Лекция 3

1. Адсорбция. Виды адсорбции. Количественная характеристика процесса адсорбции.

2. Адсорбция на границе раздела газ-жидкость и жидкость –жидкость. Фундаментальное уравнение адсорбции Гиббса.. Уравнение изотермы адсорбции Гиббса

Согласно второму началу термодинамики, любая высокодисперсная система будет стремиться к устойчивому, равновесному состоянию.

Для коллоидных систем это выразится или выпадением стойкого осадка, или расслоением, набуханием, т.е. любым самопроизвольным процессом, в результате которого свободная энергия Гиббса в поверхностном слое (на разделе фаз ) станет минимальной и система сможет существовать в таком равновесном состоянии как угодно долго.

Как выяснилось выше, к минимуму свободной энергии в поверхностном слое могут привести два процесса:

1. Уменьшение площади поверхности раздела фаз в коллоидной системе

2. Уменьшение поверхностного натяжения на границе раздела фаз коллоидной системы.

Адсорбцией называется явление самопроизвольного перераспределения компонентов системы между поверхностным слоем и объемной фазой, следствием которого является снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз

Если система однокомпонентна, то процесс сгущения, уплотнения межфазного слоя носит название автоадсорбции.

Принято более плотную фазу называть адсорбентом. Вещество, которое перераспределяется – адсорбатом или адсорбтивом.

Так как при понижении поверхностного натяжения освобождается энергия, то адсорбция, как и смачивание, сопровождается выделением тепла.

По результатам калориметрических измерений это выделевшееся тепло делят на дифференциальную теплоту и интегральную теплоту адсорбции.

Дифференциальная теплота – количество тепла, приходящееся на единицу массы адсорбтива (Дж/моль).

Интегральная – тепло, выделившееся при заполнении адсорбтивом единицы площади поверхности или массы адсорбента (Дж/м² или Дж/кг).

Адсорбция является чисто поверхностным процессом, который заключается во взаимодействии молекул или ионов адсорбата с молекулами или ионами адсорбента.

С термодинамической точки зрения адсорбция является процессом выравнивания химических потенциалов веществ в объеме и межфазном слое.

Этот процесс может происходить разными путями, с чем и связана физико-химическая классификация адсорбции:

1. Физическая ( молекулярная) адсорбция. Она происходит под действием физических сил: Ван-дер-Ваальса, водородных связей, электростатических сил, Ван-дер-Ваальсовых сил адгезионного характера.

Скорость такого процесса велика, и адсорбция протекает мгновенно, если поверхность адсорбента легкодоступна молекулам адсорбтива. В пористых адсорбентах адсорбция протекает медленнее, и с тем меньшей скоростью, чем тоньше поры адсорбента. Физическая адсорбция является процессом обратимым: при повышении температуры адсорбция уменьшается, а обратный ей процесс- десорбция – усиливается.

Для физической адсорбции характерны такие признаки: высокая скорость, обратимость, уменьшение количества поглощенного адсорбата с увеличением температуры.