Характеристика процесса адсорбции

Адсорбцией называют концентрирование веществ на поверхности раздела фаз или в объеме пор твердого тела. Различают физическую адсорбцию, основанную на силах межмолекулярного взаимодействия поверхности адсорбента и поглощаемого вещества, и хемосорбцию - поглощение, сопровождаемое химической реакцией на поверхности адсорбента.

В процессе адсорбции участвуют, как минимум два агента: тело, на поверхности или в объеме пор которого происходит концентрирование поглощаемого вещества (адсорбент), и поглощаемое вещество. Последнее, если оно находится в газовой или жидкой объемной фазе, т.е. в неадсорбированном состоянии называется адсорбтивом, а после того как оно перешло в адсорбированное состояние - адсорбатом. Любое твердое вещество обладает поверхностью и, следовательно, потенциально является адсорбентом. Однако в технике используют твердые адсорбенты с сильно развитой внутренней поверхностью (объемом пор).

В зависимости от агрегатного состояния смежных фаз, которое придает определенную специфику явлению адсорбции, различают адсорбцию газов на твердых адсорбентах, адсорбцию растворенных веществ на границах твердое тело - жидкость и жидкость - жидкость, а также адсорбцию на границе жидкий раствор - газ.

По типу сил, обусловливающих адсорбцию все адсорбционные явления можно разбить на две основные группы: физическую адсорбцию, и сорбцию, основанную на силах химического взаимодействия, или хемосорбцию.

Физическая адсорбция вызывается силами молекулярного взаимодействия. Универсальными силами молекулярного взаимодействия являются дисперсионные силы. При сближении молекул адсорбтива с атомами или молекулами адсорбента движение флуктуирующих диполей приобретает упорядоченный характер, обусловливающий возникновение притяжения между ними.

Дисперсионные силы не зависят от характера распределения электронной плотности в молекулах адсорбтива и адсорбента и поэтому взаимодействие, вызываемое ими, носит неспецифический характер.

В некоторых случаях специфическое взаимодействие может усиливаться в результате образования водородной связи между адсорбированной молекулой и молекулами адсорбента. Характерным примером адсорбции с образованием водородной связи является поглощение воды и спиртов на силикагеле, поверхность которого покрыта гидроксильными группами.

Адсорбция является процессом самопроизвольным и экзотермическим, т.е. ее протекание сопровождается с выделением тепла.

В отличие от физической адсорбции при хемосорбции не сохраняется индивидуальность адсорбтива и адсорбента. При сближении молекул адсорбтива с поверхностью происходит перераспределение электронов взаимодействующих компонентов с образованием химической связи. Если физическую адсорбцию можно сравнить с конденсацией, то хемосорбционный процесс должен рассматриваться как химическая реакция, протекающая на поверхности раздела фаз.

Физическую и химическую адсорбцию можно различить по теплоте адсорбции. Теплота физической адсорбции соизмерима с теплотой конденсации веществ и не превышает 80 - 120 кДж/моль. Теплота хемосорбции 1 моль вещества достигает нескольких сотен килоджоулей.

В отличие от физической адсорбции, при хемосорбции поглотительная способность может возрастать в определенном температурном интервале. Это явление связано с небольшой скоростью хемосорбции при низких температурах.

При хемосорбции адсорбированные молекулы не могут, перемещаться по поверхности адсорбента, их положение фиксировано, и такая адсорбция называется локализованной. Физическая адсорбция может быть как локализованной так и не локализованной. Обычно с повышение м температуры молекулы приобретают подвижность, и характер процесса изменяется: локализованная адсорбция переходит в нелокализованную.

Физическая адсорбция газов и паров происходит по одним и тем же закономерностям, причем переход адсорбтива из области пара (T<Ткр) в область газа (T>Ткр) не сопровождается резким изменением адсорбируемости.

Еще статьи по экологии

Экологические проблемы городов Красноярского края
В процессе развития человеческой цивилизации города становились средой жизнедеятельности всевозрастающего числа людей. В России 73% населения сосредоточено в городах. В некоторых странах эта доля еще ...

Эколого-генетический мониторинг водоемов вблизи биостанции Ажендарово
В настоящее время стало очевидным, что биосфера все более и более загрязняется самыми разнообразными соединениями, с которыми в своем историческом развитии человек не сталкивался. В этой св ...

Проектирование и озеленение многофункционального парка Водохранилище Дрозды
Расширение городов автоматически влечет за собой катастрофическое уменьшение лесных ресурсов. Увеличение промышленных зон, транспортных артерий, прокладка новых дорог, строительство жилых ма ...