Адсорбція

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Адсо́рбція (від лат. ad — на, при і лат. sorbeo — поглинаю) — вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища поверхневим шаром твердого тіла (адсорбенту) чи рідини. Компонент, що поглинається, який вміщується в суцільному середовищі (газі, рідині), називають адсорбтивом, а той що вміщується в адсорбентіадсорбатом. Наприклад, активоване вугілля адсорбує гази. Це явище треба відрізняти від абсорбції. Обернений до адсорбції процес називається десорбцією.

Історія[ред.ред. код]

Явище адсорбції стало вивчатися з другої половини 18 століття, хоча поза сумнівом, що в практичній діяльності людства адсорбція використовувалася з незапам'ятних часів. Учення про адсорбцію є частиною загальнішої теорії багатокомпонентних гетерогенних систем, основи якої закладені В. Гіббсом у 1876 році. Гіббс вивів формулу, що зв'язує значення адсорбції із зміною поверхневого натягу.

Згідно з Гіббсом, в рівноважній двофазній системі поблизу поверхні поділу фаз відбувається зміна значень усіх екстенсивних властивостей (за винятком об'єму). Це дозволяє записати термодинамічне рівняння у вигляді:

\,\!dG^\omega=-S^\omega\,dT+\sigma\,ds+\sum_i\mu_i\,dn_i^\omega

де G - вільна енергія Гіббса, S - ентропія, \sigma - поверхневий натяг на межі фаз, s - площа поверхні поділу фаз, \mu_i , n_i - відповідно хімічний потенціал і кількість молей компоненту i. Індекс \omega вказує на значення відповідної властивості в поверхневій фазі.

Перетворення Лежандра дозволяє змінити рівняння для ізотермічних умов.

d\sigma+\sum_i\frac{n_i^\omega}{s}d\mu_i=0

Величина \frac{n_i^\omega}{s}=\frac{n_i^0-(n_i^\alpha+n_i^\beta)}{s} називається гібсовою адсорбцією і позначається символом \Gamma_i (моль/см2).

Для двокомпонентної системи:

{\textstyle d\sigma=-(\Gamma_1d\mu_1+\Gamma_2d\mu_2)}

Поверхня поділу може бути вибрана довільно. Зокрема, вибір цього положення може задовольняти умові \Gamma_1=0. Така поверхня має назву еквімолекулярної. Для неї вводиться позначення \Gamma_2=\Gamma_2^{(1)}. Звідси випливає основне адсорбційне рівняння Гіббса:

\Gamma_2^{(1)}=-\frac{d\sigma}{d\mu_2}

Таким чином, згідно Гіббса, адсорбція - це надлишок даного компоненту в реальній двофазній системі, в порівнянні з такою системою в якій обидві фази були б строго однорідними аж до поверхні поділу.

В теорії адсорбції велику роль відіграє адсорбція, що розуміється, як повний вміст компоненту i в просторі, в якому проявляються адсорбційні сили. Позначимо повний вміст компоненту літерою a і враховуючи, що компонент i зовсім не розчинний в одній із об'ємних, отримаємо:

a_i=\Gamma_i+Wc_i

де c_i - концентрація і-того компоненту в об'ємній фазі.

За умови, коли c_i невелике:

a_i\approx\Gamma_i

Адсорбція може відбуватись на будь-якій межі розділу між двома будь-якими фазами.

Ті речовини, адсорбція яких сильно зменшує поверхневий натяг, прийнято називати поверхнево-активними.

Види[ред.ред. код]

Розрізняють фізичну адсорбцію і хемосорбцію.

Фізична адсорбція зумовлена ван-дер-ваальсовими, або електростатичними, силами притягання частинок адсорбованої речовини до частинок адсорбенту. Оборотність процесу фізичної адсорбції створює сприятливі умови для послідовного проведення процесів адсорбції (поглинання речовини адсорбентом) та десорбції (вилучення з адсорбенту поглиненої речовини).

При хемосорбції молекули поглинутої речовини вступають у хімічну реакцію з молекулами адсорбенту.

Гетеролітична дисоціативна адсорбція - Дисоціативна адсорбція, яка відбувається таким чином, що при розриві (формального) зв’язку в адсорбтиві А:В одна з молекулярних частинок повністю забирає зв’язуючу електронну пару до себе.

Фотоадсорбція. Динамічний фотоадсорбційний процес - одночасне(або синхронне) утворення адсорбованих частинок шляхом фотоадсорбції молекулярних частинок(молекул, атомів чи йонів) та їх відщеплення при фотодесорбції з утворенням тих же молекулярних частинок адсоpбата, у випадку коли обидва процеси відбуваються при фотозбудженні на поверхні твердого фотокаталізатора.

Дотичні поняття[ред.ред. код]

Адсорбційний комплекс - хімічний індивід, складений з адсорбату й частини адсорбенту, з якою він зв’язаний.

Адсорбцiйний потенцiал - змiна енергiї, пов'язана з переходом частинки з газової фази на поверхню адсорбенту.

Адсорбцiйний центр - місце на поверхнi адсорбента, де частинка адсоpбату притягається i, врештi, зв'язується з поверхнею.

Застосування[ред.ред. код]

Зокрема адсорбція широко застосовується в хімічній та нафтохімічній промисловості для очищення нафтопродуктів, рекуперації летких розчинників, розділення газів та рідин, глибокої сушки газів.

Адсорбція — основа технологічних процесів тонкого очищення газових та інших потоків при невисокому початковому вмісті в них цільового компонента (див. адсорбційне очищення газу).

Адсорбція у гірництві[ред.ред. код]

Адсорбція є одним з головних чинників процесу флотації корисних копалин.

Параметри адсобції[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]