Презентації та публікації

Адсорбція (від лат. Ad - на, при і sorbeo - поглинаю ) - збільшення концентрації речовини на межі розділу фаз. Адсорбція відбувається з рідкої або газової фази на межі розділу газ/тверде, газ/рідина, рідина/рідина, рідина/тверда. Кількісно адсорбцію висловлюють величинами надлишкової (гіббсової) адсорбції Г, або абсолютної адсорбції а. Залежно від характеру взаємодії між молекулами адсорбата і адсорбентом адсорбцію розділяють на фізичну і хімічну (хемосорбцію).

Для даної пари речовин адсорбент - адсорбат адсорбція визначається двома параметрами стану - концентрацією С (або тиском пари Р) адсорбтіва і температурою Т. Найбільш часто розглядають ізотерми адсорбції. Форми ізотерм адсорбції різноманітні. Відповідно до класифікації, запропонованої З Брунауером, можна виділити п'ять основних типів ізотерм адсорбції, які відображають характер адсорбційних взаємодій між поверхнею і адсорбіруємою речовиною.

Адсорбція - мимовільний енергетично вигідний процес. При адсорбції відбувається зменшення поверхневої енергії адсорбенту за рахунок зміни хімічного складу (хімічного потенціалу) поверхні. Це положення лежить в основі фундаментального рівняння адсорбції Гіббса. Вхідну в це рівняння величину, що відбиває зміну σ при зміні С на (поверхневу активність) позначають символом G (на честь Дж. Гіббса ), одиниці виміру [Гіббс]. Поверхневу активність можна визначити як тангенс кута нахилу дотичної до ізотерми поверхневого натягу, або за допомогою одного з рівнянь (рівняння Ленгмюра, Шишковського і Фрумкіна), які є окремими випадками рівняння Гіббса і включають емпіричні постійні. Поверхнева активність - найважливіша характеристика поверхнево-активних речовин (ПАР), що відображає здатність речовини при адсорбції на межі розділу рідина - газ знижувати поверхневий натяг. Вивчення адсорбції ПАР на поверхні рідини (плівки Ленгмюра - Блоджетт) дозволяє за значенням граничної адсорбції Г ∞ отримати параметри мономолекулярного шару, що відповідають розмірам молекул ПАР.

Особливе значення має адсорбція на твердих адсорбентах. Робилися неодноразові спроби математичного опису ізотерми адсорбції, однак єдиної теорії і рівняння адсорбції досі не розроблено. В області дуже малих концентрацій залежність а від С описується емпіричним лінійним рівнянням Генрі, у міру збільшення концентрації реальна ізотерма відхиляється від лінійної залежності і стає справедливим рівняння Фрейндліха.

Перше теоретичне рівняння, що повністю описує ізотерму адсорбції I типу було запропоновано Ір. Ленгмюром в 1914 р. Теорія Ленгмюра описує утворення мономолекулярного адсорбційного шару при адсорбції на локалізованих адсорбційних центрах твердої поверхні. У наступні роки різні автори розвивали теорію ізотерми адсорбції, послаблюючи категоричність постулатів, що лежать в основі класичної моделі Ленгмюра. Ще сам Ленгмюр показав, як зміниться рівняння ізотерми, якщо вважати адсорбційні центри енергетично неоднорідними. Р. Фаулер і Е. Гугенгейма, а також Я. де- Бур і Т. Хілл отримали рівняння ізотерми адсорбції, в яких враховуються взаємодії адсорбованих молекул між собою. С. Брунауер, П. Емметт і Е. Теллер відмовилися від допущення Ленгмюра, що приводить до мономолекулярної адсорбції. Ці автори розробили теорію полімолекулярної адсорбції (теорію БЕТ), за початковими літерами прізвищ її авторів). Теорія БЕТ описує всі п'ять видів ізотерм адсорбції. Інша теорія полімолекулярної адсорбції була запропонована М. Поляні (Полані) - потенційна теорія адсорбції, найбільш широко її використовують для опису адсорбції на пористих адсорбентах. У середині 30-х років XX століття М.М. Дубиніним була створена теорія адсорбції на мікропористих адсорбентах з розмірами пор до 2 нм (теорія об'ємного заповнення мікропор).

Для більш великих мезопор з радіусами від 2 до 200 нм характерний пошаровий механізм адсорбції, що завершується капілярною конденсацією. Теорія капілярної конденсації, розроблена в 1911 році Зігмонді не є адсорбційною. В її основі лежить рівняння Томсона (Кельвіна), що зв'язує тиск пари над викривленою поверхнею з радіусом кривизни поверхні рідини в порах адсорбенту.