Презентация по теме: "Адсорбция"

АДСОРБЦИЯ

Определения

• Адсорбция - поглощение частиц какого-либо вещества поверхностью поглотителя, приводящее к повышению концентрации вещества на границе раздела фаз по сравнению с концентрацией его в объеме данной фазы
• Адсорбция – поглощение твёрдой поверхностью газов, паров или жидкостей
• Адсорбент – твёрдое тело, на поверхности которого происходит процесс поглощения
• Абсорбент – жидкость, на поверхности которой происходит процесс поглощения
• Адсорбат – адсорбированное (поглощённое) вещество
• Адсорбтив – поглощаемое вещество, находящееся в объёме фазы
• Десорбция – процесс, обратный адсорбции
• Сорбция, сорбент, сорбат, сорбтив – термины применяют, когда механизм поглощения не ясен

Адсорбция и абсорбция

• Адсорбция вещества происходит в том случае, когда оно поглощается поверхностью другого вещества
• Адсорбцию не следует путать с абсорбцией, которая происходит, когда одно вещество диффундирует в объеме другого вещества и поглощается всем объемом, а не поверхностью этого второго вещества

Два типа адсорбции

Физическая адсорбция

Химическая адсорбция

• Молекулярная адсорбция
• Обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия (ван-дер-ваальсовыми силами)
• Прочность возникающих связей невелика и составляет не более 25 кДж/моль
• Теплота адсорбции менее 30-40 кДж/моль
• Как правило обратима

• Хемосорбция
• Поглощение сопровождается химической реакцией
• Обусловлена действием сил химического сродства, приводящих к химической связи (ионной, ковалентной, или их комбинации)
• Прочность таких связей достаточно велика и иногда составляет величины до 800 кДж/моль
• Теплота адсорбции более 40 кДж/моль
• Может быть обратимой и необратимой

Тепловой эффект адсорбции

• Адсорбция обусловлена наличием свободной энергии на поверхности адсорбента
• Адсорбированные молекулы взаимодействуют с молекулами или атомами поверхности и снижают как свободную поверхностную энергию Гиббса конденсированной фазы, так и суммарную энергию системы
• Адсорбция сопровождается уменьшением энтропии ( ∆ S
• При хемосорбции иногда изменение энтропии может быть положительной величиной
• C другой стороны, адсорбция - процесс самопроизвольный, сопровождающийся уменьшением энергии Гиббса ( ∆ G
• Убыль энтальпии - свидетельство экзотермичности процесса
• Адсорбция – самопроизвольный процесс, происходящий с выделением тепла

Адсорбенты

Непористые

Пористые

• Тонкоизмельчённые материалы
• Размер частиц очень маленький – сотни нм
• Удельная поверхность – от сотых долей до сотен м²/г
• Графитированная сажа, сульфат магния, хлорид кальция, сульфат меди, каолин и другие

• Имеют систему пор (каналов), которые представляют собой полости в твёрдом теле, как правило. Соединённые между собой и имеющие различную форму и размеры
• Большая внутренняя поверхность – до 1000 м²/г
• Например, 1 см³ пористого кремнезёма обладает площадью около 90 м²

Классификация пор

Микропоры с радиусом менее 0,6 нм (6 Å ) часто соизмеримы по размерам с адсорбируемыми молекулами

Если для микропористого адсорбента характерны поры строго определённых размеров, то внутрь его могут попасть лишь те молекулы, диаметр которых меньше или равен ширине пор применяемого адсорбента

Такие адсорбенты называют молекулярными ситами (природные и искусственные цеолиты)

Адсорбция как функция двух переменных

• Для равновесной системы адсорбат - адсорбент адсорбированное количество компонента a является функцией двух переменных – равновесного давления P и температуры T :

a = f(P,T)

• При изучении адсорбции одну из этих трех величин поддерживают постоянной и исследуют функциональную зависимость двух других:

a=f(P), T=const изотермы адсорбции

a= φ (T), P=const изобары адсорбции

P= ψ (T), a=const изостеры адсорбции

Изотермы, изобары и изостеры адсорбции

Адсорбция из растворов

• По сравнению с газовой адсорбцией более сложна
• При контакте с поверхностью адсорбента возможна адсорбция как растворённого вещества, так и растворителя
• Это влияет на характер изотермы адсорбции
• Для каждого компонента раствора будет своя индивидуальная изотерма
• Совокупность индивидуальных изотерм определяет вид обобщённой изотермы
• Из раствора сильнее адсорбируются обычно те вещества, которые обладают меньшей растворимостью в данном растворителе

Изотермы адсорбции из растворов

Адсорбция из растворов электролитов

• На твёрдом адсорбенте из раствора адсорбируются преимущественно ионы одного вида (зависит от природы адсорбента и ионов)
• Различают обменную и специфическую адсорбцию ионов
• Обменная адсорбция представляет собой процесс обмена ионов между раствором и твёрдой фазой. Твёрдая фаза поглощает из раствора ионы какого-либо знака (катионы или анионы) и вместо них выделяет в раствор эквивалентное число других ионов того же знака
• Обменная адсорбция специфична, т.е. для данного адсорбента к обмену способны только определённые ионы

Адсорбция из растворов электролитов

• Специфическая адсорбция представляет собой процесс поглощения твёрдой фазой из раствора ионов какого-либо вида, за счет чего твёрдая фаза приобретает электрический заряд
• Это приводит к образованию вблизи поверхности двойного электрического слоя
• На поверхности кристаллического тела из раствора электролита специфически адсорбируется ион, который способен достраивать его кристаллическую решётку или может образовать с одним из ионов, входящих в состав кристалла, малорастворимое соединение
• Практическое значение ионообменной адсорбции:

• Умягчение и обессоливание воды Очистка сточных вод Хроматографический анализ
• Умягчение и обессоливание воды
• Очистка сточных вод
• Хроматографический анализ

• http://www.youtube.com/watch?v=sqGJsIVCvq8
• http://www.youtube.com/watch?v=Vhos68pfeJM

Адгезия и когезия

• Когезия (лат. cohaesus – связанный, сцеплённый) – сцепление частей одного и того же однородного тела
• Обусловлена химической связью между составляющими тело частицами (атомами, ионами) и межмолекулярными взаимодействиями
• Определяет агрегатное состояние вещества:

• твердое: молекулы остаются на месте, так как действует большая когезия; жидкое: молекулы могут изменять свое местоположение, так как когезия незначительная; газообразное: молекулы отталкиваются друг от друга, так как никакой когезии в наличии не имеется. Вызванное по этой причине стремление к расширению в газах называют экспансией
• твердое: молекулы остаются на месте, так как действует большая когезия;
• жидкое: молекулы могут изменять свое местоположение, так как когезия незначительная;
• газообразное: молекулы отталкиваются друг от друга, так как никакой когезии в наличии не имеется. Вызванное по этой причине стремление к расширению в газах называют экспансией

• Адгезия (лат. adhaesio – прилипание) - сцепление поверхностей, сцепление молекул разных материалов
• Процесс адгезии обусловлен межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым либо полярным, иногда созданием взаимной диффузии либо химических связей) в поверхностных слоях
• По физическому смыслу явление, близкое к явлению адсорбции, когда две взаимно нерастворимые жидкости, или жидкость и твёрдое тело, или два твёрдых тела приводятся в тесный контакт друг с другом и под действием межмолекулярных сил притяжения прочно прилипают друг к другу так, что для их разделения надо приложить определённое усилие или произвести работу

Адгезия и когезия

• Адгезия характеризуется величиной удельной работы, требуемой для разделения сцепленных поверхностей

• Когезия характеризуется работой, необходимой для разделения одного тела на части
• Когезия характеризуется работой, необходимой для разделения одного тела на части

а) – адгезия б) - когезия

Практическое значение адгезии

• Адгезия имеет место в процессах:

• склеивания сварки нанесения покрытий
• склеивания
• сварки
• нанесения покрытий

• Композиционные материалы (состоящие из нескольких компонентов):

• клееная фанера железобетон металлокомпозиты стеклопластики углепластики и др.
• клееная фанера
• железобетон
• металлокомпозиты
• стеклопластики
• углепластики и др.

Хроматографический анализ

• Хроматография – метод анализа и разделения многокомпонентных смесей в результате сорбционных процессов при направленном движении одной из фаз
• По характеру стационарной (неподвижной) фазы хроматография подразделяется на два типа – адсорбционную и распределительную
• В адсорбционной хроматографии стационарной фазой является твёрдое вещество; оно адсорбирует каждый компонент из смеси
• В распределительной хроматографии стационарной фазой является жидкость; компоненты смеси распределяются между этой жидкостью и подвижной фазой
• Принцип хроматографического разделения заключается в том, что подвижная фаза непрерывно перемещается над стационарной фазой и по мере этого под влиянием стационарной фазы происходит разделение компонентов смеси на ней

Хроматографическое разделение

• Хроматографическим методом можно разделить близкие по свойствам вещества
• Если вещество хроматографическим методом не разделилось, его считают однородным

Виды хроматографии

• Жидкостная хроматография – подвижной фазой является жидкость; используется для анализа, разделения и очистки синтетических полимеров, лекарственных препаратов, белков, гормонов и других биологически важных соединений

• Газовая хроматография – подвижной фазой является газ; применяется для определения примесей вредных веществ в воздухе, воде, почве, промышленных продуктов, определения состава органических и нефтехимических продуктов, лекарственных препаратов, в криминалистике и др.

Виды хроматографии

• Плоскостная хроматография
• Подразделяется на тонкослойную и бумажную
• В тонкослойной хроматографии тонкий слой сорбента или пористая плёнка наносится на стеклянную или металлическую пластинки
• В бумажной хроматографии используют специальную хроматографическую бумагу

• Колоночная хроматография – сорбентом заполняют специальные трубки-колонки
• Подвижная фаза движется внутри колонки благодаря перепаду давления

• http://www.youtube.com/watch?v=2cgeEx1eHfY
• http://www.youtube.com/watch?v=3Bke7cGjiaI
• http://www.youtube.com/watch?v=8Sq8k4_YYTQ