03Адсорбция твердым телом

Адсорбция на поверхности
твердого тела
План
1. Адсорбция на границе твердое тело – газ.
Физическая и химическая адсорбция.
2. Теория мономолекулярной адсорбции
Ленгмюра и полимолекулярной адсорбции
БЭТ. Уравнение Фрейндлиха.
3. Адсорбция на границе твердое тело –
раствор. Адсорбция електролитов.
4. Значение адсорбции.
Подготовила к.х.н., доц. Иванец Л.Н.
Основные различия между физической и
химической адсорбцией
Физическая адсорбция
1) Теплота адсорбции ~ 10 ÷ 30
кДж/моль
2) Скорость адсорбции W ~ a –
число ударов о стенку
3) Температурная зависимость
скорости W ~ a ~ T
4) Адсорбция неспецифична и ряд
по адсорбируемости сохраняется
на любом адсорбенте.
Химическая адсорбция
1) ~ 100 ÷ 300 кДж/моль
2) W  ae

E
RT
, где Е > 80 ÷ 120 кДж/моль
3)
Скорость
процесса
резко
увеличивается с температурой
4) Адсорбция специфична. Данный
газ может с одним адсорбентом
реагировать, с другим – нет.
Изотермы адсорбции на мелкопористом
(1), среднепористом (2) и
крупнопористом (3) адсорбентах
Влияние темпертуры на
процесс адсорбции
Зависимость объема адсорбированного
никелем водорода от температуры
Основные тезисы теории
адсорбции Ленгмюра:
Адсорбция локализована на
адсорбционных центрах
 Каждый адсорбционный центр
взаимодействует с одной
молекулой
 Адсорбированные молекулы не
взаимодействуют между собой
 Адсорбция – процес обратимый

Уравнение Ленгмюра :
KС
Г  Г
1  KС
При С <<1:
При С >>1:
Г  Г
Г  Г KC
1
Ê  , если Г = Г∞/2
C
Линейная форма уравнения:
1 1
1
1
 

à Ã∞ Ã  Ê C
Изотерма адсорбции Лэнгмюра
½Г∞
Уравнение Фрейндлиха:
x
1/ n
à   kC
m
k = Г, когда С = 1
Линейная форма уравнения:
ln Г = ln k + 1/n lnC
Изотерма адсорбции
Фрейндлиха
Г
Г
С
С
Графическое нахождение констант в
уравнении Фрейндлиха
lg Г  lg K  1 / n lg C
Характеристика уравнения
Фрейндлиха:
 Уравнение
получено эмпирически
(экспериментально);
 Применимо только для твердых
поверхностей;
 Справедливо только для средних
концентраций.
Схема строения адсорбционного
слоя по теории БЭТ
Полимолекулярная адсорбция
Г
С
А + В↔ АВ
АВ + В ↔ АВ2
АВ2 + В ↔ АВ3
Ориентация молекул ПАВ на
поверхности адсорбента
Гидрофобизация
гидрофильной
поверхности
Адсорбция твердыми телами
Величина адсорбции зависит от:
1. Размера поверхности адсорбента
чем > Sповерхности, тем > адсорбция.
2. Температуры (↑t ↓Г ).
3. Типа сорбента, его сродства к растворителю.
- гидрофильные сорбенты (силикагель SiO2, глина,
пористое стекло) для адсорбции полярных веществ из
неполярных (неводных) растворителей.
- гидрофобные сорбенты (активированный уголь,
графит, тальк) для адсорбции неполярных веществ из
полярных растворителей.
4. Заряда адсорбента и адсорбтива.
5. Концентрации адсорбтива.
Правило Панета-Фаянса
Из раствора адсорбируются те ионы, которые входят в
состав кристаллической решетки сорбента или образуют
с ним малорастворимое соединение.
Определить знак заряда поверхности AgI(крист.) полученного по реакции:
АgNО3(р) + КI(р) = АgI(крист.) + KNO3(р)
а) nАgNО3 = nКI : поверхность осадка не заряжена;
б) nАgNO3 > nКI :
в) nАgNО3 < nКI :
избыток АgNO3  Аg+ + NО3избыток КI  К+ + IАgI
+
+
+
АgI -
Ионообменная адсорбция
Ионообменная адсорбция – процесс, в
котором адсорбент и раствор обмениваются
между собой в эквивалентных количествах
одноименно заряженными ионами.
RM1 + М2+ → RM2 + M1+
обмен катионов
катионит
RА1 + А2- → RА2 + А1- обмен анионов
анионит
Схема структуры ионита (катионита)
+
+
1
+
+
+
+
+
+
+
2
3
+
+
1 – матрица ионита (каркас);
2 – функциональные группы ( ковалентно связаны с матрицей);
3 – противоионы ( электростатически связаны с
ионогенными группами)
По знаку обменивающихся ионов иониты
делятся:
1. Катиониты:
R – SO3– H+ ; R – COO–H+; R – S–H+
2. Аниониты:
R+ – OH–
3. Амфолиты:
N+(CH3)OH–
R
SO3–H+
R – матрица ионита
Обменная емкость
 это
количество ммоль эквивалентов
ионов, которые может обменять 1г сухого
или 1мл набухшего ионита на ионы,
находящиеся в растворе
СИ: [ммоль/г], [ммоль/мл]
Схема ионообменного обессоливания воды
II
анионит
I
катионит
Исходная вода
Диминерализованная вода
Катионит: 2R – An–H+ + CaCl2 ↔ (R – An–)2Ca2+ + 2HCl
Анионит: R – Kt+OH– + HCl ↔ R – Kt+Cl– + H2O
Ионная адсорбция зависит:
 От
величины заряда адсорбируемых ионов:
K+ ‹ Ca2+ ‹ Al3+ ‹ Th4+

От радиуса иона в сольватированном состоянии:
Li+ ‹ Na+ ‹ K+ ‹ Rb+ ‹ Cs+
увеличение гидратации
увеличение адсорбции
Хроматография
Хроматография - динамический метод
анализа, основанный на многократно
повторяющихся процессах сорбции и
десорбции.
А+В
А
В
Сущность хроматографии:
 это
процесс, основанный на различии в
скоростях движения исследуемых компонентов;
 динамический
 многократное
характер процесса;
повторение процессов сорбции и десорбции
Aдсорбционная хроматография
Сорбенты:
Полярные:
Неполярные:
- оксид алюминия (Al2O3 ∙nH2O)
- силикагель (SiO2 ∙ nH2O)
- крахмал
- целлюлоза
- активированный уголь
- графитированная сажа
Растворители:
вода, спирты, бензол, гексан и другие углеводороды
СОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ОРГАНИЗМЕ
ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ ТЕМ, ЧТО:
--поверхность кожи взрослого человека
около 1,5 м²;
-- площадь поверхности эритроцитов
крови человека около 3500 м²;
-- суммарная площадь поверхности 1 г
белка 6000 м²;
-- суммарная величина поверхностей
раздела
в
организме
несколько
десятков миллионов м².
Медико-биологическое значение темы:
1. Усвоение питательных и лекарственных веществ
2. Перенос О2 и СО2 из лёгких к тканям
3. Действие ферментов
4. Детоксикация организма:
а) Гемосорбция - очистка крови
б) Лимфосорбция - очистка лимфы.
5. Поглощение ядовитых веществ в желудочнокишечном тракте.
6. Хроматография:
- разделение смесей аминокислот;
- очистка лекарственных препаратов;
- количественное определение витаминов, гормонов;
- диагностика заболеваний
Сорбенты медицинского назначения
Гемосорбция
Биоспецифичний антипротеиназний гемосорбент
ОВОСОРБ
С кровяного русла удаляется избыток патогенных
сериновых протеиназ.
Показания: сепсис, общий гнойный перитонит,
острый панкреатит, ожоги, лучевая болезнь,
отторжения после трансплантации органов и
тканей