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

Основные вопросы экологии
С момента появления человека познание природы было одним из необходимых условий его выживания. Человечество постепенно накапливало экологические знания. Известно, что все живые организмы тес ...

Особо охраняемые природные территории РФ
Принято считать, что один из самых ранних заповедников в мире был создан еще в III веке до н. э. на острове Шри-Ланка. И в тот же период местным императором был впервые принят закон по защит ...

Установление класса опасности отходов для предприятия ЗАО ТРОЛЗА
Данный дипломный проект посвящен установлению классов опасности отходов для предприятия ЗАО «ТРОЛЗА». Проведен тщательный анализ научной и патентной литературы посвященный проблеме промышле ...