potabilă. Și acum principalul principiu de funcționare al filtrelor de apă sunt materialele de carbon, desigur, mai moderne decât cărbunii naturali. Adsorbția substanțelor toxice din aer a fost folosită de N.D. Zelinsky când a creat o mască de gaz în timpul Primului Război Mondial.
Adsorbția gazelor pe suprafețe solide este utilizată în unele industrii Industria alimentară, și anume ulei și grăsimi (de exemplu, în producția de margarină) și fermentație (de exemplu, în producția de drojdie) pentru curățarea fluxurilor de gaze de proces pentru a preveni emisiile de substanțe nocive în atmosferă. Absorbția vaporilor de apă are loc pe substanțe poroase care acționează ca un adsorbant solid. Procese similare se observă în legătură cu zahăr, sare și biscuiți.
Adsorbția, tipurile sale
Metoda de control al adsorbției compozitia gazelor depozitarea produselor perisabile permite de mai multe ori reducerea pierderilor și creșterea termenului de valabilitate. Adsorbția diferiților acizi alimentari, în special citric, reduce tensiunea superficială a majorității bauturi nealcoolice. Adsorbția substanțelor la interfața lichid-gaz contribuie la stabilitatea spumei. Un proces similar are loc în industria fermentației în producția de drojdie și a altor intermediari. Întărirea umezirii diferitelor suprafețe cu apă este utilizată pe scară largă în industrie ca proces de însoțire în spălarea echipamentelor, pregătirea materiilor prime, prelucrarea semifabricatelor etc. Adsorbția la interfața solid-lichid este utilizată pe scară largă în purificarea lichidelor (de exemplu, suc de difuzie în producția de zahăr, uleiuri vegetaleși sucuri) din impurități.
Dezvoltarea teoriei forțelor de adsorbție nu a ajuns încă într-un asemenea stadiu în care, din proprietățile fizico-chimice cunoscute ale unui gaz și ale unui solid, ar fi posibil să se calculeze izoterma de adsorbție fără a efectua studii experimentale. Prin urmare, încercările de a descrie izotermele experimentale folosind diverse ecuații teoretice, care corespund anumitor modele de adsorbție, sunt dedicate unui număr mare de lucrări. Dacă ecuația teoretică a izotermei de adsorbție reproduce bine datele experimentale, atunci este posibil să se calculeze valorile necunoscute ale adsorbției în diferite condiții (p și T) și să se determine diferiți parametri geometrici ai solidelor. Să luăm în considerare doar câteva, cele mai comune ecuații teoretice ale izotermelor de adsorbție.
Împărtășește binele 😉
ADORBIREA ÎN PRODUCȚIA ALIMENTARĂ
Procesul de absorbție a unuia sau mai multor componente dintr-un amestec de gaze, vapori sau soluții lichide de către suprafața unei substanțe solide - un adsorbant se numește adsorbție. Procesul de adsorbție, ca și procesul de absorbție, este selectiv, adică numai anumite componente sunt absorbite din amestec. Ca și în absorbție, substanța absorbită poate fi eliberată din adsorbant, de exemplu, prin încălzire. Acest proces de regenerare - reînnoire a absorbantului se numește desorbție.
Procesele de absorbție și adsorbție sunt similare în exterior. Diferența dintre ele constă în faptul că într-un caz substanța este absorbită de întregul volum al lichidului, iar în celălalt - numai de suprafața absorbantului solid - adsorbant.
În industria alimentară, adsorbția este utilizată în purificarea amestecurilor apă-alcool din industria băuturilor alcoolice, în purificarea și stabilizarea vinurilor, sucurilor și altor băuturi. În producția de sfeclă de zahăr, adsorbția asigură purificarea principală a sucului de difuzie în procesul de saturare a acestuia, precum și decolorarea. siropuri de zaharînainte de cristalizare.
Echilibru în adsorbție
Cantitatea de substanță absorbită de adsorbant depinde de concentrația substanței absorbite în vapori amestec de gaze sau soluție, precum și temperatura la care se desfășoară procesul. Condiții de echilibru pentru adsorbție
Liniile de echilibru corespunzătoare ecuațiilor (7.75) și (7.76) se numesc izoterme de sorbție. Izotermele de sorbție (Fig. 26) sunt construite conform datelor experimentale. Natura curbei izotermei de sorbție depinde de mulți factori, inclusiv suprafața specifică a adsorbantului, volumul porilor, structura și distribuția porilor, proprietățile substanței adsorbite și, desigur, temperatura.
Forța motrice a procesului de adsorbție este definită ca diferența dintre concentrațiile de lucru și de echilibru ale substanței absorbite în fazele vapori-gaz sau lichide.
Linia de lucru pentru procesele continue de adsorbție corespunde ecuației (7.6).
În procesul de adsorbție, se eliberează căldură, ceea ce duce la creșterea temperaturii în sistem și la o scădere a activității adsorbantului. Prin urmare, pentru a menține viteza de proces în adsorbantele industriale, adsorbantul este răcit.
Adsorbanți
Cantitatea de substanță absorbită depinde de suprafața absorbantului. Prin urmare, adsorbanții au o suprafață extrem de dezvoltată, ceea ce se realizează datorită formării un numar mare porii într-un solid.
Cărbune activ. Este cel mai utilizat adsorbant. Se obține prin distilarea uscată a lemnului, urmată de activare - calcinare la o temperatură de aproximativ 900 ° C. Suprafața totală a 1 g de cărbune activ este de 600 ... 1700 m2. Cărbunele activat se obține și din oase de animale și din alte materiale carbonice. Dimensiunile bucăților de cărbune activ, în funcție de marcă, variază de la 1 la 5 mm. Cărbunele activ absoarbe vaporii mai bine materie organică decât vaporii de apă. Dezavantajele cărbunelui activ sunt rezistența mecanică scăzută și inflamabilitatea lor.
geluri de silice. Acest adsorbant se obține prin deshidratarea gelului de acid silicic prin tratarea silicatului de sodiu (sticlă lichidă) cu acizi minerali sau soluții acide ale sărurilor acestora. Dimensiunea granulelor de silicagel variază de la 0,2 la 7 mm.
Suprafața totală a 1 g de silicagel este de 400…770 m2. Gelurile de silice absorb eficient vaporii de substanțe organice, precum și umiditatea din aer și gaze. Prin urmare, granulele de silicagel sunt uneori folosite în ambalaj pentru depozitarea dispozitivelor și materialelor cărora le este frică de umiditate. Spre deosebire de carbonul activat, silicagelul este neinflamabil și are o rezistență mecanică ridicată.
Zeoliți. Aceștia sunt aluminosilicați apoși poroși ai cationilor elementelor din primul și al doilea grup din Tabelul periodic al lui D. I. Mendeleev. Se găsesc în natură și sunt exploatate în carieră. În industrie se folosesc mai des zeoliții sintetici, care au o structură foarte omogenă, cu dimensiuni ale porilor care pot fi comparate cu dimensiunile moleculelor mari. Prin urmare, zeoliții au proprietățile membranelor de microfiltrare.
Zeoliții au o capacitate mare de absorbție a apei și, prin urmare, sunt utilizați pentru uscarea profundă a gazelor și a aerului cu un conținut scăzut de umiditate. Granulele de zeoliți industriali au de obicei dimensiuni de la 2 la 5 mm.
ioniți. Aceștia sunt adsorbanți naturali și artificiali, a căror acțiune se bazează pe interacțiunea chimică cu soluțiile care sunt curățate. Procesele care folosesc schimbători de ioni trebuie atribuite chimiosorbției - adsorbție însoțită de reacții chimice. Schimbătoare de ioni care conțin acid grupuri active iar anionii mobili care se schimbă cu o soluție de electrolit se numesc schimbători de anioni. Schimbătoarele de ioni care conțin grupe active de bază și schimbători de cationi mobili se numesc schimbătoare de cationi. Există un grup de schimbători de ioni amorfi capabili de schimburi anionice și cationice simultan. Cel mai răspânditîn industrie s-au obţinut răşini schimbătoare de ioni. Astfel, în industria rafinăriilor de zahăr, siropurile sunt decolorate folosind rășini schimbătoare de ioni. Rășinile sunt folosite și în unele cazuri în tratarea apei. Progresele recente în domeniul sintezei schimbătoarelor de ioni ne permit să sperăm în utilizarea cu succes a acestora în tehnologii netradiționale, de exemplu, în producția de alcool rectificat din alcool brut.
Ca adsorbanți naturali în industria alimentară, de exemplu, pentru limpezirea vinurilor, se folosesc argile fine: bentonită, diatomit, caolin. În același scop, se utilizează clei de pește (gelatina) și alte substanțe.
Calculul adsorbanților
Procedura de calcul a absorbanților este similară cu procedura de calcul a absorbanților. Și numai o suprafață fixă de transfer de masă, care este ușor de determinat, face posibilă utilizarea unor ecuații cinetice și calcularea mai precisă a dimensiunilor necesare ale aparatului fără a recurge la determinarea numărului de pași de schimbare a concentrației.
echilibrul material. Ecuația bilanțului materialului pentru procesul de adsorbție corespunde ecuației (7.3):
Cinetica procesului de adsorbție. Procesul de absorbție a unei substanțe în timpul adsorbției în caz general este descrisă de ecuația de criteriu pentru sistemele cu fază solidă:
Cantitatea de căldură eliberată în timpul adsorbției. căldura specifică adsorbția g (J/mol) este de obicei determinată empiric și este dată în cărțile de referință pentru diferite substanțe. În absența datelor experimentale, puteți utiliza următoarea ecuație:
Adsorbția fizică și chimică
Adsorbţie- absorbtia substantelor din solutii sau gaze de catre stratul superficial al unui solid sau lichid. forta motrice proces este prezența la suprafață a unor forțe necompensate de interacțiune interatomică, datorită cărora sunt atrase moleculele substanței adsorbite, adsorbatul. Nu există doar o scădere a energiei de suprafață, ci și formarea unui film de compoziție diferită pe suprafață.
Starea termodinamică a unei suprafețe curate atomic contribuie la fluxul activ al procesului de adsorbție. Se știe că o suprafață metalică curată conține aproximativ 105 locuri de adsorbție pe 1 cm2.
Distingeți între adsorbția fizică și cea chimică substanțe de la suprafață. Sunt posibile și tipuri intermediare de interacțiuni la granița de fază.
adsorbție fizică. Stratul adsorbit este conectat la suprafață prin legături interatomice slabe, de exemplu, forțele van der Waals. Căldura de adsorbție fizică, de regulă, este mică și rareori depășește câteva zeci de kJ/mol (aproximativ 40 kJ/mol).
Procesul de adsorbție fizică este reversibil, aparține celor neactivate, decurge foarte repede de îndată ce moleculele de adsorbat se află pe suprafața unui corp solid sau lichid. Cel mai adesea, adsorbția fizică este asociată cu interacțiunea suprafeței cu faza gazoasă. Cantitatea de gaz adsorbit scade odată cu scăderea presiunii și creșterea temperaturii.
Cele mai simple ecuații pentru adsorbția monomoleculară au fost propuse de Henry și Langmu rom. Ecuația lui Henry (așa-numita izotermă a lui Henry)
| , | (2.4) |
unde Θ este gradul de umplere a suprafeței adsorbante omogene cu molecule de adsorbat, la- coeficient de proporționalitate, în funcție în principal de temperatură și de natura interacțiunii adsorbantului cu adsorbantul, R este presiunea, valabilă la grade Θ foarte mici de umplere a suprafeţei omogene a adsorbantului cu molecule de adsorbat.
Izoterma Henry este o linie dreaptă 1 (Figura 2.1, a). Odată cu creșterea presiunii R creșterea stratului monomolecular adsorbit încetinește. Molecula de adsorbat întâmpină dificultăți de fixare pe spațiul încă neocupat al suprafeței adsorbantului.
Figura 2.1 - Dependența modificării cantității de substanță adsorbită de presiune (A) si temperatura ( b) (explicații în text)
Izoterma capătă un caracter convex 2, iar valoarea lui v tinde spre unitate (vezi Figura 2.1, a). Izotermele convexe sunt descrise de ecuația Langmuir
| , | (2.5) |
Unde A este coeficientul de adsorbție, similar în sens fizic cu constanta laîn ecuația (2.5).
Trebuie remarcat faptul că ecuația Langmuir este valabilă numai pentru adsorbția monomoleculară pe o suprafață omogenă; posibilitatea de atragere a moleculelor de adsorbat între ele și mobilitatea lor de-a lungul suprafeței adsorbante este neglijată. Cu o creștere suplimentară a presiunii adsorbatului, al doilea, al treilea și alte straturi sunt umplute. Procesul se transformă în aderență polimoleculară.
Suprafața adsorbanților solizi este în general neomogenă. Unele zone sunt favorabile pentru adsorbție, în timp ce altele sunt invers. Odată cu creșterea presiunii adsorbatului, adsorbția polimoleculară are loc simultan pe întreaga suprafață cu grade diferite intensitate.
Procesul de adsorbție este aproape întotdeauna însoțit de eliberarea de căldură, care se numește căldură de adsorbție.
Rezistența stratului de adsorbție este proporțională cu căldura de adsorbție. La trecerea la adsorbția polimoleculară, căldura de adsorbție se apropie de căldura de condensare a adsorbatului.
Condițiile de temperatură au o mare influență asupra cursului procesului de adsorbție fizică. Mobilitatea ridicată a moleculelor de la suprafață odată cu creșterea temperaturii duce la desorbția stratului format. O creștere suplimentară a temperaturii poate transforma adsorbția fizică în chimisorbție chimică, care are legături mai puternice.
În figura 2.1, b este dată dependenţa calitativă a adsorbţiei unui mediu gazos de temperatura la presiune constantă. La temperaturi scăzute izobara 1 descrie adsorbția fizică. Când se atinge o anumită temperatură, procesul de tranziție a adsorbției fizice la chimisorbție este posibil. Substanța adsorbită crește (curba 2). Când întreaga suprafață este umplută cu un adsorbat, cantitatea de substanță adsorbită începe din nou să scadă (curba 3). Adsorbția în regiunea 1 este reversibilă, în timp ce în regiunea 2 este ireversibilă. În cazul răcirii sistemului, procesul se deplasează din zona 3 în zona 4.
Legăturile interatomice slabe de pe suprafață în timpul adsorbției fizice sunt aparent capabile într-o mică măsură să echilibreze legăturile necompensate ale atomilor de suprafață. În consecință, nu trebuie să ne așteptăm la o scădere semnificativă a nivelului de energie de suprafață liberă. La pregătirea suprafeței produselor pentru acoperire, trebuie să țineți cont de legăturile slabe ale substanțelor adsorbite fizic (solide, lichide și gazoase).
Adsorbția chimică. Chimisorbția este un proces de absorbție de către suprafața unui corp lichid sau solid a unor substanțe din mediu, însoțit de formarea de compuși chimici. În timpul chimisorbției, se eliberează o cantitate semnificativă de căldură. Căldura de chimisorbție este de obicei în intervalul 80-125 kJ/mol.
Adsorbția fizică și chimică
Interacțiunea oxigenului cu metalele (oxidarea) dă valori termice semnificativ mai mari, ajungând la 400 kJ/mol.
Ca reacții chimice chimisorbția necesită o energie de activare semnificativă pentru a continua. Prin urmare, pe măsură ce temperatura crește, procesul de chimisorbție se accelerează. Are loc așa-numita adsorbție activată. Chemisorbția se referă la procese selective și depinde de afinitatea chimică a absorbantului și a adsorbatului, care, împreună cu temperatura, determină viteza reacției. De exemplu, atunci când gazele interacționează cu metale pure sau suprafețe asemănătoare metalelor, se observă o chemisorbție excepțional de rapidă, care este asociată cu o slabă saturație a atomilor de suprafață cu legături. Chemisorbția are loc la energii minime de activare. Chimisorbția pe suprafețele solide depinde de orientarea cristalografică a boabelor, de prezența diferitelor defecte etc. Chimisorbția începe în zonele cele mai active ale suprafeței. Este în general acceptat că chimisorbția are loc până când întreaga suprafață este acoperită cu un strat de adsorbat monomolecular. În comparație cu adsorbția fizică, chimisorbția este sensibilă la presiunea ambientală.
Prezența filmelor chimisorbite pe suprafață echilibrează în mare măsură legăturile atârnând necompensate ale atomilor de suprafață. Energia de suprafață ajunge atunci valori minime care trebuie luate în considerare la pregătirea suprafețelor pentru acoperire. Pentru a elimina compușii de suprafață chimisorbiți (contaminanți), sunt necesare impacturi energetice semnificative.
VEZI MAI MULT:
CONTRAINDICAȚII LA UTILIZAREA ADORBENTILOR
Orice medicamente trebuie luate la recomandarea medicului și urmând instrucțiunile! Principala contraindicație pentru administrarea de adsorbanți pentru intestine este intoleranța lor individuală. Preparatele de cărbune activat nu sunt recomandate pentru utilizare în sângerări gastrice, leziuni ulcerative ale tractului gastrointestinal etc.; preparate cu lignină - cu încălcarea metabolismului carbohidraților, gastrită anacidă, tendința la constipație. Trebuie avut în vedere faptul că atunci când luați agenți adsorbanți pe cale orală, eficacitatea altor medicamente poate scădea. medicamente luate cu ei în același timp. Prin urmare, este important să se facă un interval între administrarea de adsorbanți și alte medicamente.
Curățare prin sorbție
NEOSMECTIN® – ADORBENT DE NOUĂ GENERAȚIE
Medicamentul modern Neosmectin® ajută la eliminarea diareei de diverse origini, flatulență, arsuri la stomac, balonare și greutate în abdomen. Neosmectin® acționează în două direcții.
PROMOVEAZĂ ELIMINAREA FACTORILOR CARE PROVOCĂ TULBURĂRI DIGESTIVE
Microflora patogenă, gazele intestinale, toxinele sunt uneori cauza indigestiei. Neosmectin® le absoarbe, facilitând eliminarea lor din organism. Astfel, medicamentul ajută la eliminarea nu a simptomelor, ci a factorilor înșiși care pot provoca probleme digestive.
protejează mucoasa tractului gastro-intestinal
Neosmectin® stabilizează bariera mucoasei a tractului gastrointestinal, creând o peliculă protectoare pe suprafața sa, care protejează mucoasa de deteriorarea de către agenți patogeni și îi permite să se recupereze mai rapid.
38. Sorpția și tipurile sale: absorbție, adsorbție. coeficient de absorbție. Adsorbție specifică. Ecuația Langmuir, aproximarea sa liniară.
Sorpția este procesul de absorbție spontană de către un solid sau lichid a unor substanțe din mediu; proces eterogen care are loc la limita de fază (TV - gaz, L - gaz, L - L). Substanța care absoarbe se numește sorbent, substanța absorbită se numește sorbat. În cele mai multe cazuri, sorbția este un proces invers: împreună cu absorbția unei substanțe, are loc procesul invers al desorbției sale a sorbantului în mediu.
Sorbent + sorbat ↔(sorbție, desorbție) complex de sorbție
În timpul sorbției unei substanțe se stabilește un echilibru în timp, care corespunde egalității ratelor de sorbție și desorbție. Echilibrul realizat cantitativ este caracterizat de constanta de echilibru de sorbție. Sorpția, care este însoțită de difuzia unei substanțe adânc în sorbent, se numește absorbție, iar sorbția, care este însoțită de concentrația unei substanțe pe suprafața sorbentului, se numește adsorbție.
Absorbția joacă rol importantîn metabolism, în special în schimbul de gaze cu substanța cenușie din jur. Faza lichidă acționează ca un sorbent, în care gazele sunt dizolvate sau o substanță este redistribuită între două lichide nemiscibile. Echilibrul de absorbție este caracterizat printr-o constantă de distribuție, unde C 1 și C 2 corespund constantei substanței în absorbant și în mediu.
Distribuția K \u003d C 1 / C 2
Valoarea lui K distanță depinde de natura fazelor de contact și de temperatură. În general, se respectă regula: asemănător se dizolvă în similar, adică substanțele polare se vor dizolva mai bine în solvenți polari, iar substanțele nepolare în cei nepolari (HCI; NH 3 - se dizolvă foarte bine în apă, oxigenul nepolar se dizolvă godeu în perfluorodecalină C10F22, J2 în CCI4). Dacă K dist este mult mai mare decât 1, atunci substanța absorbită trece predominant în absorbant; dacă este mult mai mică de 1, atunci practic nu este sorbită. Dacă substanța extrasă este un gaz, atunci absorbția sa este însoțită de o scădere bruscă a volumului sistemului, ceea ce, în conformitate cu principiul Le Chatelier, înseamnă: solubilitatea gazelor crește odată cu creșterea presiunii parțiale (legea lui Henry)
C \u003d KgP (x)
Kg este constanta lui Henry (constanta de echilibru a absorbtiei); C este concentrația gazului în lichid (mol/l); P este presiunea parțială a gazului x.
O creștere a solubilității gazelor cu creșterea presiunii explică boala de decompresie a scafandrilor și piloților, care se observă atunci când o persoană se mută dintr-o zonă de înaltă presiune într-o zonă de joasă presiune. Cantitativ, absorbția gazelor lichide se caracterizează printr-un coeficient de absorbție - volumul de gaze care, în condiții standard, poate fi absorbit de un volum de lichid. Dacă absorbția este însoțită de interacțiune chimică cu solventul, atunci coeficientul de absorbție crește brusc, azotul - 0,024 - 24 ml de azot se dizolvă în 1 litru de apă, oxigen - 0,05, SO 2 - 80, HCI - 500, NH 3 - 1300 Odată cu chimisorbția, compoziția chimică a absorbantului se va modifica brusc (când SO 2 și NO 2 sunt dizolvate în apă, aciditatea mediului crește). 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 -
Când amoniacul se dizolvă, alcalinitatea soluțiilor crește.
NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 OH ↔ OH - + NH 4 +
În prezența electroliților, solubilitatea gazelor în lichide scade brusc (sărare - legea lui Sechenov)
Adsorbția: spre deosebire de absorbție, adsorbția este asociată cu absorbția unei substanțe la interfața fazelor de contact. În timpul adsorbției, se distinge un adsorbant - o substanță pe suprafața căreia are loc adsorbția și un adsorbat - o componentă care se concentrează pe suprafața adsorbantului. Adsorbția are loc:
Fizic - datorită forțelor interacțiunii intermoleculare și formării de legături H (E \u003d 4-40 kJ / mol). Datorită energiei neglijabile, adsorbția fizică este întotdeauna reversibilă și este însoțită de exotermicitate.
Chimic - ireversibil, asociat cu interacțiunea chimică dintre adsorbant și adsorbat (Esv = 400 kJ/mol).
În practică, cel mai adesea folosit pentru a absorbi gaze, vapori, substanțe solubile - adsorbanți solizi (funingine, cărbune activ, SiO 2 amorf, Al 2 O 3 etc.). cantitativ, adsorbția se caracterizează prin adsorbție specifică Г - cantitatea de echilibru de substanță absorbită pe unitatea de suprafață sau masă de adsorbant solid
G \u003d n / m [mmol / Gads] [meq / Gads] [mg / Gads]
Adsorbția este un proces pur de suprafață - moleculele substanței absorbite acoperă suprafața adsorbantului cu un strat monomolecular. Sorpția se desfășoară pe centrii activi ai absorbantului: proeminențe, depresiuni, capilare, fisuri, nervuri, colțuri - pentru absorbanții cristalini.
Cantitatea de gaz sau vapori absorbiți în absorbanții solizi depinde de următorii factori: natura și suprafața absorbantului, natura gazului sau vaporilor absorbiți și concentrația sau densitatea gazului (abur). Pentru sorbția cristalină, suprafața specifică este de până la 10m 2 . Pentru absorbanții poroși, suprafața specifică poate ajunge la 103, 105 m2/g. Cu cât suprafața specifică este mai mare, cu atât sorbantul este mai activ. Sorbibilitatea unui gaz sau vapori este determinată de afinitatea acestuia pentru suprafața sorbantului: moleculele polare sunt mai bine sorbite pe sorbanții polari (vaporii de apă sunt absorbiți de silicagel de SiO 2); substanțe nepolare la adsorbanți nepolari (uleiuri de cărbune activ). În timpul adsorbției fizice a unui amestec de gaze multicomponente, gazul mai ușor de comprimat este absorbit mai bine (creșterea punctului de fierbere). Deoarece sorbția fizică este un proces exotermic, atunci odată cu creșterea temperaturii, în conformitate cu principiul Le Chatelier, eficiența adsorbției scade brusc. Dependența adsorbției specifice de concentrație (presiune) este descrisă de izoterma Langvuur
G \u003d G infinit * COP / 1 + COP, G \u003d alfa * s / 1 + wetta * s, unde
Г infinit este adsorbția specifică maximă, К este constanta de echilibru de sorbție, С este concentrația de echilibru stabilită în soluție.
La concentrații mici în soluție, numitorul poate fi neglijat Kc<<1, тогда уравнение принимает вид Г = Г бесконеч КС, т е удельная адсорбция прямо пропорциональна равновесной концентрации. При очень больших С, КС>>1 atunci adsorbția specifică Г => Г este infinită
Astfel, izoterma Langvuir are forma
Adsorbția este procesul de absorbție selectivă a unuia sau mai multor componente ale unui amestec de gaz sau lichid de către suprafața unui absorbant solid (adsorbant).
Componenta absorbabila (PC) continuta in continuum(gaz, lichid) se numește adsorbat, conținut în sorbent - un adsorbat. Procesul de adsorbție este însoțit de eliberarea de căldură, a cărei amploare depinde de natura interacțiunii moleculelor adsorbite cu suprafața. În conformitate cu aceasta, se disting adsorbția fizică și chimică.
Adsorbția fizică este cauzată de acțiunea forțelor van der Waals. Cantitatea de căldură eliberată în timpul adsorbției corespunde aproximativ căldurii de evaporare (1-5 kcal/mol pentru moleculele simple și 10-20 kcal/mol pentru moleculele mari). Adsorbția fizică - proces reversibil. Adsorbția chimică este un proces ireversibil. Cantitatea de căldură eliberată în timpul adsorbției chimice este apropiată de cantitatea de căldură a reacției chimice (10-100 kcal/mol). Adsorbția chimică crește odată cu creșterea temperaturii, adsorbția fizică scade odată cu creșterea temperaturii - are loc desorbția.
Adsorbția este utilizată pentru a purifica amestecurile de gaze (lichid) de impurități nedorite sau pentru a izola această impuritate ca produs țintă; implementarea optimă este implementarea în comun a ambelor obiective, adică abordarea tehnologiei fără deșeuri. Datorită selectivității absorbției diferitelor componente, adsorbția este unul dintre procesele eficiente de separare. În același timp, este una dintre etapele unei reacții chimice eterogene, catalitică sau necatalitică.
După adsorbție, adsorbantul este desorbit. Acest lucru face posibilă extragerea PC din sorbent (adesea produsul țintă) și reutilizarea sorbentului eliberat de acesta. Pentru a face acest lucru, este necesar să activați sorbentul pentru a-i restabili proprietățile de adsorbție. Etapele de desorbție și activare a adsorbantului reprezintă regenerarea acestuia.
Adsorbția este utilizată pe scară largă în tehnologia chimică:
Pentru uscarea gazelor și purificarea lor cu eliberarea componentelor țintă;
Pentru extracția (regenerarea) solvenților din amestecuri gazoase sau lichide;
Pentru clarificarea soluțiilor;
Pentru tratarea emisiilor de gaze și a apelor uzate;
În scopuri analitice (metoda cromatografiei).
Succesul procesului de adsorbție este în mare măsură determinat de alegerea adsorbantului.
Cerințe de bază pentru adsorbanți: selectivitate; posibil capacitate de absorbție mai mare; cost și disponibilitate rezonabile; ușurință de desorbție și regenerare; rezistență mecanică ridicată; comoditate în muncă; incombustibilitate, efect eroziv redus asupra elementelor echipamentului.
Conform cerinței unei capacități mari de absorbție, adsorbanții sunt cel mai adesea solide foarte poroase utilizate sub formă de granule cu dimensiuni variind de la fracțiuni de milimetru la câțiva milimetri.
În funcție de dimensiune, se disting micropori, pori intermediari (mezopori), macropori. Microporii includ pori cu o rază de până la 20 Å (1 Å = 10-10 m), ei sunt proporționali cu dimensiunea moleculelor de PC. Suprafața specifică variază de la câteva sute până la 2000 m2/h.
Porii intermediari sunt considerați a fi pori cu o rază de 20 până la 1000-2000 Å; suprafata specifica aici este de la 10 la 500 m2/h. Se crede că mezoporii joacă două roluri: adsorbția adecvată și transportul (transferul moleculelor de PC în micropori).
Macroporii (raza lor depășește 2000 Å) se caracterizează printr-o suprafață specifică mică (până la câteva metri patrati la 1 gram). Rolul lor principal este de transport: transferul PS la micro- și mezopori.Cele mai des întâlniți adsorbanți industriali includ: cărbunii activați (AC), geluri de silice și geluri de alumină, zeoliți, schimbătoare de ioni.
În timpul adsorbției, moleculele de gaz sau vapori sunt concentrate pe suprafața adsorbantului sub influența forțelor moleculare de atracție. Acest proces este adesea însoțit de interacțiuni chimice, precum și de condensare a vaporilor în porii capilari ai adsorbantului solid. Nu există încă o teorie general acceptată a adsorbției. Conform viziunii larg acceptate, adsorbția are loc sub acțiunea forțelor electrice datorită interacțiunii sarcinilor moleculelor adsorbantului și substanței plasate. Conform unei alte teorii, forțele de adsorbție sunt caracter chimic iar natura lor se explică prin prezenţa valenţelor libere pe suprafaţa adsorbantului. Indiferent de natura forțelor care provoacă adsorbția, cu un timp de contact suficient al fazelor, se instalează echilibrul de adsorbție, la care se stabilește o anumită relație între concentrația substanței adsorbite X (în kg/kg de adsorbant) și a acesteia. concentrația Y în faza în contact cu adsorbantul:
unde Y este concentrația de echilibru (kg/kg din partea inertă a amestecului sau soluției gaz-vapori);
A și n sunt coeficienți determinați empiric, cu n ³ 1.
Dependența (1) corespunde unei anumite temperaturi și este reprezentată de o curbă numită izotermă de adsorbție.
Izotermele de adsorbție ale unor substanțe sunt prezentate în Fig. 1. Fig. 1. Izoterme de adsorbție
(gri 20 °С):
1 - pentru eter etilic; 2 - pentru Alcool etilic; 3 - pentru benzen.
Concentrația substanței adsorbite în amestec la temperatura constanta proporțional cu presiunea acestuia. Prin urmare, ecuația (1) poate fi reprezentată ca
unde A1 este coeficientul de proporționalitate;
P este presiunea de echilibru a substanței absorbite în amestecul vapori-gaz.
Principalii factori care influențează cursul procesului de adsorbție sunt: proprietățile adsorbantului, temperatura, presiunea, proprietățile substanțelor absorbite și compoziția fazei din care sunt adsorbite. Concentrația de echilibru a lui X scade odată cu creșterea temperaturii și crește odată cu creșterea presiunii. Astfel, adsorbția este accelerată prin scăderea temperaturii sau prin creșterea presiunii. Aceiași factori afectează în sens invers procesul de desorbție, de obicei efectuat după adsorbție. Desorbția este accelerată odată cu creșterea temperaturii adsorbantului și scăderea presiunii deasupra acestuia, precum și atunci când vaporii trec prin adsorbant, deplasând substanța absorbită. Adsorbanții se caracterizează prin activitate statică și dinamică. După o anumită perioadă de funcționare, adsorbantul încetează să absoarbă complet componenta extrasă, iar componenta începe să „penetreze” prin stratul de adsorbant. Din acest moment, concentrația componentului din amestecul de gaz-vapori de ieșire crește până la atingerea echilibrului. Cantitatea de substanță absorbită de o unitate de greutate (sau volum) a adsorbantului în timpul de la începutul adsorbției până la începutul „descoperirii” determină activitatea dinamică a adsorbantului. Cantitatea de substanță absorbită de aceeași cantitate de adsorbant în timpul de la începutul adsorbției până la stabilirea echilibrului caracterizează activitatea statică. Activitatea adsorbantului depinde de temperatura gazului și de concentrația componentului absorbit în acesta. Activitatea dinamică este întotdeauna mai mică decât activitatea statică; prin urmare, consumul de adsorbant este determinat de activitatea sa dinamică. Procesele de adsorbție sunt efectuate periodic sau continuu. Dacă adsorbantul se deplasează prin aparat, adsorbția are loc continuu și bilanțul material al procesului este exprimat prin ecuația (2), comună tuturor proceselor de transfer de masă. Adsorbția într-un strat de adsorbant fix este un proces periodic în care concentrația substanței absorbite în adsorbant variază în timp și spațiu. M = G(Y1-Y2) = L(X1-X2) (2) Presupunem că gazul (în cantitate de G pe unitatea de timp), care trece prin stratul adsorbant cu înălțimea dH în timp dt, își modifică concentrația cu valoarea dY și, prin urmare, dă cantitatea de substanță G×dY×dt. În același timp, concentrația substanței absorbite în elementul strat crește cu dx, iar cantitatea de substanță absorbită de stratul cu o înălțime dH este S × dH × r × dX, unde S este aria secțiunii transversale a adsorbantul, r este masa în vrac a adsorbantului. Atunci ecuația bilanțului material va arăta astfel: - G×dY×dt = S×dH×r×dX (3) sau
Proces sorbția reprezintă absorbția unui mediu - un lichid sau un corp solid al altor medii - substanțe, gaze sau alte lichide. Substanța care absoarbe mediul - sorbent. Substanța, gazul sau lichidul care este absorbit de sorbent se numește sorbat sau sorbitol.
Fenomenul de sorbtie este subdivizat in functie de mecanismul de absorbtie al unor medii de catre altele in adsorbtie, absorbtie, chimisorbtie si condensare capilara.
Adsorbţieși absorbţie diferă în modul în care o substanță este distribuită în alta. În timpul absorbției, absorbția și distribuția substanței au loc în întregul volum al absorbantului lichid. În adsorbție, un sorbat solid, lichid sau gazos se acumulează la interfața adsorbantului (pe suprafața unui solid sau lichid).
- Se distinge adsorbția fizică, în care acumularea de substanțe pe suprafața adsorbantului are loc datorită forțelor intermoleculare nespecifice care nu depind de natura substanțelor.
- Chemisorbția (sau adsorbția chimică) este un proces de sorbție în care au loc transformări chimice între sorbant și substanța absorbită.
- Adsorbția substanțelor dizolvate într-un lichid pe suprafața unui sorbant solid are loc datorită diferenței de forțe intermoleculare la interfață. În timpul adsorbției, se eliberează două tipuri de interacțiuni între molecule:
- moleculele de solut interacționează cu moleculele sau atomii suprafeței adsorbantei;
- moleculele de dizolvat interacționează cu apa în procesul de hidratare.
Concepte de sorbție statică și dinamică
La sorbția statică substanța absorbită sub formă de gaz sau lichid intră în contact sau se amestecă cu un sorbent fix. Sorpția statică este implementată în echipamentele cu dispozitive de amestecare.
La sorbție dinamică faza mobilă lichidă sau gazoasă adsorbită este trecută prin stratul absorbant. Sorpția dinamică se realizează în aparate cu pat fluidizat și filtre de diferite tipuri.
În funcție de tipul de sorbție, se pot distinge activitatea statică și dinamică a sorbantului. Activitatea statică a sorbantului este cantitatea de substanță absorbită pe unitatea de masă a sorbantului până la atingerea echilibrului. Condițiile în care se atinge echilibrul sunt temperatura constantă a lichidului și concentrația inițială a substanței.
Activitatea dinamică a sorbantului este definit fie ca timpul de la începutul trecerii substanței absorbite până la străpungerea acesteia, adică ieșirea din stratul de sorbant, fie ca cantitatea limită de substanță absorbită pe unitatea de volum sau masă a sorbantului până la străpungere. a substanţei absorbite prin stratul sorbant.
în adsorbanţi tip industrial activitatea dinamică a sorbantului este în interval 45-90% .
LA conditii reale procesele de sorbție se desfășoară în funcție de tipul dinamic, deoarece acest lucru este mai acceptabil pentru automatizarea procesului de producție și continuitatea acestuia.
Relația dintre cantitatea de substanță absorbită de sorbent și substanța rămasă în soluție în momentul echilibrului respectă legea distribuției.
Caracteristici care afectează viteza procesului de adsorbție:
- concentrația de sorbat;
- natura și structura chimică a substanței dizolvate;
- temperatura apei;
- tipul și proprietățile adsorbantului.
Procesul de adsorbție constă din trei etape:
- transferul substanțelor conținute în soluție la suprafața boabelor adsorbante (în regiunea de difuzie externă);
- procesul de adsorbție;
- transferul de materie în interiorul boabelor adsorbante (spre regiunea de intradifuzie).
Se crede că adsorbția se desfășoară cu o viteză mare și etapa de adsorbție nu limitează viteza procesului. Prin urmare, difuzia externă sau internă este considerată ca etapă limitativă. Pot exista cazuri când procesul este limitat de ambele etape de difuzie.
În zona difuziei externe, viteza de transfer de masă a unei substanțe depinde de mărimea turbulenței fluxului, adică de debitul de fluid.
Intensitatea transferului de masă în regiunea de intradifuzie depinde în mare măsură de caracteristicile adsorbantului - tipul acestuia, dimensiunea porilor, forma și dimensiunea granulelor, de dimensiunea moleculelor substanței absorbite și de coeficientul de conductivitate a masei.
Este posibil să se identifice condițiile în care tratarea apelor uzate prin adsorbție se desfășoară la o rată optimă.
Modul hidrodinamic de adsorbție ar trebui să fie limitat în regiunea difuziei interne. Rezistența regiunii de intradifuzie scade odată cu selectarea unui adsorbant cu structura dorită și cu scăderea dimensiunii boabelor acestuia.
Parametrii aproximativi ai vitezei și diametrului boabelor adsorbante sunt luați egali cu 1,8 m/hși d z \u003d 2,5 mm respectiv. Dacă diametrul bobului dc este mai mic decât cel recomandat, procesul este limitat în zona de difuzie externă, dacă este mai mare - în regiunea de intradifuzie.
Argel
Adsorbţie(din latină ad - on, cu și sorbeo - absorb), absorbție de c.-l. substanțe dintr-un mediu gazos sau soluție printr-un strat superficial de lichid sau solid. De exemplu, dacă este plasat în soluție de apă acid acetic o bucată de cărbune, apoi se va întâmpla A. - cantitatea de acid din soluție va scădea, moleculele de acid se vor concentra pe suprafața cărbunelui. A. și absorbtie -- absorbția în volumul corpului, sunt combinate prin termenul general sorbția. Fenomenul lui A. a început să fie studiat din a doua jumătate a secolului al XVIII-lea. ( Sheele, 1773), deși nu există nicio îndoială că A. a fost folosit în activitățile practice ale omenirii încă din timpuri imemoriale. Doctrina lui A. face parte din mai mult teorie generală sisteme eterogene multicomponente, ale căror baze au fost puse de W. Gibbs(1876). Fenomenul A. este strâns legat de proprietățile speciale ale materiei din stratul de suprafață. de exemplu, moleculele aflate pe interfața lichid-vapor sunt atrase în lichid, deoarece experimentează o atracție mai mare din partea moleculelor din volumul lichidului decât a moleculelor de vapori, a căror concentrație este de multe ori mai mică decât concentrația lichid. Această atracție internă face ca suprafața să se contracte și este cuantificată tensiune de suprafata. Din același motiv, moleculele unei alte substanțe care se găsesc în apropierea suprafeței vor fi atrase de ea și va apărea A. După A., atracția internă este parțial compensată de atracția din partea stratului de adsorbție. , iar tensiunea superficială scade. Gibbs a derivat o formulă care leagă valoarea lui A. cu modificările tensiunii superficiale. Acele substanțe, a căror tensiune superficială este mult redusă de A., sunt de obicei numite tensioactive.
Substanța pe suprafața căreia apare A. se numește adsorbant, iar substanța absorbită din faza în vrac se numește adsorbat. În funcție de natura interacțiunii dintre molecula de adsorbat și adsorbant, adsorbția este de obicei împărțită în absorbție fizică și chimisorbție. Adsorbția fizică mai puțin puternică nu este însoțită de modificări semnificative ale moleculelor de adsorbat. Este cauzată de forțe intermoleculare care leagă moleculele din lichide și unele cristale și se manifestă în comportamentul gazelor puternic comprimate. În timpul chimisorbției, adsorbatul și moleculele adsorbante formează compuși chimici. Adesea A. se datorează atât forțelor fizice, cât și chimice, deci nu există o graniță clară între fizica lui A. și chimisorbție.
Moleculele adsorbite fizic se mișcă mai mult sau mai puțin liber pe suprafață, în timp ce proprietățile lor sunt adesea similare cu cele ale unui strat foarte subțire de gaz, așa-numitul. gaz bidimensional. Ele pot fi colectate în grupuri, formând un strat de lichid bidimensional sau solid bidimensional. Moleculele adsorbite părăsesc suprafața mai devreme sau mai târziu - sunt desorbite. Timpul în care molecula se află la suprafață se numește timp A. Timpii A. pot varia în limite foarte largi. Rata de absorbție (respectiv, rata de desorbție) este numărul de molecule adsorbite (sau desorbite) pe unitatea de timp; ambele valori sunt legate de o unitate de suprafață sau de masă a adsorbantului. Rata de chimisorbție, ca și viteza oricărui proces chimic, crește cel mai adesea odată cu creșterea temperaturii (așa-numita A. activată, vezi. Chimisorbția). Dacă ratele de absorbție și desorbție sunt egale între ele, atunci ei spun că echilibrul de adsorbție a fost stabilit. Într-o stare de echilibru, numărul de molecule adsorbite rămâne constant pentru o perioadă de timp arbitrar, dacă conditii externe(presiune, temperatură etc.).
Moleculele adsorbite nu numai că se mișcă de-a lungul suprafeței adsorbantului, ci și oscilează, fie apropiindu-se de suprafață, fie îndepărtându-se de aceasta. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât mișcarea vibrațională este mai intensă și, prin urmare, cu atât este mai mare probabilitatea ca în timpul unor astfel de vibrații legătura dintre moleculă și suprafață să se rupă și molecula să fie desorbită. Din acest motiv, timpul de absorbție și cantitatea de echilibru de molecule adsorbite scad odată cu creșterea temperaturii.
Odată cu creșterea concentrației sau presiunii adsorbatului în volum, crește frecvența lovirilor moleculelor de adsorbat pe suprafața adsorbantului; proporțional cu acesta, viteza de absorbție crește și numărul de echilibru al moleculelor adsorbite crește. Curbele de dependență a echilibrului A. de concentrația sau presiunea adsorbatului la o temperatură constantă se numesc izoterme ale lui A.
Dacă adsorbatul acoperă suprafața cu un strat gros de o moleculă, adsorbantul se numește monomolecular. Cea mai simplă izotermă a adsorbției monomoleculare este o linie dreaptă care pornește de la originea coordonatelor, unde presiunea adsorbatului este reprezentată pe axa absciselor. R, iar pe axa y, gradul de umplere a suprafeței , adică proporția suprafeței acoperite de molecule adsorbite. Acesta este așa-numitul. Izoterma Henry:
Coeficientul de proporționalitate k depinde în principal de temperatură și de natura interacțiunii dintre adsorbant și adsorbat.
Ecuația lui Henry este valabilă pentru foarte grade scăzute umplutură pentru o suprafață uniformă. Pe măsură ce gradul de umplere crește, totul mare rolîncep să joace interacţiunea dintre moleculele adsorbite şi intensitatea mobilităţii lor de suprafaţă. Dacă moleculele de adsorbat sunt atrase unele de altele, atunci fiecare moleculă nou adsorbită va experimenta atracția atât a adsorbatului, cât și a moleculelor adsorbite anterior. Prin urmare, pe măsură ce suprafața este umplută, forțele care țin molecula adsorbită vor crește, iar condițiile de absorbție vor deveni din ce în ce mai favorabile. În acest caz, pe măsură ce presiunea crește, izoterma devine din ce în ce mai abruptă în sus (vezi Fig. curba 1 ). Cu toate acestea, pe măsură ce suprafața este umplută cu molecule nou adsorbite, devine din ce în ce mai dificil să găsești un loc liber (neocupat de alte molecule de adsorbat) pe suprafață. Prin urmare, odată cu creșterea presiunii, creșterea A. încetinește și gradul de acoperire tinde către o valoare constantă egală cu unitatea (vezi Fig. curba 2 , care este caracteristic absenţa atracţiei reciproce a moleculelor de adsorbat). Dacă ambii acești factori acționează, atunci se obțin izoterme concav-convexe (vezi Fig. curba 3 ).
Izoterme convexe (vezi. curba 2 ) este adesea descrisă de ecuația Langmuir
Aici a -- coeficient de adsorbție similar în sens fizic cu constanta k a lui Henry . Ecuația Langmuir este valabilă pentru adsorbția monomoleculară pe o suprafață omogenă dacă se poate neglija atracția moleculelor de adsorbat între ele și mobilitatea lor de-a lungul suprafeței.
Odată cu o creștere suplimentară a presiunii, stratul al doilea, al treilea etc. este umplut, adică are loc polimolecularul A. Dacă adsorbantul are pori îngusti și este umezit de adsorbat (vezi umezire), atunci se poate produce condensarea în pori la presiuni mai mici decât presiunea de vapori de saturație a adsorbatului. Acest fenomen se numește condensare capilară. Suprafață tare adsorbanți cel mai adesea eterogene în proprietăți de adsorbție: unele părți ale suprafeței se adsorb mai bine, altele mai rău. La presiuni joase, A. predomină în zonele cele mai active ale suprafeței, cu creșterea presiunii, zonele mai puțin active sunt umplute. Strict vorbind, însă, A. apare simultan pe întreaga suprafață, iar izoterma obținută experimental este suma izotermelor, fiecare dintre acestea corespunzând unui anumit tip de suprafață. Din această cauză, izotermele experimentale ale A. monomoleculare pot diferi semnificativ de curbe.
Aproape întotdeauna, procesul lui A. este însoțit de eliberarea de căldură, numită căldură lui A. Deși căldura lui A. nu este singurul factor care caracterizează puterea lui A., totuși, cel mai adesea, cu atât este mai puternic A. , cu atât căldura este mai mare. Căldura de chimisorbție este de obicei de câteva zeci kcal/mol, căldura fizică A. rareori depăşeşte 10 kcal/mol(40 kJ/mol). Pe măsură ce o suprafață neomogenă este umplută, căldura unei atmosfere scade de obicei. La trecerea în regiunea polimoleculară A., căldura lui A. scade la o valoare apropiată de căldura de condensare a adsorbatului.
A. joacă un rol important în schimbul de căldură între corpurile gazoase, lichide și solide. De exemplu, moleculele de gaz sunt adsorbite pe suprafata fierbinte, dobândesc energie corespunzătoare temperaturii suprafeței și, după desorbție, transferă această energie altor molecule de gaz, încălzindu-l. Acesta nu este singurul, dar important mecanism de transfer de căldură.
A. este unul dintre factorii decisivi în stabilizarea sistemelor coloidale (vezi. Sisteme de dispersie, Micele, Coagulare) și una dintre cele mai importante etape ale reacțiilor în sisteme eterogene, în special în cataliza eterogenă (vezi Reacții topochimice, cataliză). În sistemele biologice A. - prima etapă a absorbției de către structurile coloidale submicroscopice, organite, celule și țesuturi a diferitelor substanțe din mediu, funcționarea membrane biologice, primele etape ale interacțiunii enzimelor cu substratul, reacții de protecție împotriva substanțelor toxice, procese de absorbție - toate acestea sunt asociate cu A. Mulți adsorbanți (cărbune activat, caolin, schimbătoare de ioni etc.) servesc ca antidoturi, absorbind și eliminând din trup cei care au intrat tract gastrointestinal Substanțe dăunătoare. A. este folosit pentru a separa amestecurile de gaze și lichide, pentru a usca și purifica gaze și lichide (de exemplu, purificarea aerului în măștile de gaz). Una dintre cele mai vechi utilizări ale lui A. este purificarea vinului. În știință și tehnologie dobândită mare importanță metoda cromatografică de analiză bazată pe capacitatea diferită a componentelor amestecului analizat la A. (vezi. Cromatografia). A. se mai foloseste la obtinerea si purificarea substantelor biologic active – vitamine, enzime, hormoni, antibiotice etc.
La vopsirea țesăturilor, industria tipografică se ocupă cu moleculele de colorant A.. În producția de polimeri, adsorbanții servesc drept umpluturi. În tehnologia vacuumului, A. de pe pereții echipamentelor care sunt pompate încetinește viteza de pompare și înrăutățește vidul, dar, pe de altă parte, funcționarea diferitelor pompe de sorbție se bazează pe A. În industria radio-electronică, A. este utilizat pentru stabilizarea proprietăților electrice ale dispozitivelor semiconductoare. În general, în toate fenomenele și procesele în care proprietățile suprafeței sunt esențiale, A. joacă un rol important.
Absorbţie(latina absorptio - absorbție, din absorbeo - absorb), absorbția substanțelor dintr-un amestec gazos de către lichide. În tehnologie, A. este de obicei folosit pentru a extrage o componentă dintr-un amestec de gaze. Absorbția, mai exact, extragerea oricărei componente dintr-un lichid de către un lichid a mai fost numită anterior A.; acest proces se numește acum extracţie. Cu A., absorbantul se absoarbe cu tot volumul. Rata de A. depinde de cât de mult concentrația gazului absorbit în amestecul de gaze depășește concentrația acestui component peste soluție. Dacă concentrația componentei dizolvate în amestecul de gaze este mai mică decât concentrația sa deasupra lichidului, componenta dizolvată este eliberată din soluție (vezi Fig. Desorbție). A. este adesea însoțită de o interacțiune chimică a substanței absorbite cu absorbantul (vezi. Chimisorbția). A. se îmbunătățește cu creșterea presiunii și scăderea temperaturii.
Multe dintre cele mai importante procese industriale se bazează pe A., de exemplu, producția de acizi azotic, clorhidric și sulfuric (absorbția dioxidului de azot gazos, clorură de hidrogen și anhidrida sulfurica), producerea de sifon (A. dioxid de carbon), purificarea gazelor reziduale industriale din impuritățile nocive (hidrogen sulfurat, dioxid de sulf, monoxid de carbon, dioxid de carbon etc.), extracția gazelor și impurităților de hidrocarburi (de exemplu, așa-numita benzină gazoasă, cracarea gazelor și piroliza), precum și izolarea hidrocarburilor individuale. A. se realizează pe instalații de absorbție, al căror aparat principal este absorbant.
Sortie(din latinescul sorbeo - absorb), absorbția de către un solid sau lichid a unei substanțe din mediu. Corpul absorbant este numit sorbent, substanta pe care o absoarbe este sorbat (sau sorbtiv). Distingeți între absorbția unei substanțe de către întreaga masă a sorbantului lichid ( absorbţie); strat superficial de sorbant solid sau lichid ( adsorbţie). Absorbția unei substanțe dintr-un mediu gazos de către întreaga masă a unui solid sau a unei topituri se mai numește ocluzie. S., însoțită de interacțiunea chimică a sorbantului cu substanța absorbită, se numește chimisorbtie. Când apar adesea vapori de S. cu corpuri foarte poroase condensare capilară.În procesele de sorbție tipuri diferite S. de obicei procedează în acelaşi timp. (Despre cererea lui S. vezi. Fenomene de suprafață, Schimb de ioni, Cromatografie. S. (adsorbția) a anumitor substanțe de pe suprafața celulelor și membranelor structurilor intracelulare, precum și S. (absorbția) de către organele celulare și moleculele de biopolimer, joacă un rol important în sistemele biologice. Sistemele biologice sunt caracterizate de o specificitate ridicată (selectivitate) a S., care este determinată de particularitățile configurației spațiale a moleculelor de sorbant. Aceste macromolecule joacă rolul de receptori pentru sorbat corespunzător. Exemple de C. sunt legarea moleculelor de CO 2 de către cloroplaste în timpul fotosintezei la plante, aminoacizi - de către eritrocite care le transportă la celulele țesuturilor, atașarea unui fag la suprafața sensibilă la acesta. celule bacteriene si etc.
Tensiune de suprafata, cea mai importantă caracteristică termodinamică a interfeței dintre faze (corpuri), definită ca lucrul de formare izotermă reversibilă a unei unități de suprafață a acestei suprafețe. În cazul unei interfețe lichide, P. n. de asemenea, este legitim să se considere o forță care acționează pe unitatea de lungime a conturului suprafeței și care tinde să reducă suprafața la minim pentru volume date de faze. În ceea ce privește suprafețele care se mișcă ușor, ambele definiții sunt echivalente, dar prima este de preferat, deoarece. are un sens fizic mai clar. P. n. la limita a două faze condensate se numește de obicei tensiune interfacială. Munca de formare a unei noi suprafețe este cheltuită pentru a depăși forțele de coeziune intermoleculară ( coeziune) în timpul tranziției moleculelor de substanță de la volumul corpului la Strat de suprafață. Rezultanta forțelor intermoleculare din stratul de suprafață nu este egală cu zero (ca în cea mai mare parte a corpului) și este direcționată în interiorul fazei cu coeziune mai mare. Astfel, P. n. -- o măsură a forțelor intermoleculare necompensate în stratul de suprafață (interfacial) sau, care este același, un exces energie gratisîn stratul de suprafaţă faţă de energia liberă din volumele fazelor de contact. În conformitate cu definițiile P. n. se exprimă în j/m 2 sau n/m(erg/cm 2 sau dine/cm).
Datorită lui P. n. lichidul în absența influențelor de forță exterioară ia forma unei bile, corespunzătoare dimensiunii minime a suprafeței și, în consecință, cea mai mică valoare a liberului energie de suprafață. P. n. nu depinde de mărimea și forma suprafeței, dacă volumele fazelor sunt suficient de mari în comparație cu dimensiunea moleculelor; cu o creștere a temperaturii, precum și sub influența surfactanți scade. Topiturile de metal au cel mai mare P. n. dintre lichide, de exemplu, pentru platină la 2000 ° C, este 1820 dina/cm, mercur la 20 ° C - 484. P. n. există mult mai puține săruri topite - de la câteva zeci la 200-300. P. n. apă la 20 ° C - 72,8, iar majoritatea solvenților organici - în intervalul 20-60. Cel mai scăzut la temperatura camerei P. n. -- sub 10 -- au niște lichide de fluorocarbon.
În cazul general al sistemelor multicomponente, în conformitate cu ecuația termodinamică Gibbs, în timpul adsorbției, o modificare a P. n. unde Г 1, Г 2,... - excesele de suprafață ale componentelor 1, 2,..., adică diferența dintre concentrațiile acestora în stratul de suprafață și volumul soluției (sau gazului), a d? 1 , d? 2 ,... -- modificări ale potențialelor chimice ale componentelor corespunzătoare (semnul minus indică faptul că P. n. scade cu adsorbția pozitivă). Diferența în P. n. lichid pur și lichid acoperit cu un monostrat de adsorbție este determinat de presiunea de suprafață.
La limitele care se mișcă ușor, un lichid este un gaz (abur) sau un lichid este un lichid P. n. poate fi măsurat direct prin mai multe metode. Deci, metodele de definire a lui P. a lui n sunt larg răspândite. prin masa unei picături care se desprinde de la capătul unui tub vertical (stalagmometru); în ceea ce privește presiunea maximă necesară pentru a împinge o bula de gaz în lichid; sub forma unei picături (sau bule) întinsă pe suprafață plană, etc. Definiția experimentală a P. n. solidele este dificilă datorită faptului că moleculele (sau atomii) lor sunt lipsiți de posibilitatea de mișcare liberă. O excepție este fluxul plastic al metalelor la temperaturi apropiate de punctul de topire. În vederea anizotropie cristale P. n. pe diferite fețe ale cristalului este diferit. Conceptele lui P. n. iar energia de suprafață liberă pentru solide nu sunt identice. Defecte rețea cristalină, în principal dislocare, marginile și vârfurile cristalelor, limitele de granule ale corpurilor policristaline care ies la suprafață, contribuie la liberarea energie de suprafață. P. n. solidele sunt de obicei determinate indirect, pe baza interacțiunilor intermoleculare și interatomice. Dimensiune si modificari P. n. mulți fenomene superficiale,în special în sistemele dispersate (vezi, de asemenea Fenomene capilare),
Chimisorbția, sorbția chimică, absorbția de către un lichid sau solid a unor substanțe din mediu, însoțită de formarea de compuși chimici. Într-un sens mai restrâns, chimia este considerată ca absorbția chimică a unei substanțe de către suprafața unui corp solid, adică ca o substanță chimică. adsorbţie. Când H. este eliberată o cantitate semnificativă de căldură: de obicei căldura lui H. se află în intervalul 84--126 kJ/mol (20--30 kcal/mol), iar în unele cazuri, de exemplu, când concentrația de oxigen pe metale, poate depăși 420 kJ/mol (100 kcal/mol). Ca și reacțiile chimice, reacțiile chimice necesită, de regulă, o energie de activare semnificativă. Prin urmare, pe măsură ce temperatura crește, clorul se accelerează (așa-numita adsorbție activată). Clorul este selectiv, adică depinde de afinitatea chimică a substanței adsorbite pentru suprafața solidului. Pentru studiul chimiei se folosesc metode fizice: spectroscopie, rezonanță magnetică paramagnetică și nucleară electronică, proiectoare de electroni și ioni, difracție lentă a electronilor etc. chimia joacă un rol important în cataliza eterogenă, purificarea gazelor, tehnologia vidului etc.
umezire, un fenomen care apare atunci când un lichid intră în contact cu suprafața unui corp solid sau a altor lichide. Se exprimă, în special, în împrăștierea unui lichid pe o suprafață solidă în contact cu un gaz (abur) sau alt lichid, impregnarea corpurilor poroase și a pulberilor, curbura suprafeței lichide în apropierea suprafeței unui corp solid. Deci, S. determină formarea unei sferice meniscîntr-un tub capilar, determină forma unei picături pe o suprafață solidă sau forma unei bule de gaz care aderă la suprafața unui corp scufundat într-un lichid. S. este adesea considerat ca rezultat al interacțiunii intermoleculare (van der Waals) în zona de contact a trei faze (corpi, medii). Cu toate acestea, în multe cazuri, de exemplu, atunci când metalele lichide intră în contact cu metale dure, oxizii, diamantul, grafitul și sulful se datorează nu atât interacțiunilor intermoleculare, cât formării de compuși chimici, soluții solide și lichide și proceselor de difuzie în stratul de suprafață al unui corp umezit. Efectul termic care însoțește contactul unui lichid cu o suprafață umedă se numește căldură de umectare.
Măsura lui S. este de obicei unghiul de contact dintre suprafața umedă și suprafața lichidului de pe perimetrul lui S. ( orez. unu). Unghiul este măsurat din partea lichidă. La static (echilibrul) S. se leagă cu tensiune de suprafata lichid, tensiune superficială a unui corp solid și tensiune interfacială la limita unui corp solid - lichid prin ecuația Young. Se estimează valoarea unghiului liofilitateși liofobicitate suprafeţe în raport cu diverse lichide. Pe suprafața liofilă, lichidul se răspândește, adică există o parțială (0 °< _< 90°) или полное С; на лиофобной -- растекания не происходит (_>90°) (vezi orez. 2). Unghiul de contact depinde de raportul dintre forțele de aderență ale moleculelor lichide față de moleculele sau atomii corpului umezit ( adeziune)
și forțele de aderență ale moleculelor lichide între ele ( coeziune).
Lucrul reversibil de aderență și coeziune se calculează, respectiv, conform ecuațiilor, și cu o creștere a raportului W a
C. este important în natură, în tehnologia industrială și în viața de zi cu zi. Bun S. este necesar la vopsire și spălare (vezi. Acțiunea detergentului), prelucrarea materialelor fotografice, aplicarea straturilor de vopsea și lac, impregnarea materialelor fibroase, lipirea, lipirea, amalgamarea etc. acoperiri hidrofobe, materiale de impermeabilizare etc. În unele cazuri, de exemplu, când plutirea iar emulsionarea cu emulgatori solizi, se cere mentinerea unghiurilor de contact intr-un anumit interval de valori. S. joacă un rol primordial în procesele metalurgice, în dispersia solidelor în mediu lichid. Afectează distribuția apelor subterane, umiditatea solului, diverse procese biologice și alte procese naturale. P. A. Reliant, A. N. Frumkin, B.V. Deryagin si etc
condensare capilară, condensarea vaporilor în capilare și microfisuri ale corpurilor poroase sau în spațiile dintre particulele solide distanțate. O condiție necesară pentru ca K. să. este umezire lichid de suprafață corporală (particule). K. a. începe cu adsorbţie molecule de vapori prin suprafata de condensare si formarea meniscului lichid. Cu un menisc concav, presiunea vaporilor saturati deasupra lor, conform Ecuația Kelvin, mai mică decât presiunea vaporilor de saturație p o deasupra unei suprafeţe plane. Ca rezultat, k. k. apare la presiuni de vapori mai mici decât presiunea de saturație p o . Volumul de lichid condensat în pori atinge valoarea limită la presiunea exterioară a vaporilor p = p despre . În acest caz, interfața lichid-gaz are curbură zero (un plan catenoid), Structura capilară complexă a unui corp poros poate provoca histerezis capilar - dependența cantității de lichid condensat în pori nu numai de presiunea vaporilor, ci și de preistoria procesului, adică de modul în care a fost atinsă această stare: în procesul de condensare sau în timpul evaporării lichidului, K. to. crește absorbția ( sorbția) vapori de către corpurile poroase, în special în apropierea punctului de saturație a vaporilor. K. to. este utilizat în industrie pentru captarea lichidelor cu corpuri fine poroase ( adsorbanţi). C. k. joacă, de asemenea, un rol important în procesele de uscare, reținere a umidității de către sol, construcții și alte materiale poroase (vezi. Fenomene capilare).
sisteme dispersate, formațiuni din două sau mai multe faze (corpuri) cu o interfață foarte dezvoltată între ele. În D. s. cel puțin una dintre faze - faza dispersată - este distribuită sub formă de particule mici (cristale, filamente, pelicule sau plăci, picături, bule) într-o altă fază, continuă - mediul de dispersie. D. s. în funcție de caracteristica principală - dimensiunea particulelor sau (care este aceeași) dispersie(determinate de raportul dintre suprafața totală a suprafeței interfeței și volumul fazei dispersate) - sunt împărțite în dispersate grosiere (scăzute) și dispersate fin (foarte) sau sisteme coloidale(coloizi). În sistemele grosiere, particulele au o dimensiune de 10 -4 cmși mai sus, în coloidal - de la 10 -4 -10 -5 la 10 -7 cm. În funcție de starea de agregare a mediului de dispersie, se disting sistemele dispersate în gaz - aerosoli(ceață, fum) praf; lichid dispersat -- solurile, suspensii, emulsii, spumă; solid dispersat - corpuri sticloase sau cristaline cu incluziuni ale celor mai mici particule solide, picături de lichid sau bule de gaz (vezi tabel). Praf, suspensii, emulsii liofobe (vezi Coloizi liofili și liofobi) - sisteme grosiere; de regulă (în prezența unei diferențe de densitate), ele sunt instabile din punct de vedere sedimentator, adică particulele lor se depun sub acțiunea gravitației sau plutesc în sus. Solii sunt sisteme coloidale tipice foarte dispersate, particule ale căror faze dispersate ( micelii) participa la mișcare brunianăși prin urmare sedimentare stabilă. Spumele lichide și solide, constând din celule cu bule de gaz separate prin straturi subțiri ale unei faze continue, reprezintă un grup special de sisteme celulare structurate (vezi mai jos).
După intensitatea interacțiunii moleculare a fazelor se disting paginile D. liofile și liofobe. În sistemele liofile, interacțiunea moleculară dintre faze este destul de mare și energia specifică de suprafață liberă ( tensiune de suprafata) la interfață este foarte mic. Sistemele liofile se formează spontan (spontan) și au o dispersie extrem de mare. În sistemele liofobe, interacțiunea dintre moleculele de diferite faze este mult mai slabă decât în cazul sistemelor liofile; Tensiunea de suprafață interfacială este ridicată, drept urmare sistemul tinde la îngroșarea spontană a particulelor fazei dispersate (vezi Fig. Coagulareși coalescență). O condiție obligatorie pentru existența D. s. liofob. -- prezența stabilizatorilor, substanțe care sunt adsorbite pe interfața de fază și formează straturi protectoare care împiedică apropierea particulelor fazei dispersate.
D. s. poate fi lipsit de structură (dispersat liber) și structurat (dispersat coeziv). D. structurat cu. pătruns de un cadru-grilă de particule (picături, bule) ale fazei dispersate conectate între ele, drept urmare au unele proprietăți mecanice ale solidelor (pentru mai multe detalii, vezi Fig. Structura dispersată, Geluri). O trăsătură caracteristică a lui D. s. -- energie liberă ridicată ca urmare a unei suprafețe interfațale foarte dezvoltate; prin urmare D. s. de obicei (cu excepţia paginilor D. liofile) sunt instabili termodinamic. Au capacitate crescută de adsorbție, activitate chimică și uneori biologică. D. s. -- obiectul principal de studiu chimia coloidală.
D. s. răspândit pe scară largă în natură, tehnologie și viața de zi cu zi. Exemple de D. cu. roci, soluri, soluri, fumuri, nori, precipitații, țesuturi vegetale și animale pot servi; materiale de construcție, vopsele, detergenți, produse din fibre, alimente esențiale și multe altele.
