 | Адсорбция |  |
Поглощение веществ поверхностью твердого тела
Анимация Описание Адсорбция - процесс, приводящий к аномально высокой концентрации вещества (адсорбата) из газообразной или жидкой среды на поверхности ее раздела с жидкостью или твердым телом (адсорбентом). Частный случай - сорбация. Адсорбция происходит под действием некомпенсированных сил межмолекулярного взаимодействия в поверхностном слое адсорбента, что вызывает притяжение молекул адсорбата из приповерхностной области; адсорбция приводит к уменьшению поверхностной энергии. В зависимости от характера взаимодействия молекул адсорбента и адсорбата различают физическую адсорбцию и хемосорбцию. Физическая адсорбция не сопровождается химическими изменениями молекул. При такой адсорбции молекулы могут образовывать не только мономолекулярный слой на поверхности адсорбента, но и адсорбироваться многослойно, а также мигрировать по поверхности. Процессы хемосорбции сопровождаются образованием связи между молекулами адсорбента и адсорбата. Адсорбированные молекулы через некоторое время (время десорбции) покидают поверхность адсорбата - десорбируются. Количество молекул, адсорбирующихся (десорбирующихся) в единицу времени на единице поверхности (с единичной поверхности), называются скоростью адсорбции (скоростью десорбции). При равенстве скорости адсорбции и десорбции имеет место адсорбционное равновесие. С ростом температуры время физической адсорбции и количество адсорбирующих молекул уменьшается, в то время как скорость хемосорбции обычно возрастает. Скорость адсорбции повышается с увеличением концентрации и, следовательно, ростом давления адсорбата в объеме. Зависимость степени заполнения поверхности адсорбированными молекулами при равновесной адсорбции от концентрации (давления) адсорбата при постоянной температуре называется изотермами адсорбции. Для описания многослойного покрытия поверхности адсорбента в системе газ- твердое тело существует несколько основных изотерм адсорбции. Наиболее общеупотребительная из них - изотерма Ленгмюра:  ,
где р - давление; q - относительная степень заполнения поверхности адсорбированными молекулами; k - константа, зависящая от температуры и характера взаимодействия между частицами адсорбента и адсорбата. Изотерма Ленгмюра может служить для описания как физической адсорбции, так и хемосорбции, однако область ее применения ограничена, как правило, низкими степенями заполнения, при которых молекулы адсорбата не взаимодействуют между собой. При более высоких значениях молекулы адсорбата притягиваются не только молекулами адсорбента, но и к друг другу, поэтому по мере заполнения поверхности условия для адсорбции становятся все более благоприятными и резко возрастает с повышением р, но при степенях заполнения, близких к единице, рост адсорбции резко замедляется. При дальнейшем увеличении давления происходит заполнение 2-го, 3-го и т.д. слоев молекулами адсорбата (полимолекулярная адсорбция). Если адсорбент имеет пористую структуру и его поверхность является смачиваемой по отношению к адсорбату, то происходит капиллярная конденсация. Процесс адсорбции сопровождается выделением тепла, называемого теплотой адсорбции, которое тем больше, чем прочнее связь между молекулами адсорбента и адсорбата. Теплота физической адсорбции составляет как правило 8-25 Кдж/моль, теплота хемосорбции превышает 80 кдж/моль. Сорбция - поглощение твердым телом или жидкостью (сорбентом) жидкого вещества или газа (сорбата) из окружающей среды. Поглощение вещества из газовой фазы всем объемом жидкого сорбента называется абсорбцией, поглощение вещества поверхностным слоем сорбента - адсорбцией. Поглощение вещества из газовой фазы всем объемом твердого тела или расплава - окклюзией. Извлечение из жидкости какого-либо компонента другой жидкости называется экстракцией. При сорбции паров с пористыми телами может происходить капиллярная конденсация. Обычно одновременно протекает несколько сорбционных процессов. Временные характеристики Время инициации (log to от 0 до 2); Время существования (log tc от 1 до 9); Время деградации (log td от 0 до 1); Время оптимального проявления (log tk от 2 до 6). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация Простейшая техническая реализация состоит в напуске природного газа в сосуд, снабженный манометром и содержащий некоторое количество обычного активированного угля. После напуска и герметизации сосуда в течение некоторого времени давление газа будет падать, что является результатом его адсорбции активированным углем. Применение эффекта Адсорбция играет важную роль в процессах теплообмена, разделения газовых и жидких смесей, в биохимических системах. Она является важнейшей стадией образования гетерогенных систем и главным фактором в стабилизации дисперсных систем. Литература  1. Сивухин Д.В., Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика.- М.: Наука, 1979.
|