Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
Физическая адсорбция обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия и не сопровождается существенным изменением электронной структуры молекул адсорбата. Для физической адсорбции характерно взаимодействие адсорбента — адсорбата за счёт сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей: эти адсорбционные силы обеспечивают притяжение. На очень близком расстоянии проявляются короткодействующие силы отталкивания.
Физическая адсорбция может быть как монослойной (с образованием мономолекулярного слоя), так и полимолекулярной (многослойной). При физической адсорбции адсорбированные молекулы обычно обладают поверхностной подвижностью.
При хемосорбции между атомами (молекулами) адсорбента и адсорбата образуется химическая связь, т.о. хемосорбцию можно считать химической реакцией, область протекания которой ограничена поверхностью молекулы. Как и в любой химической реакции, процессы хемосорбции носят специфический характер, т. е. адсорбент хемосорбирует не любые молекулы, а лишь те, которые вступают в реакцию с атомами поверхности. В зависимости от химической структуры обоих компонентов между молекулой адсорбата и поверхностью могут возникать связи различных типов [16].
В некоторых случаях на одной поверхности могут протекать несколько типов адсорбции одновременно [14].
Для сил Ван-дер-Ваальса выполняется закон изменения энергии притяжения от расстояния г:
ипр{г) = -Щ, (1.1)
Г
где К — константа, которая рассчитывается в каждом конкретном случае.
Энергию отталкивания при перекрывании электронных оболочек атомов определяют эмпирическим соотношением
Um(r) = ± (1.2)
где Ь — эмпирическая константа; т — константа, обычно принимаемая равной 12.
Полную потенциальную энергию двух взаимодействующих атомов (молекул) описывает уравнение Леннарда — Джонсона:
и{г) = \~Ц- (1-3)
Г г
При адсорбции происходит взаимодействие между атомами адсор-бата с поверхностью адсорбента, т. е. с большим числом атомов или молекул, из которых состоит адсорбент. Поэтому зависимость энергии притяжения при адсорбции несколько иная, чем описываемая в формуле (1.3), ввиду аддитивности дисперсионных сил, вносящих основной вклад во взаимодействие. Таким образом, чтобы рассчитать энергию взаимодействия при адсорбции, необходимо провести суммирование энергий взаимодействия адсорбирующегося атома с каждым атомом адсорбента (для упрощения расчёта суммирование заменяется на интегрирование).
Поскольку общая энергия взаимодействия при адсорбции 17адс определяется суммой взаимодействия адсорбированного атома со всеми атомами в объёме адсорбента, то
dUaAC = UnpndV, (1.4)
где п — число атомов в единице объёма адсорбента; dV — приращение объёма адсорбента.
Проинтегрировав, окончательно получим:
тт ттКп г \
Us№ = -—^, (1.5)
or
где г — расстояние от адсорбирующегося атома до поверхности адсорбента.
Полная потенциальная энергия взаимодействия при адсорбции выражается:
¦ - Ъ ттКп
Одним из важных выводов является вывод о повышении адсорбции в трещинах и порах, когда проявляется преимущественное дисперсионное взаимодействие, так как вблизи адсорбированной молекулы находится большее число атомов твёрдого тела. Кроме того, из уравнений (1.5) и (1.6) следует, что чем больше число атомов имеет молекула адсорбата, тем с большей энергией она притягивается.
1.1.2. Роль и состав органического вещества. Влияние структуры водных растворов на растворимость органических веществ.
Органическое вещество в значительной мере влияет на экологическое состояние природных водных экосистем, выполняя одну из важнейших функций в физико-химических процессах, происходящих в водоёме, которые могут быть причиной уменьшения концентрации кислорода и, в конечном итоге, загнивания водоёма.
Все изменения, происходящие с органическим веществом, в основном связаны с жизнедеятельностью бактерий. Микроорганизмы, населяющие воду, превращают сложные органические вещества в более простые; выделяющаяся при этом энергия служит источником существования микроорганизмов. По этой причине органические вещества играют значительную роль в биологическом кругообороте вещества.
Природные воды всегда в тех или иных количествах содержат растворённое органическое вещество в виде коллоидных и молекулярных соединений, которые являются продуктами жизнедеятельности организмов и их распада при отмирании. Химический состав РОВ весьма сложен и полностью не изучен. Основными его компонентами являются углерод, кислород, водород и в меньших количествах фосфор, сера, калий, азот, кальций и др. [16].
Как известно [16], по происхождению органические вещества природных вод могут быть разделены на 1) поступающие извне (с водосборной площади) и 2) образующиеся в самом водоёме. К первой группе относятся, главным образом, органические вещества, поступающие с промышленными и бытовыми стоками, и гумусовые вещества, вымываемые водой из почв, торфяников, лесного перегноя и других видов природных образований, включающих остатки растений (аллохтонное ОВ). Вторая группа органических веществ создаётся фотосинтезирующими растениями и хемосинтезирующими бактериями в самом водоёме (автохтонное ОВ). Органическое вещество, образующееся в результате фотосинтеза, идёт не только на рост клеток, но и выделяется в окружающую среду в растворённом виде. Продукцию РОВ или внеклеточную продукцию относят как к прижизненным выделениям клеток водорослей, так и к образованию РОВ при отмирании клеток за счёт лизиса, фотолиза, выедания и т. д. [17-27]. Водоросли способны выделять целый ряд органических веществ, в том числе сахара и полисахариды, аминокислоты, липиды и их производные, органические кислоты, фенолы, ферменты и др. [28-37]. Количество поступивших в водную среду органических соединений и их качественный состав различны
