Материал: Общая химия с физкалом

Адсорбция протекает по правилу: подобное адсорбируется на подобном – полярные сорбенты хорошо адсорбируют полярные вещества, а неполярные сорбенты – неполярные вещества. В схемах адсорбции адсорбент изображается С СаСО3.

Влияние природы сорбтива По своей природе сорбтивы также делятся на:

•полярные – это электролиты – о;

•неполярные – УВ: ароматические, алифатические – | ;

•дифильные – ПАВ: красители, спирты, карбоновые

кислоты и их соли – .

Дифильные молекулы ПАВ должны ориентироваться на границе раздела адсорбент – среда таким образом, чтобы полярная часть молекулы была обращена к полярной фазе, а неполярная часть – к неполярной. Воздух считается неполярной фазой, а вода – полярной.

Влияние природы растворителя Адсорбируемость одного и того же адсорбтива сильно

зависит от полярности адсорбента и среды. При этом можно исходить из правила уравнивания полярностей, сформулированного Ребиндером. Адсорбция растворенного

вещества наступает в том случае, если значения полярности адсорбтива лежит между значениями полярностей адсорбента и растворителя. Из правила уравнивания полярностей вытекает, что чем больше разность полярностей между адсорбтивом и растворителем, т.е. чем меньше растворимость вещества, тем лучше оно будет адсорбироваться.

Растворители по своей природе делятся на:

126

полярные – вода

неполярные (бензол, УВ) –

дифильные (спирт) –

Отдельные случаи адсорбции 1. Адсорбция дифильного вещества из неполярного

растворителя на полярном адсорбенте. Схема адсорбции:

Адсорбция полная, схема подчиняется правилу Ребиндера.

2. Адсорбция дифильного вещества из полярного растворителя на неполярном сорбенте.

Схема адсорбции:

Адсорбция полная, схема подчиняется правилу Ребиндера.

3. Адсорбция дифильного вещества из дифильного растворителя.

Полярность растворителя близка к полярности сорбента, при поглощении растворитель конкурирует с сорбтивом. Сорбтив и растворитель образуют прочный сольват.

Чем среде идет адсорбция. Чем выше сродство между растворителем

и сорбтивом, тем хуже сорбтив поглощается на твердом сорбенте, удерживаясь в растворителе в виде прочного сольвата.

Молекулярная адсорбция из раствора широко используется в медицинской практике. Так, при отравлениях обычно используется активированный уголь, адсорбирующий газы, алкалоиды, барбитураты, токсины из пищеварительной

127

системы. В санитарно-гигиенической практике молекулярная адсорбция используется для очистки питьевой воды и сточных вод промышленных предприятий.

3.2. Ионная адсорбция

В зависимости от природы сорбента процесс адсорбции ионов электролита представлен двумя видами: ионной избирательной адсорбцией и ионообменной адсорбцией.

Механизм ионной адсорбции – электростатический за счет сродства между полярным сорбентом и ионами сорбтива. На величину ионной адсорбции оказывают влияние знак заряда иона и плотность заряда на поверхности гидратированного иона. Плотность заряда иона растет с повышением величины заряда иона и с уменьшением радиуса гидратированного иона. Избирательная ионная адсорбция подчиняется правилу Панета-Фаянса:

1.На поверхности твердого полярного сорбента преимущественно адсорбируются те ионы, которые входят

всостав кристаллической решетки сорбента или близкие к ним по природе и свойствам.

2.На заряженной поверхности сорбента могут дополнительно сорбироваться противоположные по знаку ионы.

Приведем пример: рассмотрим адсорбцию из водного

раствора ВаС12 на поверхности полярного сорбента – BaSO4; схема адсорбции: ВаС12 р-р → Ва2+ + 2С1-

При ионообменной адсорбции ионы растворенного электролита эквивалентно обмениваются на ионы того же знака заряда из сорбента. Сорбенты в данном случае получили название ионообменников (ионитов).

Если сорбент способен к обмену катионов, то он называется катионитом (R-H, R-Na, R-K); если он

128

обменивается анионами, то называется анионитом (R-OH, R-Cl и др.).

Способность ионита к обмену зависит от структуры ионита и свойств ионов электролита в растворе. Количественно способность ионитов к обмену оценивается величиной обменной емкости, которая выражается числом моль-экв ионов, которое может обменивать 1 г сухого ионита или 1 см3 набухшего ионита.

Ионообменная адсорбция является эквивалентным и равновесным процессом и проходит обычно в две стадии:

поглощение ионов из раствора на ионите;

десорбция (элюирование) ионов из сорбента с последующим восстановлением структуры сорбента.

Ионообменная адсорбция лежит в основе извлечения ионов электролита из какого-либо раствора. Например, для извлечения Сl--ионов из мочи используются аниониты, работа которых может быть представлена следующим образом:

1 стадия:

В результате этого процесса рН вытекающей из анионита жидкости будет больше 7 (щелочная среда).

2 стадия:

Для извлечения сорбированных анионитом С1--ионов через колонку с сорбентом пропускают раствор натриевой щелочи – ионы ОН- вытесняют С1--ионы. Последние обнаруживаются в вытекающей жидкости, называемой элюатом, с помощью качественной реакции с нитратом серебра: Ag+ + Cl- = AgCl↓ - белый творожистый осадок.

129

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ VIII. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. АДСОРБЦИЯ

Выберите один правильный ответ

1. НАИБОЛЬШЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ σ НА ГРАНИЦЕ С ВОЗДУХОМ ИМЕЕТ ЖИДКОСТЬ

3. ПАВ ПО ОТНОШЕНИЮ К ВОДЕ ЯВЛЯЕТСЯ

4. В СОСТАВЕ МОЧИ ПАВ ЯВЛЯЕТСЯ

1)энергия, приходящаяся на единицу поверхности жидкой фазы

2)сила, приходящаяся на единицу поверхности жидкой фазы

3)энергия одного моля жидкости

130