Молекулярная адсорбция

В зависимости от природы растворенного вещества - электро­лита или неэлектролита, его адсорбция на твердом адсорбенте может быть молекулярной или ионной

Молекулярная адсорбция– это адсорбция из раствора молекул растворенных неэлектролитов или слабых электролитов. Она зависит от:

– природы всех трех компонентов системы: адсорбента, рас­творителя, растворенного неэлектролита, и, прежде всего, от их полярности.

– концентрации раствора

– температуры

Существенным отличием адсорбции из раствора от ад­сорбции газа на твердой поверхности является наличие конку­ренции между растворенным веществом и растворителем за взаимодействие с активными центрами поверхности, причем рас­творителя значительно больше, чем растворенного вещества. По­этому, чем меньше растворитель взаимодействует с поверхно­стью адсорбента, тем лучше будет адсорбироваться растворен­ный неэлектролит.

Адсорбция растворителя на поверхности адсорбента называ­ется смачиванием. Смачивание зависит от полярностей раствори­теля и поверхности. Гидрофильные полярные адсорбенты (сили­кагель, глины, пористые стекла) смачиваются полярными раство­рителями, которые растекаются по ним, а гидрофобные (активированный уголь, сажа) непо­лярными (по правилу «подобное взаимодействует с подобным»). Рис. 1.12.

П Н П Н

П Н Н П

а) смачивание б) несмачивание

При смачивании адсорбента растворителем, то есть при ад­сорбции растворителя, уменьшается поверхностное натяжение адсорбента и энергия Гиббса системы. Система переходит в тер­модинамически устойчивое состояние. Поэтому в этом случае растворенный неэлектролит адсорбироваться из раствора не бу­дет. Если растворитель не смачивает поверхность, то на ней ад­сорбируется растворенное вещество.

Молекулярная адсорбция описывается правилом Ребиндера – правилом уравнивания полярностей. У него несколько формулиро­вок.

1) Чем хуже растворитель смачивает поверхность адсорбента, тем лучше на ней адсорбируется растворенный неэлектролит.

Для удобства применения этого правила и выбора условий молекулярной адсорбции удобно использовать схему (1.12 в.). Так, примером молекулярной адсорбции является метод гемосорбции и лимфосорбции. Это очень эффективный метод очистки крови больного от растворенных в ней токсинов – барбитуратов, фос­фороорганических веществ, алкалоидов, путем пропускания крови (ее перфузии) через адсорбент. Поскольку основой крови является полярный растворитель – вода то, согласно правилу Ре­биндера и схеме (1.12в), адсорбент должен быть неполярным. Действительно, для ге­мосорбции используется активированный уголь, модифициро­ванный так, чтобы уменьшить повреждение форменных элемен­тов крови.

П Н

2) На поверхности раздела фаз прежде всего адсорбируются те вещества, при адсорбции которых происходит выравнивание полярностей соприкасающихся фаз, причем с увеличением раз­ности полярностей фаз способность к адсорбции растворенных веществ возрастает.

Правило Ребиндера очень наглядно демонстрируется при ад­сорбции из раствора веществ с дифильной структурой с четкой ориентацией их молекул на границе раздела фаз, выравнивающей полярности фаз (рис. 1.13). Полярный фрагмент молекулы всегда обращен к полярной (гидрофильной) фазе – к воде, силикагелю, а неполярный фраг­мент – к неполярной (гидрофобной) фазе – бензолу, активиро­ванному углю.

Рис.1.13 Адсорбция ПАВ на границе раздела «Т – Ж»

Количество вещества, адсорбированного на поверхности твер­дого адсорбента можно рассчитать по формуле (1.6):

( 1.6.)

Ср и Со - равновесная и начальная концентрации растворенного вещества, моль/л.

m – масса адсорбента, г.

V – объем раствора, л.