Презентация на тему Адсорбция

адсорбентом (субстратом или субфазой). Вещество, молекулы которого способны адсорбироваться,

– адсорбтивом, а адсорбированное вещество – адсорбатом. Процесс, обратный А, называют десорбцией.
Природа сил, участвующих в А, может быть очень разной.
Простейшим и наиболее универсальным видом взаимодействия является неспецифическое дисперсионное (ван-дер-ваальсово) притяжение, обусловленное флуктуациями электронной плотности во взаимодействующих системах. Оно повышается с ростом поляризуемости контактирующих фаз-партнеров.
Если на поверхности адсорбента и/или в его молкулах имеются ионы, диполи , вакантные орбитали и т.д., то появляется большое разнообразие неспецифических и специфических взаимодействий.
Хемосорбция протекает как А, но с образованием новой химической связи между адсорбентом и адсорбатом.
Оба процесса всегда экзотермичны.

Кафедра коллоидной химии

теплоты адсорбции.
Интегральная теплота Q равна убыли энтальпии при постоянной

внутренней энергии: Q = −ΔН. При изменении адсорбции от a1 до а2 (в частном случае может быть а1= 0). Эту величину обычно относят к массе адсорбента и выражают в Дж/кг.
Дифференциальная теплота q (Дж/моль) равна убыли энтальпии dH при изменении а на da. Ее выражают отношением q = −(dH/da). Очевидно, что:

энергии для процесса адсорбции представляет изменение энергии системы (E)

в зависимости от расстояния (d) адсорбата от поверхности.
В рамках такой одномерой (1D) модели, получают зависимость энергии адсорбции от расстояния адсорбата от поверхности субстрата: E = f (d).

Молекула

Кафедра коллоидной химии

QС

Qc = −ΔЕ

хим. потенциала молекул на поверхности, сопровождающуюся образованием химической связи.
Хемосорбцию

от физической адсорбции отличает, прежде всго, природа сил, приводящих к уменьшению свободы, подвижности адсорбтива, и порядок теплот: 80–400 кДж/моль – для первой, 0–20 кДж/моль – для второй. Однако четкой грани по теплоте между Х и ФА не существует: известны прочные комплексы (например, с участием органических лигандов, рецепторов ферментов и др. биологических молекул) с низкой теплотой образования.
Время жизни молекул адсорбтива на поверхности может составлять годы, а десорбция часто протекает при высоких температурах, причем состав десорбирующегося вещества уже иной.
При Х (как любой химической реакции) образуются новые связи, причем специфичность и избирательность их образования очень высоки.

Примеры хемосорбции: коррозионные процессы, все случаи гетерогенного катализа, образование Fe(CO)5…

Кафедра коллоидной химии

философ, сверкая глазами. – Только из двух, господа, только

из двух: спокойная душа и здоровое тело.
О том, как сохранить здоровье, вам
расскажет любой хороший врач. А как
достичь душевного спокойствия, скажу
я вам: не совершайте, дети мои, преступлений, не будет у вас ни раскаяния, ни сожаления, а только они делают людей несчастными».
М.А. Булгаков,
Жизнь господина де Мольера
(1933)

вызывается силами, близкими к химическим. Однако следует отметить, что

Лэнгмюр считал химическими все силы, обуславливающие когезионную прочность вещества и проявляющиеся, например, в явлениях испарения, кристаллизации, поверхностного натяжения и т.д.
Адсорбция молекул адсорбтива происходит на активных центрах, всегда существующих на поверхности адсорбента. Такими центрами могут быть пики и впадины, имеющиеся даже на самой гладкой поверхности. В результате ненасыщенности поля молекулярных сил у таких дефектов поверхности, они обретают способность удерживать налетающие на них молекулы газа (адсорбата). Концентрация активных центров на поверхности адсорбента обычно не велика.
Каждый активный центр, связывая молекулу адсорбтива, становится неактивным.
В результате на поверхности может образовываться только один (мономолекулярный) слой.
Адсорбированные молекулы могут удерживаться лишь определенный промежуток времени и, набрав кинетическую энергию, отрываются, переходят в газовую фазу, а их место занимают новые молекулы. Среднее время «жизни» молекулы на поверхности зависит от прочности связи и температуры.
Взаимодействие между соседними молекулами адсорбтива в адсорбционном слое отсутствует. Иначе говоря, время их пребывания на активных центрах не зависит от того, заняты ли соседние центры или нет.
Как впоследствии выяснилось, теория Лэнгмюра достаточно универсальна и пригодна для описания адсорбции не только газов, но и растворенных веществ.

Теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра (1915)

описывается как квазихимическая бимолекулярная реакция между молекулой газа а

и активным центром адсорбента А, в результате которой образуется адсорбционный комплекс аА, т. е. молекула адсорбтива, связанная активным центром адсорбента: а + А ↔ аА.





где Θ = Г/Гmax; kс = kа/kд – константа адсорбционного равновесия при данной т-ре;
С – концентрация адсорбата в растворе; P – парциальное давление адсорбата.
В области малых равновесных концентраций C → 0 (давление P → 0, т.е. kсР << 1) уравнение Лэнгмюра принимает вид , схожий с уравнением Генри: Г = ĸС (Г = ĸР). При больших степенях заполнения это уравнение перестает выполняться.
При высоких концентрациях/давлениях kсР >> 1 все акт. центры заняты и Г ≈ Гmax.
Для инженерных расчетов нередко используют эмпирическое уравнение Фрейндлиха:

по классификации Брунауэра, Демминг, Демминга и Теллера (БДДТ).
I. Изотерма

описывается теорией монослоя и уравнением Лэнгмюра при асимптотическом приближении количества адсорбированного идеального газа к емкости монослоя.
II. Довольно распространенный S-образный тип изотермы (Лэнгмюр + последующее формирование полислоя на поверхности с высоким адсорбционным потенциалом).

III. Относительно редко встречающийся тип изотермы неспецифической адсорбции (обычно из газовой фазы на твердом сорбенте), завершающийся образованием полислоя. Имеет место в случае тел с низким запасом поверхностной энергии, сопоставимой с теплотой конденсации адсорбтива.
IV, V. Схожи с типами II и III и характерны для пористых сорбентов, в которых адсорбция ограничена объемом мезопор (2–50 нм). Предельная адсорбция обычно достигается при давлениях, существенно меньших давления насыщения Р/Рs<< 1. Такие изотермы часто обнаруживают петлю гистерезиса, что указывает на наличие капиллярной конденсации.
VI. Случай полислойной адсорбции (разновидность II).

Кафедра коллоидной химии

Г

Р/Рs