Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Приведены также изотермы для более высоких температур.
Количественно процесс адсорбции из газовой фазы и из растворов хорошо описывается эмпирическим уравнением Фрейндлиха:
а = кр1/" ИЛИ \ga
lg k + -і-\gp,
(8.6)
50
где а — количество адсорбированного вещества; р — давление газа при достижении равновесия; кип — эмпирические константы для
данного адсорбента и данной температуры.
Уравнение адсорбции Ленгмюра хорошо описывает процессы адсорбции из газовой среды (предельную адсорбцию — насыщение):
Ь" (8.7)
ш
Я і
і гщ 5К
Iі/
......1/"' 30 зк
1
35 ЗК,
от
Oft 0,667 O?
Рис. 118. Изотермы адсорбции аммиака на активном угле по А. А. Титову
1 +Ьр
где & и Ь — постоянные величины.
Адсорбция из растворов осложняется тем, что сорбируется не только растворенное вещество, но и сам растворитель, занимая участки поверхности.
217
Назовем две общие закономерности адсорбции: 1) при прочих равных условиях сильнее адсорбируются те газы, которые легче конденсируются в жидкость или обладают более высокой температурой кипения в жидком состоянии; 2) при прочих равных условиях из раствора лучше сорбируются те вещества, которые обладают меньшей растворимостью. На этих положениях основан процесс избирательной адсорбции, который очень часто используется. Например, противогаз сорбирует примеси к воздуху, но мало задерживает воздух, так как температуры кипения 02 и Ы2 очень низкие. Избирательная адсорбция применяется в хроматографии для разделения веществ, адсорбированных из потока газа-носителя или из раствора.
Наряду с нейтральными молекулами из растворов могут сорбироваться ионы, которые приносят на поверхность адсорбента электрические заряды. Эти заряды - исчезают при ионообменном процессе, так как поверхность адсорбента посылает ионы этого же знака в раствор:
А№ + Н+-*АН + № +
где А — адсорбент, в составе которого имеются ионы Ыа+. Заряды могут сохраняться на данной поверхности, могут и нейтрализовать свой потенциал, притягивая ионы противоположного знака из раствора. Это приводит к образованию сложных слоев на поверхности, например, металла, погруженного в электролит (А. Н. Фрумкин, Пои, Штерн). Обычно в этих случаях положительные ионы сорбируются на поверхностях, имеющих кислотный характер (силикаты), а отрицательные ионы, наоборот, лучше сорбируются на поверхностях, имеющих основный характер (гидроксиды и т. д.)
В настоящее время адсорбция широко применяется в различных отраслях техники: поглощение отдельных компонентов из потока газа; регенерация растворителей, испаряющихся в технологических процессах; извлечение редких металлов и их соединений; очистка воды от ионов и т. д. Кроме того, адсорбция используется как инструмент тонкого исследования составов газов и растворов — хроматография.
8.4. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ
Дисперсные системы образуются в результате распределения одного вещества в состоянии тонкого дробления (измельчения) — дисперсоид — в другом, представляющем собой непрерывную фазу, — дисперсионная среда. Дисперсные системы — это дымы, туманы, эмульсии или суспензии, а также коллоидные растворы.
Дисперсные системы являются микрогетерогенными — в них частички дисперсоида можно наблюдать оптическими методами (микроскоп или ультрамикроскоп).
По степени дисперсности, определяемой величиной обратного диаметра частиц (0 = \/й), дисперсные системы разделяются на высокодисперсные — коллоидные растворы (размер частиц до
218
200,0 нм, или 2 • 10~7 м, а степень дисперсности 107—109) и грубо-дисперсные (размеры частиц >10~7 м и степень дисперсности <107).
Устойчивость дисперсных систем определяется величиной й свойствами удельной поверхности дисперсоида.
При дроблении вещества его поверхность резко возрастает, что может быть показано следующим расчетом. Возьмем 1 см3 вещества в виде целого куба. Его общая поверхность 5=6 см2; D = 1/10 ~ == 102. Разделим этот куб на отдельные кубики со стороной, равной Ю-4 см, и подсчитаем общую поверхность всех кубиков, число которых будет 1012:
S = 6-10-bCMM0I2 = 6.10W==6M2; ?> = 1/10-° = 10е.
Как видим, нем выше степень дисперсности, тем больше проявится поверхностная энергия диспергированного вещества.
Избирательная адсорбция на поверхности частиц дисперсоида полярных молекул или ионов приводит к возникновению электрического потенциала, который не дает возможности частицам слипаться друг с другом при столкновениях и тем самым уменьшать величину поверхности и степень дисперсности. Наличие электрического потенциала на частицах дисперсоида увеличивает устойчивость дисперсных систем. Так, например, отходящие производственные газы, содержащие высокодисперсные частицы твердого тела (дым) или жидкости (туман), можно очистить от них только при помощи электрофильтров, перезаряжая эти частицы в электрическом поле и осаждая их на заземленные сетки (электрофильтры).
Собственное осаждение дисперсных систем возможно только до определенной степени дисперсности, так как скорость осаждения, при прочих равных условиях, зависит от квадрата радиуса частицы.
