Sorbcinis valymas. Adsorbcija ir jos savybės

ADSORBCIJA (adsorbcija; lotyniškai ad - ant, with ir sorbeo - absorbuoti) - dujų, garų ar ištirpusių medžiagų sugėrimas kietos medžiagos ar skysčio paviršiumi Kūnas, kurio paviršiuje vyksta adsorbcija, vadinamas adsorbentu, adsorbuota medžiaga yra adsorbcinė arba. adsorbuoti. Dujų adsorbciją kietosiomis medžiagomis (anglis) atrado švedų chemikas C. W. Scheele 1773 m. ir nepriklausomai italų Fontana 1777 m.; medžiagų adsorbcija iš tirpalų anglimi – rusų chemikas akademikas T. E. Lovitzas 1785 m. Adsorbcijos skysčio paviršiuje galimybę ir šio reiškinio ryšį su paviršiaus įtempimu pirmą kartą teoriškai įrodė amerikiečių matematikas ir fizikas J. W. Gibbsas 1876 m. Vėliau buvo įrodyta, kad adsorbcija yra itin dažnas reiškinys ir randamas beveik visur, kur dujos, garai ir ištirpusios medžiagos liečiasi su skysčio ar kietos medžiagos paviršiumi.

Skiriama fizinė ir cheminė adsorbcija. Pirmuoju atveju adsorbuotos molekulės išlaiko savo individualumą; Vykstant cheminei adsorbcijai, dar vadinamai chemisorbcija, adsorbuotos medžiagos molekulė įeina į cheminį ryšį su adsorbento paviršiumi. Fizinė adsorbcija, kuri paprastai vadinama tiesiog adsorbcija, yra grįžtamasis procesas, kuris baigiasi adsorbcijos pusiausvyros nusistatymu, kai adsorbcijos greitis yra lygus atvirkštinio proceso – desorbcijos – greičiui. Chemisorbcija paprastai yra negrįžtama.

Adsorbciją dažnai lydi absorbcija (žr.), chemisorbcija ir adsorbento garų kondensacija adsorbento porose. Visais šiais atvejais sudėtingas absorbcijos procesas vadinamas sorbcija (žr.).

Adsorbcijos kiekis skysčio, besiribojančio su dujomis ar kitu skysčiu, paviršiuje nėra tiesiogiai matuojamas, bet apskaičiuojamas naudojant Gibbso lygtį:

čia G – adsorbuotos medžiagos kiekis moliais 1 cm 2 skysčio paviršiaus, C – adsorbento molinė koncentracija skystyje, R – dujų konstanta pagal Clapeyrono-Mendelejevo lygtį, T – absoliuti temperatūra, Δσ yra paviršiaus įtempimo pokytis, atitinkantis adsorbento koncentracijos pokytį ΔC .

Dujų arba ištirpusios medžiagos adsorbcijos kiekis ant kieto adsorbento matuojamas tiesiogiai ir išreiškiamas adsorbuotos medžiagos moliais 1 g adsorbento. Adsorbuotų dujų kiekis paprastai nustatomas pagal adsorbento, kuris sugėrė dujas, svorio padidėjimą; ištirpusios medžiagos adsorbcijos kiekį lemia jos koncentracijos tirpale sumažėjimas.

Adsorbcijos reikšmės pastovioje temperatūroje priklausomybė nuo adsorbento pusiausvyros koncentracijos, išreikšta grafiškai arba lygties forma, vadinama adsorbcijos izoterma. Fig. parodyta tipinė eksperimentinė adsorbcijos izoterma. Esant labai mažoms koncentracijoms, adsorbcijos dydis yra proporcingas koncentracijai, kuri išreiškiama tiesine adsorbcijos izotermos eiga mažų koncentracijų srityje. Toliau didėjant koncentracijai, adsorbcijos vertės augimas sulėtėja. Esant labai didelėms koncentracijoms, adsorbcijos reikšmė pasiekia ribinę vertę, kuri paaiškinama adsorbento paviršiaus prisotinimu adsorbento molekulėmis, sudarančiomis monomolekulinį adsorbcijos sluoksnį. Tais atvejais, kai adsorbcijos sluoksnis yra polimolekulinis arba adsorbciją apsunkina kapiliarinė kondensacija (žr. Sorbcija), absorbcijos izoterma turi sudėtingesnę formą.

Praktikoje, norint analitiškai išreikšti adsorbcijos izotermą esant vidutinėms koncentracijoms, dažniausiai naudojama Freundlicho lygtis:

a = kcn,

kur a yra adsorbcijos vertė moliais 1 g adsorbento, c yra koncentracija moliais 1 litre, k ir n yra konstantos. Konstanta k skaitine prasme lygi adsorbcijos vertei, kai koncentracija lygi 1; jo reikšmė lemia kreivės aukštį virš x ašies ir kinta plačiose ribose, priklausomai nuo adsorbento ir adsorbuojančios medžiagos pobūdžio. Konstanta n lemia izotermos kreivumą; jo skaitinė reikšmė mažai kinta priklausomai nuo adsorbento ir adsorbcinio pobūdžio ir svyruoja nuo 0,1 iki 0,6. Freundlicho lygtis grafiškai pavaizduota kaip parabolinė kreivė (pav.).

Didesniam koncentracijų diapazonui dažniau naudojama Langmuiro lygtis:

kur a ir c turi tas pačias reikšmes kaip ir Freundlicho lygtyje, a∞ ir α yra konstantos, kurių skaitinės reikšmės priklauso nuo adsorbento ir adsorbuojančios medžiagos pobūdžio. Jų konstanta yra lygi maksimaliai adsorbcijos vertei, atitinkančiai visišką absorberio paviršiaus prisotinimą adsorbento molekulėmis. Konstanta α yra lygi desorbcijos greičio konstantos ir adsorbcijos greičio konstantos santykiui.

Be adsorbento koncentracijos, adsorbcijos dydis priklauso nuo adsorbento ir adsorbuojančios medžiagos pobūdžio; Adsorbcija didėja didėjant savitajam absorberio paviršiaus plotui. Tos pačios homologinės serijos organinių medžiagų adsorbcijos vertė padidėja maždaug 3 kartus, kai angliavandenilių grandinė padidėja viena CH 2 grupe (Duclos-Traube taisyklė). Adsorbcijos kiekis, kaip taisyklė, mažėja didėjant temperatūrai. Adsorbcijos iš tirpalų kiekis priklauso nuo tirpiklio pobūdžio: kuo geriau medžiaga ištirpsta tam tikrame tirpiklyje, tuo blogiau ji iš jo adsorbuojama.

Adsorbcija iš stiprių elektrolitų tirpalų skirstoma į šias rūšis: ekvivalentinė adsorbcija, kai elektrolito katijonai ir anijonai adsorbuojami lygiaverčiais kiekiais; selektyvinė adsorbcija – šiuo atveju elektrolito katijonai arba anijonai yra selektyviai adsorbuojami; adsorbento paviršius įgauna atitinkamai teigiamą arba neigiamą elektros krūvį. Jonų mainų adsorbcija – tai katijonų arba anijonų mainai tarp adsorbento ir tirpalo (žr. Jonų mainai).

Sočiame adsorbciniame sluoksnyje adsorbuojančios molekulės yra orientuotos, pavyzdžiui, vandeninių tirpalų paviršiuje, į tirpalą panardinamos adsorbuotų molekulių polinės grupės. Molekulių orientacijos prisotintame adsorbcijos sluoksnyje samprata suvaidino svarbų vaidmenį tiriant biologinių membranų struktūrą.

Adsorbcijos reiškinių praktinė reikšmė labai didelė. Adsorbcija yra audinių dažymo, odos rauginimo ir pan. Adsorbcija yra pradinis bet kokių medžiagų įsisavinimo ląstelių ir audinių proceso etapas. Fermentų sąveikos su substratais, antikūnų su antigenais, biologinių membranų poliarizacijos ir depoliarizacijos procesai taip pat glaudžiai susiję su adsorbcija.

Adsorbcija vaidina svarbų vaidmenį vykstant daugeliui katalizinių reakcijų (žr. Katalizė) ir koloidinių tirpalų chemijoje.

Nemažai adsorbentų (anglis, kaolinas, geležies hidroksidas, jonų mainų dervos ir kt.) naudojami kaip priešnuodžiai (žr.) surišant į virškinamąjį traktą patekusius nuodus ir toksinus, taip pat žarnyno dujų adsorbcijai esant vidurių pūtimui (žr. ). Aktyvuota anglis naudojama kaip adsorbentas karinėse ir pramoninėse dujokaukėse. Adsorbcijos technologijoje jis naudojamas medžiagoms, įskaitant medicinines, gryninimui, vertingų lakiųjų tirpiklių regeneravimui, sudėtingų mišinių atskyrimui ir analizei (žr. Chromatografija).

Bibliografija: Adomas N.K. Paviršių fizika ir chemija, vert. iš anglų kalbos, M.-L., 1947 m. Bladergren V. Fizikinė chemija medicinoje ir biologijoje, vert. iš vokiečių kalbos, M., 1951; Brunauer S. Dujų ir garų adsorbcija, trans. iš anglų k., t. 1, M., 1948, bibliogr.; Mak Ben D.V. Dujų ir garų sorbcija naudojant kietas medžiagas, trans. iš anglų kalbos, M.-L., 1934 m.

Adsorbcija (iš lotynų kalbos ad - on, with ir sorbeo - sugerti)

įsisavinimas k.-l. medžiagos iš dujinės terpės ar tirpalo, kurių paviršinis sluoksnis yra skystas arba kietas. Pavyzdžiui, jei įdėsite gabalėlį anglies į vandeninį acto rūgšties tirpalą, tada atsitiks A. - tirpale sumažės rūgšties kiekis, rūgšties molekulės susikaups anglies paviršiuje. A. ir absorbcija - absorbcija kūno tūryje yra apjungiama bendru sorbcijos terminu. A. fenomenas pradėtas tirti XVIII amžiaus II pusėje. (Scheele , 1773), nors neabejotina, kad praktinėje žmonijos veikloje A. buvo naudojamas nuo neatmenamų laikų. A. doktrina yra bendresnės daugiakomponentinių nevienalyčių sistemų teorijos dalis, kurios pagrindus padėjo W. Gibbsas (1876). A. reiškinys glaudžiai susijęs su ypatingomis paviršinio sluoksnio medžiagos savybėmis. pavyzdžiui, molekulės, esančios skysčio ir garų fazės sąsajoje, yra įtraukiamos į skystį, nes jas labiau traukia skysčio tūryje esančios molekulės nei garų molekulės, kurių koncentracija yra daug kartų mažesnė už koncentraciją. skysčio. Dėl šio vidinio potraukio paviršius susitraukia ir jam kiekybiškai būdingas paviršiaus įtempimas (žr. Paviršiaus įtempimas). Dėl tos pačios priežasties bet kurios kitos medžiagos molekulės, atsidūrusios šalia paviršiaus, bus pritrauktos prie jo ir po A., vidinė trauka iš dalies kompensuojama trauka iš adsorbcijos sluoksnio ir sumažėja paviršiaus įtampa. . Gibbsas išvedė formulę, susiejančią A reikšmę su paviršiaus įtempimo pokyčiais. Medžiagos, kurių paviršiaus įtempis labai sumažėja, paprastai vadinamos aktyviosiomis paviršiaus medžiagomis.

Medžiaga, kurios paviršiuje vyksta absorbcija, vadinama adsorbentu, o medžiaga, absorbuota iš tūrinės fazės, vadinama adsorbatu. Atsižvelgiant į adsorbato molekulės ir adsorbento sąveikos pobūdį, absorbcija paprastai skirstoma į fizinę absorbciją ir chemisorbciją. Mažiau patvarus fizinis deguonis nėra lydimas reikšmingų adsorbato molekulių pokyčių. Ją sukelia tarpmolekulinės sąveikos jėgos, kurios suriša molekules skysčiuose ir kai kuriuose kristaluose ir pasireiškia labai suslėgtų dujų elgsena. Chemisorbcijos metu adsorbato ir adsorbento molekulės sudaro cheminius junginius. Dažnai absorbciją lemia ir fizinės, ir cheminės jėgos, todėl nėra aiškios ribos tarp absorbcijos ir chemisorbcijos fizikos.

Fiziškai adsorbuotos molekulės daugiau ar mažiau laisvai juda paviršiumi, o jų savybės dažnai yra panašios į labai plono dujų sluoksnio, vadinamojo, savybes. dvimatės dujos. Jie gali kauptis grupėmis, sudarydami dvimačio skysčio arba dvimatės kietosios medžiagos sluoksnį. Adsorbuotos molekulės anksčiau ar vėliau palieka paviršių – desorbuojasi. Laikas, per kurį molekulė yra paviršiuje, vadinamas laiku A. Laikai A. gali svyruoti labai plačiose ribose. Absorbcijos greitis (atitinkamai desorbcijos greitis) yra adsorbuotų (arba desorbuotų) molekulių skaičius per laiko vienetą, abi dydžių vertės yra susijusios su adsorbento paviršiaus arba masės vienetu. Chemisorbcijos greitis, kaip ir bet kurio cheminio proceso greitis, dažniausiai didėja didėjant temperatūrai (vadinamoji aktyvuota sorbcija, žr. Chemisorbcija). Jei absorbcijos ir desorbcijos greitis yra lygus vienas kitam, tada jie sako, kad buvo nustatyta adsorbcijos pusiausvyra. Pusiausvyros būsenoje adsorbuotų molekulių skaičius išlieka pastovus neribotą laiką, jei išorinės sąlygos (slėgis, temperatūra ir kt.) išlieka nepakitusios.

Adsorbuotos molekulės ne tik juda išilgai adsorbento paviršiaus, bet ir svyruoja, kartais artėja prie paviršiaus, kartais tolsta nuo jo. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo intensyvesnis vibracinis judėjimas, taigi, tuo didesnė tikimybė, kad tokių virpesių metu ryšys tarp molekulės ir paviršiaus nutrūks ir molekulė bus desorbuota. Dėl šios priežasties, kylant temperatūrai, mažėja absorbcijos laikas ir adsorbuotų molekulių pusiausvyros skaičius.

Didėjant adsorbato koncentracijai ar slėgiui tūryje, didėja adsorbato molekulių atsitrenkimo į adsorbento paviršių dažnis; proporcingai jai didėja absorbcijos greitis ir didėja adsorbuotų molekulių pusiausvyrinis skaičius. Pusiausvyros deguonies priklausomybės nuo adsorbato koncentracijos arba slėgio kreivės esant pastoviai temperatūrai vadinamos deguonies izotermomis.

Jei adsorbatas padengia paviršių vienos molekulės storio sluoksniu, adsorbatas vadinamas monomolekuliniu. Paprasčiausia monomolekulinio deguonies izoterma yra tiesi linija, besitęsianti nuo koordinačių pradžios, kur adsorbato slėgis vaizduojamas ant abscisių ašies. R, o ordinačių ašyje paviršiaus užpildymo laipsnis Θ , y., adsorbuotų molekulių padengta paviršiaus dalis. Tai yra vadinamasis Henrio izoterma:

Proporcingumo koeficientas k daugiausia priklauso nuo temperatūros ir adsorbento-adsorbato sąveikos pobūdžio.

Henrio lygtis galioja esant labai žemam vienalyčiam paviršiui užpildymo laipsniui. Didėjant užpildymo laipsniui, vis svarbesnį vaidmenį pradeda vaidinti adsorbuotų molekulių sąveika ir jų paviršiaus mobilumo intensyvumas. Jei adsorbato molekulės traukia viena kitą, kiekvieną naujai adsorbuotą molekulę trauks ir adsorbatas, ir anksčiau adsorbuotos molekulės. Todėl užpildant paviršių didės adsorbuotą molekulę laikančios jėgos ir sąlygos absorbcijai taps vis palankesnės. Tokiu atveju, didėjant slėgiui, izoterma kyla vis stačiau (žr. kreivė 1 ). Tačiau, kai paviršius užpildomas naujai adsorbuotomis molekulėmis, tampa vis sunkiau ant paviršiaus rasti laisvą (neužimtą kitų adsorbato molekulių). Todėl, didėjant slėgiui, A. augimas sulėtėja, o padengimo laipsnis linkęs į pastovią vertę, lygią vienybei (žr. kreivė 2 , kuri būdinga nesant abipusio adsorbato molekulių traukos). Jei veikia abu šie veiksniai, gaunamos įgaubtos-išgaubtos izotermos (žr. kreivė 3 ).

Išgaubtos izotermos (žr kreivė 2 ) dažnai apibūdinama Langmuiro lygtimi

Čia a - adsorbcijos koeficientas, fizine prasme panašus į Henrio konstantą k. Langmuiro lygtis galioja monomolekuliniam deguoniui vienalyčiame paviršiuje, jei galima nepaisyti adsorbato molekulių traukos tarp savęs ir jų judumo paviršiuje.

Toliau didėjant slėgiui, užpildomas antrasis, trečiasis ir kt. sluoksniai, t.y. atsiranda polimolekulinis A Jei adsorbentas turi siauras poras ir yra sudrėkintas adsorbato (žr. Drėkinimas). , tada porose gali susidaryti kondensatas esant mažesniam slėgiui nei adsorbato sočiųjų garų slėgis. Šis reiškinys vadinamas kapiliariniu kondensatu (žr. Kapiliarinis kondensatas). Kietųjų adsorbentų paviršius (Žr. Adsorbentai) dažniausiai būna nevienalytis adsorbcijos savybėmis: vienos paviršiaus sritys geriau, kitos blogiau adsorbuojasi. Esant žemam slėgiui, deguonis vyrauja aktyviausiose paviršiaus vietose, didėjant slėgiui, mažiau aktyvios vietos užpildomos. Tačiau griežtai kalbant, purškimas vyksta vienu metu visame paviršiuje, o eksperimentiniu būdu gauta izoterma yra izotermų, kurių kiekviena atitinka tam tikrą paviršiaus tipą, suma. Dėl šios priežasties eksperimentinės monomolekulinio deguonies izotermos gali labai skirtis nuo kreivių, parodytų paveikslėlyje ryžių.

Beveik visada trinties procesą lydi šilumos išsiskyrimas, vadinamas aliuminio šiluma. Nors trinties šiluma nėra vienintelis trinties stiprumą apibūdinantis veiksnys, dažniausiai kuo aliuminis stipresnis, tuo didesnis jo stiprumas. karštis. Chemisorbcijos šiluma paprastai yra kelios dešimtys kcal/mol, fizinis karštis retai viršija 10 kcal/mol(40 kJ/mol). Užpildžius nehomogeninį paviršių, atmosferos šiluma dažniausiai mažėja. Judant į polimolekulinio deguonies sritį, deguonies šiluma sumažėja iki vertės, artimos adsorbato kondensacijos šilumai.

A. vaidina svarbų vaidmenį šilumos mainuose tarp dujinių, skystų ir kietų kūnų. pavyzdžiui, dujų molekulės, adsorbuotos ant karšto paviršiaus, įgyja paviršiaus temperatūrą atitinkančią energiją, o po desorbcijos perduoda šią energiją kitoms dujų molekulėms, jas kaitindamos. Tai ne vienintelis, bet svarbus šilumos perdavimo mechanizmas.

A. yra vienas iš lemiamų veiksnių stabilizuojant koloidines sistemas (žr , Micelė, koaguliacija) ir vienas iš svarbiausių heterogeninių sistemų reakcijų etapų, ypač heterogeninėje katalizėje (žr. Topocheminės reakcijos, Katalizė). Biologinėse sistemose A. yra pirmoji įvairių medžiagų iš aplinkos absorbcijos submikroskopinėmis koloidinėmis struktūromis, organelėmis, ląstelėmis ir audiniais etapas, biologinių membranų funkcionavimas, pirmieji fermentų sąveikos su substratu etapai, apsauginės reakcijos nuo toksinės medžiagos, absorbcijos procesai – visa tai siejama su A. Daugelis adsorbentų (aktyvinta anglis, kaolinas, jonų mainai ir kt.) tarnauja kaip priešnuodžiai, sugeriantys ir pašalinantys iš organizmo kenksmingas medžiagas, kurios patenka į virškinamąjį traktą. A. naudojamas dujų ir skysčių mišiniams atskirti, dujoms ir skysčiams džiovinti ir valyti (pvz., oro valymui dujokaukėse). Vienas iš seniausių A. naudojimo būdų yra vyno valymas. Moksle ir technikoje didelę reikšmę įgijo chromatografinis analizės metodas, pagrįstas skirtingu analizuojamo mišinio komponentų gebėjimu oksiduotis (žr. Chromatografija). A. taip pat naudojamas biologiškai aktyvių medžiagų gamybai ir gryninimui – vitaminams, fermentams, hormonams, antibiotikams ir kt.

Dažydama audinius poligrafijos pramonė susiduria su A. dažų molekulėmis. Gaminant polimerus, kaip užpildai naudojami adsorbentai. Vakuuminėje technologijoje aliuminis ant išpumpuojamos įrangos sienelių sulėtina siurbimo greitį ir pablogina vakuumą, tačiau, kita vertus, įvairių sorbcinių siurblių veikimas pagrįstas aliuminio reiškiniu pramonėje aliuminis naudojamas puslaidininkinių įtaisų elektrinėms savybėms stabilizuoti. Apskritai visuose reiškiniuose ir procesuose, kuriuose paviršiaus savybės yra reikšmingos, aliuminis vaidina svarbų vaidmenį.

Į IR. Šimulis.

Didžioji sovietinė enciklopedija. - M.: Tarybinė enciklopedija. 1969-1978 .

Adsorbcija Varomoji jėga

Medžiagos ant paviršiaus.

Fizinė adsorbcija. Adsorbuotas sluoksnis yra sujungtas su paviršiumi silpnomis tarpatominėmis jungtimis, pavyzdžiui, van der Waals jėgomis. Fizinės adsorbcijos šiluma, kaip taisyklė, yra nedidelė ir retai viršija kelias dešimtis kJ/mol (apie 40 kJ/mol). Fizinės adsorbcijos procesas yra grįžtamasis, neaktyvuojamas ir vyksta labai greitai, kai tik adsorbato molekulės atsiranda ant kieto ar skysto kūno paviršiaus. Dažniausiai fizinė adsorbcija yra susijusi su paviršiaus sąveika su dujų faze. Adsorbuotų dujų kiekis mažėja mažėjant slėgiui ir kylant temperatūrai.

Į R

R

(A) ir temperatūra ( b) (paaiškinimai tekste)

Kur A Į(2.5) lygtyje.

Adsorbcijos procesą beveik visada lydi šilumos išsiskyrimas, kuris vadinamas adsorbcijos šiluma. Adsorbcijos sluoksnio stiprumas yra proporcingas adsorbcijos šilumai.

2.1 pav. b

Cheminė adsorbcija. Chemisorbcija – tai medžiagų absorbcijos iš aplinkos skysto ar kieto kūno paviršiumi procesas, lydimas cheminių junginių susidarymo. Chemisorbcijos metu išsiskiria didelis šilumos kiekis. Paprastai chemisorbcijos šiluma svyruoja nuo 80 iki 125 kJ/mol. Deguonies sąveika su metalais (oksidacija) suteikia žymiai didesnes šilumos vertes, siekiančias 400 kJ/mol.

ŽIŪRĖTI DAUGIAU:

Adsorbcija chemijoje

Įvadas

Adsorbcija – tai medžiagos absorbcijos procesas iš dujų, garų ar tirpalų mišinio kieto kūno – adsorbento – paviršiumi arba porų tūriu.

Adsorbcijos reiškinys žinomas labai seniai. Natūralios medžiagos, tokios kaip smėlis ir dirvožemis, buvo naudojamos vandeniui valyti nuo pat žmonių visuomenės aušros. XVIII amžiaus pabaigoje K. Scheele ir tuo pat metu Fontana atrado šviežiai degintos anglies savybę sugerti įvairias dujas tūriais, kelis kartus didesniais už savo tūrį. Netrukus paaiškėjo, kad sugerto tūrio kiekis priklauso nuo anglies rūšies ir dujų pobūdžio. TIE. Lovitzas 1785 m. atrado anglies adsorbcijos skystoje terpėje reiškinį, jį išsamiai ištyrė ir pasiūlė naudoti anglį vaistams, alkoholiui, vynui ir organiniams junginiams valyti. Lovitzas parodė, kad anglis gali greitai išvalyti sugadintą vandenį ir padaryti jį geru. O dabar pagrindinis vandens filtrų veikimo principas – anglies medžiagos, žinoma, modernesnės nei natūralios anglies. Toksiškų medžiagų adsorbciją iš oro panaudojo N.D. Zelinskis kurdamas dujokaukę Pirmojo pasaulinio karo metais.

Dujų adsorbcija ant kietų paviršių naudojama kai kuriuose maisto pramonės sektoriuose, būtent aliejaus ir riebalų pramonėje (pavyzdžiui, margarino gamyboje) ir fermentacijos pramonėje (pavyzdžiui, mielių gamyboje) gryninimo procesui. dujų srautus, kad į atmosferą nepatektų kenksmingos medžiagos. Vandens garai sugeria akytas medžiagas, kurios veikia kaip kietas adsorbentas. Panašūs procesai stebimi su cukrumi, druska ir krekeriais.

Adsorbcija, jos rūšys

Greitai gendančių produktų saugyklų dujų sudėties reguliavimo adsorbcijos metodas leidžia kelis kartus sumažinti nuostolius ir padidinti galiojimo laiką. Įvairių maisto rūgščių, ypač citrinos rūgšties, adsorbcija sumažina daugumos gaiviųjų gėrimų paviršiaus įtempimą, palyginti su vandeniu. Medžiagų adsorbcija skysčio ir dujų sąsajoje prisideda prie putų stabilumo. Panašus procesas vyksta fermentacijos pramonėje, gaminant mieles ir kai kuriuos kitus tarpinius produktus. Įvairių paviršių drėkinimo vandeniu didinimas plačiai naudojamas pramonėje kaip lydimasis procesas plaunant įrangą, ruošiant žaliavas, apdorojant pusgaminius ir kt. Adsorbcija kietojo skysčio sąsajoje plačiai naudojama skysčiams (pavyzdžiui, difuzinėms sultims gaminant cukrų, augalinius aliejus ir sultis) valant iš priemaišų.

Adsorbcijos jėgų teorijos kūrimas dar nepasiekė tokios stadijos, kad pagal žinomas dujų ir kietųjų medžiagų fizikines ir chemines savybes būtų galima apskaičiuoti adsorbcijos izotermą neatlikus eksperimentinių tyrimų. Todėl daugybė darbų yra skirti bandymams aprašyti eksperimentines izotermas naudojant įvairias teorines lygtis, atitinkančias tam tikrus adsorbcijos modelius. Jei teorinė adsorbcijos izotermos lygtis gerai atkuria eksperimentinius duomenis, tada galima apskaičiuoti nežinomas adsorbcijos reikšmes skirtingomis sąlygomis (p ir T) ir nustatyti įvairius kietųjų kūnų geometrinius parametrus. Panagrinėkime tik kelias dažniausiai pasitaikančias teorines adsorbcijos izotermų lygtis.

Pasidalinkite savo gerumu 😉

ADSORBCIJA MAISTO GAMYBoje

Vieno ar kelių komponentų absorbcijos procesas iš dujų, garų ar skystų tirpalų mišinio į kietos medžiagos – adsorbento – paviršių vadinamas adsorbcija. Adsorbcijos procesas, kaip ir absorbcijos procesas, yra selektyvus, t.y. iš mišinio absorbuojami tik tam tikri komponentai. Kaip ir absorbcijos atveju, absorbuota medžiaga gali išsiskirti iš adsorbento, pavyzdžiui, kaitinant. Šis regeneracijos procesas – absorbento atsinaujinimas vadinamas desorbcija.

Absorbcijos ir adsorbcijos procesai yra panašūs. Skirtumas tarp jų yra tas, kad vienu atveju medžiagą sugeria visas skysčio tūris, o kitu – tik kietojo absorberio paviršius – adsorbentas.

Maisto pramonėje adsorbcija naudojama vandens ir alkoholio mišinių valymui distiliavimo pramonėje, vynų, sulčių ir kitų gėrimų gryninimui ir stabilizavimui. Runkelių cukraus gamyboje adsorbcija užtikrina pagrindinį difuzinių sulčių išvalymą jų prisotinimo metu, taip pat cukraus sirupų spalvos pasikeitimą prieš kristalizaciją.

Adsorbcijos pusiausvyra

Adsorbento absorbuojamas medžiagos kiekis priklauso nuo absorbuojamos medžiagos koncentracijos garų-dujų mišinyje arba tirpale, taip pat nuo temperatūros, kurioje vyksta procesas. Adsorbcijos pusiausvyros sąlygos

Pusiausvyros tiesės, atitinkančios (7.75) ir (7.76) lygtis, vadinamos sorbcijos izotermomis. Sorbcijos izotermos (26 pav.) brėžiamos remiantis eksperimentiniais duomenimis. Sorbcijos izoterminės kreivės pobūdis priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant specifinį adsorbento paviršiaus plotą, porų tūrį, porų struktūrą ir pasiskirstymą, absorbuojamos medžiagos savybes ir, žinoma, temperatūrą.

Adsorbcijos proceso varomoji jėga apibrėžiama kaip skirtumas tarp absorbuotos medžiagos darbinės ir pusiausvyros koncentracijų garų-dujų arba skysčio fazėje.

Nepertraukiamos adsorbcijos procesų veikimo linija atitinka (7.6) lygtį.

Adsorbcijos proceso metu išsiskiria šiluma, dėl kurios sistemoje pakyla temperatūra ir sumažėja adsorbento aktyvumas. Todėl, norint išlaikyti proceso greitį, pramoniniai adsorberiai užtikrina adsorbento aušinimą.

Adsorbentai

Sugertos medžiagos kiekis priklauso nuo absorberio paviršiaus ploto. Todėl adsorbentai turi itin išvystytą paviršių, kuris pasiekiamas dėl to, kad kietoje medžiagoje susidaro daug porų.

Aktyvuota anglis. Tai yra labiausiai paplitęs adsorbentas. Jis gaunamas sausai distiliuojant medieną, po to aktyvinant - kalcinuojant apie 900 ° C temperatūroje. Bendras 1 g aktyvintos anglies paviršius yra 600... 1700 m2. Aktyvuota anglis taip pat gaunama iš gyvūnų kaulų ir kitų anglies turinčių medžiagų. Aktyvintos anglies gabalėlių dydžiai, priklausomai nuo prekės ženklo, svyruoja nuo 1 iki 5 mm. Aktyvuota anglis geriau sugeria organinius garus nei vandens garai. Aktyvintos anglies trūkumai yra mažas mechaninis stiprumas ir degumas.

Silikageliai. Šis adsorbentas gaunamas dehidratuojant silicio rūgšties gelį, apdorojant natrio silikatą (skystą stiklą) mineralinėmis rūgštimis arba rūgštiniais jų druskų tirpalais. Silikagelio granulių dydis svyruoja nuo 0,2 iki 7 mm.

Bendras 1 g silikagelio paviršius yra 400...770 m2. Silikageliai efektyviai sugeria organinių medžiagų garus, taip pat drėgmę iš oro ir dujų. Todėl silikagelio granulės kartais naudojamos pakuojant prietaisus ir medžiagas, kurios yra jautrios drėgmei. Skirtingai nuo aktyvuotos anglies, silikagelis yra nedegus ir turi didelį mechaninį stiprumą.

Ceolitai. Tai yra D. I. Mendelejevo periodinės lentelės pirmosios ir antrosios grupių elementų katijonų porėti vandeniniai aliumosilikatai. Jie randami gamtoje ir kasami kasant karjerus. Pramonėje dažniau naudojami sintetiniai ceolitai, kurių struktūra labai vienoda, porų dydžiai gali būti lyginami su didelių molekulių dydžiais. Todėl ceolitai turi mikrofiltravimo membranų savybių.

Ceolitai pasižymi dideliu vandens sugėrimo pajėgumu, todėl yra naudojami giliai džiovinti dujas ir orą, kuriame yra mažai drėgmės. Pramoninės ceolito granulės paprastai būna nuo 2 iki 5 mm dydžio.

Jonitai. Tai natūralūs ir dirbtiniai adsorbentai, kurių veikimas pagrįstas chemine sąveika su valomais tirpalais. Procesai, kuriuose naudojami jonų mainai, turėtų būti klasifikuojami kaip chemisorbcija – adsorbcija, lydima cheminių reakcijų. Jono keitikliai, kuriuose yra rūgščių aktyvių grupių ir keičiasi mobiliaisiais anijonais su elektrolito tirpalu, vadinami anijonais. Jonų mainai, kuriuose yra pagrindinės aktyviosios grupės ir keičiasi judriais katijonais, vadinami katijonais. Yra amorfinių jonų mainų grupė, galinti keistis anijonais ir katijonais vienu metu. Jonų mainų dervos plačiausiai naudojamos pramonėje. Taigi cukraus perdirbimo gamyklų gamyboje jonų mainų dervos naudojamos sirupų spalvos pašalinimui. Dervos kai kuriais atvejais taip pat naudojamos vandens valymui. Naujausi jonų keitiklių sintezės pasiekimai leidžia tikėtis sėkmingo jų panaudojimo netradicinėse technologijose, pavyzdžiui, gaminant rektifikuotą alkoholį iš žalio alkoholio.

Smulkūs moliai naudojami kaip natūralūs adsorbentai maisto pramonėje, pavyzdžiui, vynui skaidrinti: bentonitas, diatomitas, kaolinas. Tam pačiam tikslui naudojami žuvų klijai (želatina) ir kitos medžiagos.

Adsorberių skaičiavimas

Adsorberių skaičiavimo procedūra yra panaši į absorberių skaičiavimo procedūrą. Ir tik fiksuotas masės perdavimo paviršius, kurį lengva nustatyti, leidžia panaudoti kai kurias kinetines lygtis ir tiksliau apskaičiuoti reikiamus aparato matmenis, nesiimant koncentracijos kitimo žingsnių skaičiaus nustatymo.

Medžiagų balansas. Adsorbcijos proceso medžiagų balanso lygtis atitinka (7.3) lygtį:

Adsorbcijos proceso kinetika. Medžiagos absorbcijos procesas adsorbcijos metu paprastai apibūdinamas kriterine lygtimi sistemoms su kieta faze:

Adsorbcijos metu išsiskiriantis šilumos kiekis. Savitoji adsorbcijos šiluma g (J/mol) paprastai nustatoma eksperimentiniu būdu ir pateikiama įvairių medžiagų žinynuose. Jei eksperimentinių duomenų nėra, galite naudoti šią lygtį:

Fizinė ir cheminė adsorbcija

Adsorbcija– medžiagų sugėrimas iš tirpalų ar dujų paviršiniu kietos arba skystos medžiagos sluoksniu. Varomoji jėga Procesas yra nekompensuotų tarpatominės sąveikos jėgų buvimas paviršiuje, dėl kurio pritraukiamos adsorbuotos medžiagos - adsorbato - molekulės. Sumažėja ne tik paviršiaus energija, bet ir ant paviršiaus susidaro skirtingos sudėties plėvelė.

Atomiškai švaraus paviršiaus termodinaminė būsena skatina aktyvų adsorbcijos procesą. Yra žinoma, kad švariame metaliniame paviršiuje yra apie 105 adsorbcijos padėtys 1 cm2.

Atskirkite fizikinę ir cheminę adsorbciją paviršiuje esančios medžiagos. Taip pat galimos tarpinės sąsajos sąveikos rūšys.

Fizinė adsorbcija. Adsorbuotas sluoksnis yra sujungtas su paviršiumi silpnomis tarpatominėmis jungtimis, pavyzdžiui, van der Waals jėgomis. Fizinės adsorbcijos šiluma, kaip taisyklė, yra nedidelė ir retai viršija kelias dešimtis kJ/mol (apie 40 kJ/mol).

Fizinės adsorbcijos procesas yra grįžtamasis, neaktyvuojamas ir vyksta labai greitai, kai tik adsorbato molekulės atsiranda ant kieto ar skysto kūno paviršiaus. Dažniausiai fizinė adsorbcija yra susijusi su paviršiaus sąveika su dujų faze. Adsorbuotų dujų kiekis mažėja mažėjant slėgiui ir kylant temperatūrai.

Paprasčiausias monomolekulinės adsorbcijos lygtis pasiūlė Henry ir Langmu romas Henrio lygtis (vadinama Henrio izoterma)

čia Θ yra vienalyčio adsorbento paviršiaus užpildymo adsorbato molekulėmis laipsnis, Į- proporcingumo koeficientas, daugiausia priklausantis nuo temperatūros ir adsorbento sąveikos su adsorbentu pobūdžio, R- slėgis, galiojantis esant labai žemiems Θ laipsniams, kai vienalytis adsorbento paviršius užpildomas adsorbato molekulėmis.

Henrio izoterma yra tiesi linija 1 (2.1 pav., a). Didėjant slėgiui R sulėtėja adsorbuoto monomolekulinio sluoksnio augimas. Adsorbato molekulei sunku prisitvirtinti prie dar neužimtos adsorbento paviršiaus vietos.

2.1 pav. Adsorbuotos medžiagos kiekio kitimo priklausomybė nuo slėgio (A) ir temperatūra ( b) (paaiškinimai tekste)

Izoterma tampa išgaubta 2, o reikšmė in linksta į vienetą (žr. 2.1 pav., a). Išgaubtos izotermos apibūdinamos Langmuiro lygtimi

Kur A– adsorbcijos koeficientas, fizine reikšme panašus į konstantą Į(2.5) lygtyje.

Reikėtų pažymėti, kad Langmuiro lygtis galioja tik monomolekulinei adsorbcijai ant homogeninio paviršiaus, neatsižvelgiama į adsorbato molekulių tarpusavio pritraukimo galimybę ir jų mobilumą adsorbento paviršiuje. Toliau didėjant adsorbato slėgiui, užpildomas antrasis, trečiasis ir kiti sluoksniai. Procesas virsta polimolekuliniu sukibimu.

Kietųjų adsorbentų paviršius paprastai yra nevienalytis. Vienos sritys palankios adsorbcijai, kitos – atvirkščiai. Didėjant adsorbato slėgiui, polimolekulinė adsorbcija vyksta vienu metu visame paviršiuje, esant įvairaus intensyvumo laipsniams.

Adsorbcijos procesą beveik visada lydi šilumos išsiskyrimas, kuris vadinamas adsorbcijos šiluma.

Adsorbcijos sluoksnio stiprumas yra proporcingas adsorbcijos šilumai. Pereinant prie polimolekulinės adsorbcijos, adsorbcijos šiluma artėja prie adsorbato kondensacijos šilumos.

Temperatūros sąlygos turi didelę įtaką fizinės adsorbcijos proceso eigai. Didelis molekulių mobilumas paviršiuje, kylant temperatūrai, lemia susidariusio sluoksnio desorbciją. Tolesnis temperatūros padidėjimas fizinę adsorbciją gali paversti chemine adsorbcija – chemisorbcija, kuri turi stipresnius ryšius.

2.1 pav. b Pateikta kokybinė dujinės terpės adsorbcijos priklausomybė nuo temperatūros esant pastoviam slėgiui. Esant žemai temperatūrai, 1 izobaras apibūdina fizinę adsorbciją. Pasiekus tam tikrą temperatūrą, galimas perėjimo nuo fizinės adsorbcijos prie chemisorbcijos procesas. Adsorbuota medžiaga auga (2 kreivė). Kai visas paviršius užpildomas adsorbatu, adsorbuotos medžiagos kiekis vėl pradeda mažėti (3 kreivė). Adsorbcija 1 srityje yra grįžtama, o 2 srityje yra negrįžtama. Jei sistema vėsta, procesas pereina iš 3 srities į 4 sritį.

Silpni tarpatominiai ryšiai paviršiuje fizinės adsorbcijos metu, matyt, nedideliu mastu gali subalansuoti nekompensuotus paviršiaus atomų ryšius. Atitinkamai nereikėtų tikėtis reikšmingo laisvos paviršiaus energijos lygio sumažėjimo. Ruošiant gaminių paviršių dengimui, reikia atsižvelgti į silpnus fiziškai adsorbuotų medžiagų (kietų, skystų ir dujinių) ryšius.

Cheminė adsorbcija. Chemisorbcija – tai medžiagų absorbcijos iš aplinkos skysto ar kieto kūno paviršiumi procesas, lydimas cheminių junginių susidarymo. Chemisorbcijos metu išsiskiria didelis šilumos kiekis. Paprastai chemisorbcijos šiluma svyruoja nuo 80 iki 125 kJ/mol.

Fizinė ir cheminė adsorbcija

Deguonies sąveika su metalais (oksidacija) suteikia žymiai didesnes šilumos vertes, siekiančias 400 kJ/mol.

Kaip ir cheminėms reakcijoms, chemisorbcijai reikia didelės aktyvacijos energijos. Todėl, kylant temperatūrai, chemisorbcijos procesas pagreitėja. Vyksta vadinamoji aktyvuota adsorbcija. Chemisorbcija yra selektyvus procesas ir priklauso nuo absorbento ir adsorbato cheminio giminingumo, kuris kartu su temperatūra lemia reakcijos greitį. Pavyzdžiui, kai dujos sąveikauja su grynais metalais arba į metalą panašiais paviršiais, stebima itin greita chemisorbcija, kuri yra susijusi su silpnu paviršiaus atomų ryšių prisotinimu. Chemisorbcija vyksta esant minimalioms aktyvavimo energijos vertėms. Chemisorbcija ant kietų paviršių priklauso nuo grūdelių kristalografinės orientacijos, įvairių defektų buvimo ir kt. Chemisorbcija prasideda aktyviausiose paviršiaus vietose. Visuotinai pripažįstama, kad chemisorbcija vyksta tol, kol visas paviršius pasidengia monomolekuliniu adsorbato sluoksniu. Palyginti su fizine adsorbcija, chemisorbcija yra jautri aplinkos spaudimui.

Chemisorbuotų plėvelių buvimas paviršiuje iš esmės subalansuoja nekompensuotus kabančiuosius paviršiaus atomų ryšius. Tokiu atveju paviršiaus energija pasiekia minimalias vertes, į kurias reikia atsižvelgti ruošiant paviršius dengimui. Chemisorbuotų paviršiaus junginių (teršalų) pašalinimas reikalauja didelių energijos sąnaudų.

ŽIŪRĖTI DAUGIAU:

ADSORBENTŲ NAUDOJIMO KONTRAINDIKACIJOS

Bet kokius vaistus reikia vartoti rekomendavus gydytojui ir laikantis instrukcijų! Pagrindinė žarnyno adsorbentų vartojimo kontraindikacija yra individualus jų netoleravimas. Aktyvintos anglies preparatų nerekomenduojama vartoti esant kraujavimui iš skrandžio, virškinamojo trakto opiniams pažeidimams ir pan.; Lignino preparatai – nuo ​​angliavandenių apykaitos sutrikimų, rūgštinio gastrito, polinkio į vidurių užkietėjimą. Reikia atsižvelgti į tai, kad vartojant adsorbentus per burną, gali sumažėti kitų kartu su jais vartojamų vaistų veiksmingumas. Todėl svarbu daryti pertrauką tarp adsorbentų ir kitų vaistų vartojimo.

Sorbcijos valymas

NEOSMEKTIN® – NAUJOS KARTOS ADSORBENTAS

Šiuolaikinis vaistas Neosmectin® padeda pašalinti įvairios kilmės viduriavimą, vidurių pūtimą, rėmenį, pilvo pūtimą ir sunkumą pilve. Neosmectin® veikia dviem kryptimis.

PADEDA PAŠALINTI VIRŠKINIMO SUTRIKIMUS provokuojančius veiksnius

Patogeninė mikroflora, žarnyno dujos ir toksinai kartais sukelia virškinimo sutrikimus. Neosmectin® adsorbuoja juos, palengvindamas jų pašalinimą iš organizmo. Taigi, vaistas padeda pašalinti ne simptomus, o pačius veiksnius, kurie gali išprovokuoti virškinimo problemas.

apsaugo virškinamojo trakto gleivinę

Neosmectin® stabilizuoja virškinamojo trakto gleivinės barjerą, jo paviršiuje sukuria apsauginę plėvelę, kuri apsaugo gleivinę nuo ligų sukėlėjų pažeidimų ir leidžia greičiau atsistatyti.

Procesas spontaniškas dujų arba ištirpusių medžiagų koncentracija sąsajoje vadinama adsorbcija. Priklausomai nuo kontaktinių fazių pobūdžio, išskiriama adsorbcija ties ribomis: dujinė – kieta, dujinė – skysta, skysta – kieta ir skysta – skysta.

Dar 1785 metais rusų mokslininkas T.E. Lovitzas atrado anglies gebėjimą absorbuoti ištirpusias medžiagas. Nuo to laiko daug darbų skirta adsorbcijos reiškiniams tirti, tarp kurių itin svarbūs yra Rusijos mokslininkų darbai: akademikas N.D.Zelinskis, pasiūlęs anglį kaip universalią apsaugos nuo dujinių toksinių medžiagų priemonę; M.S. Tsvet, kuris sukūrė chromatografinį metodą, skirtą medžiagoms atskirti pagal jų adsorbcijos gebėjimą; Akademikas K.K. Giedroyetsas, sukūręs dirvožemių sugeriamumo teoriją; Akademikas M.M. Dumansky, kuris sukūrė aktyvių adsorbentų gamybos metodą. Kurdami adsorbcijos teoriją ir praktiką daug nuveikė užsienio mokslininkai Gibbsas, Langmuiras, Freundlichas, Polyani, Branaueris ir kiti.

Adsorbcija yra molekulinių, atominių ar joninių jėgų neprisotinimo sumažėjimo sąsajoje pasekmė ir atsiranda dėl medžiagos, mažinančios laisvojo paviršiaus energiją, kaupimosi. Adsorbcija yra spontaniškas procesas, nes Dėl adsorbcijos proceso laisvoji paviršiaus energija mažėja, o pagal antrąjį termodinamikos dėsnį tokie procesai yra savaiminiai.

Medžiagos, kurios yra adsorbuotos, vadinamos adsorbuoja(kartais – adsorbentai), ir medžiagos, kurios adsorbuojasi ant jų paviršiaus - adsorbentai.

Priklausomai nuo jėgų, veikiančių tarp adsorbato ir adsorbento dalelių (molekulių, atomų, jonų), pobūdžio, jos išskiria fizinis arba van der Waals adsorbcija ir cheminis arba chemisorbcija.

Adsorbcijos pobūdį galima nustatyti tiriant jos kinetiką ir energiją. Iš tiesų, fizinė adsorbcija vyksta veikiant santykinai silpnoms tarpmolekulinėms sanglaudos jėgoms (van der Waalso jėgoms) ir savo prigimtimi panaši į adsorbato garų kondensacijos procesus, jos šiluma artima kondensacijos šilumai ir siekia 10–50 kJ. /mol. Todėl, kylant temperatūrai, fizinė adsorbcija mažėja.

Chemisorbcija siejama su adsorbato ir adsorbento dalelių elektroninių orbitalių persidengimu, t.y. sukelia jų cheminė sąveika, tačiau dėl to nesusidaro masinė fazė. Chemisorbcijos šiluma yra panaši į cheminių reakcijų šilumą ir paprastai yra 60–600 kJ/mol. Cheminė adsorbcija didėja didėjant temperatūrai.

Adsorbcija yra grįžtamasis procesas. Atvirkštinis adsorbcijos procesas vadinamas desorbcija.

Išskirti molekulinė ir joninė chemisorbcija priklausomai nuo to, kas adsorbuota – medžiagos molekulės ar jonai. Savo ruožtu joninė adsorbcija skirstoma į potencialą lemiančių jonų mainus ir adsorbciją.

Mainų adsorbcija. Keitimosi adsorbcija vyksta kieto/elektrolito tirpalo sąsajoje ir susideda iš to, kad adsorbentas ir tirpalas keičiasi katijonais arba anijonais vienas su kitu lygiaverčiais kiekiais, dėl ko elektrolito tirpalo ir adsorbento elektrinio neutralumo principas išlieka nepakitęs.

Pagrindiniai mainų adsorbcijos veiksniai, lemiantys jo specifiškumą, yra: dvigubo elektrinio sluoksnio buvimas kietojo adsorbento paviršiuje, elektrolito tirpalo jonų valentas, spindulys ir hidratacijos laipsnis.

Mainų adsorbcija vyksta šiek tiek lėčiau nei įprastai.

Norint suprasti mainų adsorbcijos procesą, galime apsvarstyti dvigubo elektrinio sluoksnio susidarymo procesą sidabro chlorido dalelės sąveikos su kalio chlorido tirpalu metu. Chloro jonai, susidūrę su n dalelių, susijungs su sidabro jonais, sudarydami tvirtai laikomą C1 jonų sluoksnį, taip įkraudami dalelės paviršių. Tokie jonai vadinami potencialą lemiančiais, ir todėl pridedami C1 - jonai padidina jų koncentraciją, t.y. yra adsorbuojami ant paviršiaus, tada toks adsorbcijos tipas vadinamas adsorbcija potencialą lemiantys jonai.

Adsorbuoti C1 - jonai dalelę įkrauna neigiamai, o veikiant elektrostatinėms traukos jėgoms padidės K + jonų, esančių šalia dalelės paviršiaus, skaičius. Kitaip tariant, priešionų adsorbcija įvyks veikiant elektrostatinėms jėgoms. Kadangi K + jonus galima pakeisti kitais to paties ženklo jonais, sąveikaujančiais su dalele tik elektrostatiškai, tokie jonai vadinami keičiamaisiais, jų adsorbcija mainai

Taigi mainų adsorbcija vyksta adsorbento dvigubo elektrinio sluoksnio jonų ir tirpalo jonų mainų procese. Tai galima schematiškai pavaizduoti tokiomis lygtimis:

Adsorbentas - ½H + + Na + + Cl - à Adsorbentas - ½Na + + H++Cl -

Adsorbentas + ½OH - + Na + + Cl - à Adsorbentas + ½Cl - + Na + + OI-

Iš pateiktos diagramos matyti, kad jonų adsorbcijos metu gali keistis terpės pH (į tirpalą pereina H + arba OH - jonai), tirpalas įgauna rūgštinę arba šarminę reakciją, toks adsorbcijos tipas vadinamas hidrolizinis.

Kadangi mainų adsorbcija yra cheminė, jonų mainai vyksta griežtai lygiaverčiais santykiais.

Mainų jonai ant kieto paviršiaus turi tam tikrą krūvio dydį ir ženklą, todėl, kad nebūtų sutrikdytas elektrinis dvigubas sluoksnis (EDL), mainų jonai iš tirpalo gali būti tik to paties ženklo jonai. Tokiu atveju paviršiaus krūvio dydis neturėtų keistis. Taigi mainų adsorbcija gali būti tik anijonų mainai arba katijonų mainai.

Dirvožemyje vykstančiuose procesuose svarbų vaidmenį atlieka mainų adsorbcijos reiškiniai. Dirvožemio mainų kompleksas yra dirvožemio sugėrimo kompleksas (SAC), susidedantis iš koloidinių dalelių, kurios yra neigiamai įkrautos. Keičiamieji jonai dirvožemyje yra katijonai. Svarbiausios dirvožemio savybės: vandens pralaidumas, talpa drėgmei, brinkimas, struktūra, dirvožemio tirpalo pH ir kt. nulemtos adsorbuotų jonų sudėties. Pavyzdžiui, dirvožemiai, kuriuose keičiamų katijonų sudėtyje yra daug natrio jonų, įgyja ypatingų, vadinamųjų „soloneco“ savybių. Jie pasižymi didele dispersija, tankia sudėtimi, dideliu šarmingumu, padidėjusiu brinkimu ir klampumu, mažu vandens pralaidumu. Šios dirvos sunkiai įdirbamos ir, nepaisant didelio maisto medžiagų pasiūlos, nėra labai derlingos. Jeigu keičiamuosiuose dirvožemio katijonuose vyrauja kalcio jonai, tai tokie dirvožemiai turi gerą struktūrą, mažą purškimą, gerą vandens ir oro laidumą. Šie dirvožemiai yra vieni derlingiausių. Dirvožemių, kuriuose yra daug keičiamo kalcio ir puikių fizikinių ir cheminių savybių, pavyzdys yra chernozem dirvožemis.

Jonų mainų procesus dirvožemyje galima pavaizduoti tokia diagrama:

[PPK] - 2Na + + Ca 2+ + SO 4 2- = [PPK] - Ca 2+ + Na 2 SO 4

B.P. Nikolskis ir E.N. Gaponas pasiūlė lygtį, apibūdinančią mainų adsorbciją:

Čia g 1 ir g 2 yra adsorbuotų ir desorbuotų jonų g-mol (g-ekv.) skaičius adsorbento masės vienete, o 1 ir a 2 – jonų mainų aktyvumas tirpale esant pusiausvyrai; z 1 ir z 2 yra jonų krūvis, K yra šio adsorbcijos proceso konstanta.

Adsorbcijos reiškinys plačiai naudojamas pramonėje ir žemės ūkyje. Taigi aktyvuota anglis naudojama sacharozės sirupo adsorbciniam gryninimui (rafinavimui). Būtent adsorbcijos jėgos sulaiko dirvožemyje mineralinių trąšų jonus (K +, PO 4 -3 ir kt.) ir molekules (karbamidą). Karbamido adsorbcija yra fizinė, jos molekulės yra silpnai sulaikomos dirvožemyje. Todėl karbamidas dažniausiai dedamas pavasarį, kad jo nenuneštų pavasario potvyniai. Kalio trąšomis į dirvą galima įberti rudenį, nes K + jonų adsorbcija vyksta dėl cheminių jėgų (joninių jungčių) ir yra stipri.

Apskritai adsorbcija yra slėgio P (dujoms) arba koncentracijos C (skystiems tirpalams) ir temperatūros funkcija, t.y. yra pavaizduotas plokštuma koordinatėmis Г = f(C,T). Paprastai vienas iš parametrų yra pastovus, o adsorbcija grafiškai pavaizduota kaip kreivės.

Kiekybinis ryšys tarp adsorbento ir adsorbento pastovioje temperatūroje lygties arba kreivės pavidalu yra vadinamas adsorbcijos izoterma.

Yra keletas adsorbcijos izotermų tipų – paprasčiausios lygtys adsorbcijai apibūdinti yra lygtys Freundlichas ir lygtis Langmuir.

Freundlicho adsorbcijos izoterma. Ištirpusios medžiagos adsorbcija ant kieto paviršiaus vyksta pagal tam tikrą schemą, pagal kurią adsorbuotos medžiagos koncentracija didėja ne proporcingai jos koncentracijai tirpale, o daug lėčiau ir yra proporcinga n-tai tirpalo šaknims. koncentracija. Šią priklausomybę esant pastoviai temperatūrai galima pavaizduoti tokia lygtimi:

X/m = K C 1/ n

Kur X– adsorbuotos medžiagos kiekis (mol). m g adsorbento: C - pusiausvyros koncentracija; K ir 1/n yra empirinės konstantos, būdingos adsorbento ir adsorbato duomenims, 1/n reikšmė svyruoja nuo 0,1 iki 0,7. Ši lygtis žinoma kaip adsorbcijos izotermos ir turi parabolės formą.

Norint grafiškai nubraižyti Freundlicho adsorbcijos izotermą, ant abscisių ašies pavaizduota pusiausvyros koncentracija mmol/l, o ordinačių ašyje – adsorbcijos vertė X/m paviršiaus vienetui mmol/gramais. 7 paveiksle pavaizduotas grafinis Freundlicho lygties vaizdas.