IV. Adsorpcja.

Adsorpcja jest podstawowym zjawiskiem powierzchniowym poprzedzającym wielką liczbę procesów fizycznych i chemicznych przebiegajacych na powierzchni graniczących ze sobą faz.Adsorpcja jest to zjawisko zmiany stężenia substancji na powierzchni.

Proces rozdzielania w kolumnie chromatografu, wypelnionej adsorbentem opiera się na zjawisku adsorpcji. Następują międzymolekularne oddziaływania składników próbki z fazą stacjonarną. Oddziaływania te można podzielić na 4 grupy.

a)oddziaływania orientacyjne - są one skutkiem wzajemnego oddziaływania trwałych dipoli i zależą głównie od temp..

b)oddzialywania indukcyjne - występują one między dipolem trwałym i dipolem nietrwałym indukowanym przez dipol trwały sąsiednich cząsteczek. Są one względnie słabe.

c)oddzialywanie dyspersyjne - siły dyspersyjne pojawiają się jako skutek wzajemnego oddziaływania poruszających się elektronów 2 sąsiednich układów elektronowych. Nawet niepolarne cząsteczki na skutek nieustającego ruchu elektronów stają się nieelektrycznie niesymetryczne i mają momenty dipolowe, które kompensują się w czasie. Cząsteczki takie, jako zmienne dipole oddziałują polaryzująco na inne układy elektronowe i dochodzi do oddziaływania elektrokinetycznego.

d)oddziaływania specyficzne - zaliczają się tu w pierwszym rzędzie oddziaływania donorowo - akceptorowe, które występują pomiędzy jednym składnikiem zawierającym układ п - elektronowy i wykazującym niewielką energię jonizacji a drugim składnikiem o dużym powinowactwie do elektronów.

2. Adsorpcja na granicy faz:ciało stałe - gaz, ciało stałe - ciecz.

Ciało stałe ma zdolność sorbowania z fazy gazowej na swojej powierzchni par, gazów i cieczy znajdujących się w stanie wielkiego rozproszenia oraz substancji rozpuszczonych z roztworu.

Energia powierzchniowa ciała stałego jest tym większa im większa jest jego powierzchnia właściwa, to jest powierzchnia jednego grama w cm².

Po zetknięciu się gazu z pow. absorbentu w układzie zamkniętym ustala się po odpowiednim czasie równowaga, zwana równowagą adsorpcyjną.

f(a,p,T)=0

gdzie:

a - pojemność sorpcyjna, czyli ilość substancji w warstwie powierzchniowej na gram sorbentu

p - ciśnienie równowagowe

T - temperatura

Ponieważ w równaniu występują 3 parametry, można rozpatrywać równowagę adsorpcyjną w trojaki sposób.

a)Jeżeli T=const, to równowagę można przedstawić równaniem izotermy adsorpcji

a=f(p)_T

b)Jeżeli p=const, to równowagę zapisujemy równaniem izobary adsorpcji:

a=f(T)_p

c)Jżeli a=const, to będziemy mieli równowagę opisaną równaniem izostery adsorpcji:

p=f(T)_a

3. Izoterma Freundlicha

X - ilość zaadsorbowanej substancji

m - masa sorbentu

p - ciśnienie gazu

k,n - wielkości stałe dla danego sorbentu

4. Izoterma Langmuira

W modelu tym zakłada się, że:

-na pow. adsorbentu znajduje się określona liczba miejsc aktywnych

-na każdym z tych miejsc może zaadsorbować się tylko jedna cząsteczka adsorbatu

-wiązanie z adsorbentem może być chemiczne lub fizyczne, lecz dostatecznie silne, aby cząsteczki zaadsorbowane nie przemieszczały się po powierzchni

-brak oddziaływania pomiędzy cząsteczkami adsorbatu w warstwie powierzchniowej

W równowadze termodynamicznej szybkość adsorpcji równa się szybkości desorcji:

5.Teoria wielowarstwowej adsorpcji BET.

Założenia w teorii BET:

-powierzchnia adsorbentu jest jednorodna

-cząsteczki w pierwszej monowarstwie są zlokalizowane

-każda cząsteczka w pierwszej monowarstwie jest miejscem do adsorpcji cząsteczki w drugiej warstwie, cząsteczki zaś w drugiej warstwie są miejscem do adsorpcji cząsteczek w kolejnej 3 warstwie

-energia adsorpcji cząsteczek w pierwszej monowarstwie jest większa od energii przyłączenia następnych warstw, które już nie różnią się między sobą.

6. Adsorbenty. Właściwości.

Adsorbenty nieporowate otrzymuje się przez strącanie krystalicznych osadów np. BaSO₄ lub przez mielenie szklistych lub krystalicznych ciał stałych. Adsorbenty te mają niewielką powierzchnię właściwą. Do tej grupy należą czarne sadze, białe sadze, aerozole krzemionkowe, sadze grafitowe.

Adsorbenty porowate - stosowane są powszechnie do pochłaniania gazów i par, do osuszania, adsorpcyjnego rozdzielania składników mieszanin, oczyszczania roztworów itp. Charakterystyczną cechą tej grupy adsorbentów są pory:

-mikropory - promienie do 2 nm

-mezopory - promienie od 2 - 200 nm

-makropory - promienie powyżej 200 nm

Do adsorbentów porowatych należą min.:żele krzemionkowe, tlenki glinowe, węgle aktywne, sita molekularne, szkła porowate, polimery organiczne modyfikowane, diatomity silanizowane.

---