Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
Адсорбент может иметь также различную геометрию поверхности — с малой площадью поверхности, преимущественно внешней, и с высокой площадью поверхности, преимущественно внутренней, как в пористых твёрдых телах [105].
Адсорбенты также подразделяются на непористые и пористые [14,
106, 107]. Удельная поверхность непористых адсорбентов составляет от сотых долей до сотен м2/ г. Высокие значения площади поверхности тонкодисперсных материалов объясняются небольшими размерами непористых частиц (порядка сотен нм). Можно оценить как увеличивается поверхность кубика твёрдого тела с ребром в 1 см в результате раздробления на кубики одинакового размера с ребром 500 нм. Оказывается, поверхность маленьких кубиков возрастает в 20 тыс. раз. Пористые адсорбенты отличаются наличием системы пор (каналов), которые представляют собой полости в твёрдом теле, как правило, соединённые между собой и имеющие различную форму и размеры. Часто встречаются поры в агрегатах сферических частиц и щелевидные поры. У большинства пористых тел внутренняя поверхность пор на несколько порядков больше, чем внешняя [14]. Интересно, что 1 см3 обычного пористого кремнезёма обладает площадью поверхности около 90 м2. Удобная классификация пор по размерам предложена академи-
ком М. М. Дубининым [14, 106]. Микропоры с радиусом меньше 0.6 нм часто соизмеримы по размерам с адсорбируемыми молекулами. Если для микропористого адсорбента характерны поры строго определённых размеров, то внутрь его пор могут попасть лишь те молекулы, диаметр которых меньше или равен ширине поры применяемого адсорбента. Такие адсорбенты называют молекулярными ситами. К группе молекулярных сит относятся природные и искусственные цеолиты, представляющие собой кристаллические алюмосиликаты, а также углеродные молекулярные сита (микропористый углерод) с удельной поверхностью, достигающей 1000 м2/г.
1.1.4. Связь адсорбции с параметрами системы. Для количественного описания адсорбции применяют в основном две величины.
Первая величина А измеряется числом молей или граммов, приходящимся на единицу поверхности или единицу массы адсорбента.
Другой количественной характеристикой адсорбции является величина Г (гиббсовская адсорбция): Г = Гоо • в, представляющая собой избыток адсорбата, приходящийся на единицу площади поверхностного слоя, по сравнению с количеством адсорбата в единице объёма фазы адсорбента (0 — степень (или доля) покрытия поверхности; — предельно возможная величина монослойной адсорбции для данной системы) [14].
При установлении равновесия в системе количество адсорбированного вещества в поверхностном слое находится в определённой зависимости от концентрации или парциального давления этого компонента в объёме и от температуры. Число параметров, определяющих состояние системы, выводятся из правила Гиббса:
где F — число степей свободы; К — число компонентов в системе; Ф — число фаз; 2 — два параметра: давление и температура [15].
Таким образом, любой из параметров системы однозначно может быть определён как минимум через два других параметра.
Относительно величины адсорбции А уравнение состояния имеет следующий общий вид:
где Сир -равновесная концентрация и парциальное давление адсорбата соответственно; Т — температура.
Различают три зависимости адсорбции от параметров системы:
1) зависимость адсорбции от концентрации (или парциального давления) вещества при постоянной температуре называется изотермой:
F = K- Ф + 2,
(1.8)
А = f(C,T) = f'(p,T),
(1.9)
А — fr{C) — /т(р);
(1.10)
2) зависимость величины адсорбции от температуры при постоянной концентрации (или парциальном давлении) вещества называется изопикной (или изобарой):
А = fc(T) = fp(T)\ (1.11)
3) зависимость концентрации (или парциального давления) вещества в объёме от температуры при постоянной величине адсорбции называется изостерой
С = fA(T), или p = f'A(T). (1.12)
Дифференциальное соотношение между ними выражается формулой:
(шШШ)е-1-
1.1.5. Физические характеристики адсорбции. Скорость адсорбции и скорость десорбции могут быть рассчитаны методами статистической термодинамики как скорости медленных процессов.
ЯП
— = а • ехр (-/3 ¦ С), (1.14)
где С — количество адсорбированного вещества, а, (3 — постоянные, зависящие от температуры.
Взаимодействие молекул компонентов раствора с атомами или молекулами поверхности твёрдого тела приводит к тому, что молекулы этих компонентов удерживаются в течение некоторого времени на границе раздела фаз. Чем больше энергия взаимодействия молекул вещества с поверхностью адсорбента, тем больше времени молекула находится
на поверхности раздела фаз, т. е. существует в адсорбированном состо-
янии [103].
Обратный процесс адсорбции — десорбция происходит в результате колебательного движения адсорбирующих молекул вдоль направления действия силы притяжения между адсорбентом и адсорбатом. Период таких колебаний tq составляет 10~13 с.
