Файл: Общая химия методичка.pdf

156 

Адсорбция из растворов имеет существенные отличия от газовой ад-

сорбции. Это вызвано следующими причинами: 



на адсорбенте может адсорбироваться не только растворенное веще-

ство, но и сам растворитель. Чем лучше протекает адсорбция растворителя, 

тем труднее будет адсорбироваться растворенное вещество; 



растворитель может растворять адсорбент. Чем лучше растворитель 

растворяет адсорбент, тем труднее протекает на нѐм адсорбция; 



скорость адсорбции из раствора зависит от скорости диффузии. В ре-

зультате  обеднения  извлекаемым  веществом  слоев  воды,  прилежащих  к 

адсорбенту, дальнейшая адсорбция определяется скоростью диффузии по-

глощаемого  вещества  к  адсорбенту.  Как  известно,  диффузия  в жидкостях 

достаточно медленный процесс, поэтому для ускорения адсорбции прибе-

гают к перемешиванию раствора. 

Правило выравнивания полярностей (М.А. Ребиндер): на полярных ад-

сорбентах лучше всего адсорбируются полярные адсорбаты из неполярных 

растворителей, а на неполярных – неполярные адсорбаты из полярных рас-

творителей. 

Поглощение растворенного вещества из раствора зависит от его строе-

ния.  

Адсорбция на подвижной поверхности раздела фаз - адсорбция ПАВ. 

Адсорбция на границе раствор – пар. 

В жидких растворах поверхностное натяжение σ является функцией 

от  концентрации  растворенного  вещества.  На  рис.  6.3  представлены  три 

возможных зависимости поверхностного натяжения от концентрации рас-

твора (изотермы поверхностного натяжения). 

157 

Рис. 6.3. Изотермы адсорбции поверхностного натяжения

поверхностно-инактивных 

веществ (кривая 1, 2) и поверхностно-активных веществ (3)

Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое. На границе раздела 

фаз молекулы ПАВ ориентированы полярной головой в сторону полярной 

фазы, неполярным хвостом в сторону неполярной фазы.  

При достижении максимального значения адсорбции молекулы ПАВ 

строго ориентированы и образуют плотный мономолекулярный слой (час-

токол  Лэнгмюра).  Это  позволяет  объяснить  существование  предельного 

значения адсорбции Г

max

. Зная площадь поверхности и максимальную ад-

сорбцию Г

max

 (число молей ПАВ на 1 м

2

), можно рассчитать размер моле-

кулы. 

S = 

– площадь поперечного сечения молекулы ПАВ 

Факторы,  влияющие  на  адсорбцию  веществ  -  природа  адсорбента, 

адсорбата и растворителя; на неполярном адсорбенте лучше адсорбируется 

неполярное вещество из полярного растворителя, а на полярном - полярное 

вещество из неполярного растворителя; чем лучше растворяется в данном 

растворителе адсорбат, тем хуже он из него адсорбируется; если раствори-

мость  вещества  увеличивается  с  повышением  температуры,  то  величина 

молекулярной  адсорбции  уменьшается.  Если  растворимость  вещества 

уменьшается  с  повышением  температуры,  то  величина  адсорбции  увели-

чивается  с  повышением  температуры;  адсорбция прямо пропорциональна 

удельной поверхности адсорбента; адсорбция зависит от концентрации ад-

сорбата в растворе и описывается уравнением Фрейндлиха и Лэнгмюра. 

158 

Уравнение Фрейндлиха: 

где  K  -  константа,  численно  равная  адсорбции  при  равновесной  концен-

трации, равной единице; n - константа, определяющая кривизну изотермы 

адсорбции, ее значение колеблется в пределах от 0,1 до 0,6. 

Уравнение  Фрейндлиха  применимо  при  средних  значениях  равновесных 

концентраций.  Для  нахождения  констант  его  логарифмированием  приво-

дят к уравнению прямой: lgKф + nlgc; 

Уравнение Лэнгмюра: 

где Г - адсорбция, моль/г; Г∞ - предельная адсорбция: количество адсорба-

та, покрывающего поверхность адсорбента плотным монослоем. Характе-

ризует адсорбционную способность адсорбента; α - константа адсорбцион-

ного равновесия, отражает способность адсорбата адсорбироваться, равна 

отношению констант скоростей десорбции и адсорбции; с  - концентрация 

вещества в растворе, моль/л. 

Адсорбцию характеризуют количеством молей или массой вещества, 

накапливающегося на границе раздела фаз в расчете на единицу массы ад-

сорбента  (моль/г)  или  на  единице  площади  поверхности  раздела  фаз 

(моль/см

2

 или г/см

2

). 

Ионообменная  адсорбция  -  это  процесс,  при  котором  твердый  ад-

сорбент обменивает свои ионы на ионы того же знака из жидкого раствора. 

Такой обменный ионный процесс аналогичен обменным химическим реак-

циям, но только протекает на поверхности твердой фазы. 

Ионообменная адсорбция имеет следующие особенности: 



специфична, т.е. к обмену способны только определенные ионы; 



не всегда обратима; 

159 



протекает более медленно, чем молекулярная адсорбция; 



может приводить к изменению рН среды. 

Вещества,  проявляющие  способность  к  ионному  обмену,  называются 

ионитами. В зависимости от того, какой вид ионов участвует в обмене, ио-

ниты подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты способны об-

менивать катионы, в т.ч. ион Н

+

, аниониты – анионы, в т.ч. ион ОН

–

. Суще-

ствуют также амфолиты, которые в зависимости от условий способны про-

являть как катионообменные, так и анионообменные свойства. 

Иониты имеют структуру в виде каркаса, «сшитого», обычно, ковалент-

ными  связями.  Каркас  имеет  положительный  или  отрицательный  заряд, 

скомпенсированный противоположным зарядом подвижных ионов (проти-

воионов), которые могут легко заменяться на другие ионы с зарядом того 

же знака. Каркас выступает в роли полииона и обусловливает нераствори-

мость ионита в растворителях. 

Различают  природные  и  синтетические  иониты.  Природные:  алюмоси-

ликатные  материалы  –  гидрослюда,  цеолиты  и  т.д.  Синтетические:  ионо-

обменные смолы, сульфитированные угли, ионообменные целлюлозы. 

Ионный обмен широко применяется в различных отраслях промышлен-

ности. Иониты применяют для очистки сточных вод, умягчения и обессо-

ливания воды, при производстве сахара, молока (для изменения его соле-

вого состава), вина (для предотвращения помутнения и понижения кислот-

ности). 

Адсорбцию подразделяют: 

а) на физическую – это адсорбция, вызванная вандерваальсовыми сила-

ми  взаимодействия  (невысокий  тепловой  эффект).  При  физической  ад-

сорбции между адсорбентом и адсорбатом происходит только межмолеку-

лярное взаимодействие, т.е. сцепление достаточно непрочное, и со време-

нем начинается обратный процесс − десорбции; 

б)  хемосорбцию  –  это  адсорбция,  сопровождающаяся  химическим 

взаимодействием адсорбента с поглощаемым веществом (возникают хими-

160 

ческие связи, значительный тепловой эффект). 

При химической адсорбции (хемосорбции) между адсорбентом и адсор-

батом возникает химическое взаимодействие, в результате чего между ни-

ми образуется третье вещество (рис. 6.4): 

4Al + 3O

2

 → 2Al

2

O

3

Рис. 6.4. Хемосорбция

    Химическая  сорбция  намного  прочнее  физической.  Ещѐ  одно  отличие 

между физической и химической сорбцией заключается в том, что при по-

вышении  температуры  физическая  адсорбция  уменьшается,  а  химическая 

увеличивается. 

   В  чистом  виде  физическая  и  химическая  адсорбция  встречаются  редко, 

чаще всего адсорбция включает элементы их обеих.  

   Адсорбция протекает самопроизвольно − энергия Гиббса при адсорбции 

имеет  отрицательное  значение: 



G

адс

<0.  Тепловой  эффект  имеет  отрица-

тельное значение 



Н

адс

<0. В то же время в процессе адсорбции происходит 

упорядочение адсорбированных частиц: 



S

адс

<0. 

При  физической  адсорбции  с  увеличением  температуры  энергия 

Гиббса  системы  возрастает  и  при  некоторой  Т

р

  наступает  равновесие: 

 
          адсорбция 
A                                        Aадс

            Десорбция 
 
     При повышении температуры равновесие сдвигается в сторону десорб-

ции.  Таким  образом,  вещество  можно  адсорбировать  при  невысокой  тем-

пературе и десорбировать при более высокой температуре. 

6.3. Поверхностно-активные (ПАВ) и