Відкрити головне меню

Адсо́рбція (від лат. ad — на, при і лат. sorbeo — поглинаю) — вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища поверхневим шаром твердого тіла (адсорбенту) чи рідини. Компонент, що поглинається, який вміщується в суцільному середовищі (газі, рідині), називають адсорбтивом, а той що вміщується в адсорбентіадсорбатом. Наприклад, активоване вугілля адсорбує гази. Це явище треба відрізняти від абсорбції. Обернений до адсорбції процес називається десорбцією.

Зміст

ІсторіяРедагувати

Явище адсорбції стало вивчатися з другої половини 18 століття, хоча поза сумнівом, що в практичній діяльності людства адсорбція використовувалася з незапам'ятних часів. Учення про адсорбцію є частиною загальнішої теорії багатокомпонентних гетерогенних систем, основи якої закладені В. Гіббсом у 1876 році. Гіббс вивів формулу, що зв'язує значення адсорбції із зміною поверхневого натягу.

Згідно з Гіббсом, в рівноважній двофазній системі поблизу поверхні поділу фаз відбувається зміна значень усіх екстенсивних властивостей (за винятком об'єму). Це дозволяє записати термодинамічне рівняння у вигляді:

 

де   - вільна енергія Гіббса,   - ентропія,   - поверхневий натяг на межі фаз,   - площа поверхні поділу фаз,   - відповідно хімічний потенціал і кількість молей компоненту  . Індекс   вказує на значення відповідної властивості в поверхневій фазі.

Перетворення Лежандра дозволяє змінити рівняння для ізотермічних умов.

 

Величина   називається гібсовою адсорбцією і позначається символом   (моль/см2).

Для двокомпонентної системи:

 

Поверхня поділу може бути вибрана довільно. Зокрема, вибір цього положення може задовольняти умові  . Така поверхня має назву еквімолекулярної. Для неї вводиться позначення  . Звідси випливає основне адсорбційне рівняння Гіббса:

 

Таким чином, згідно Гіббса, адсорбція - це надлишок даного компоненту в реальній двофазній системі, в порівнянні з такою системою в якій обидві фази були б строго однорідними аж до поверхні поділу.

В теорії адсорбції велику роль відіграє адсорбція, що розуміється, як повний вміст компоненту   в просторі, в якому проявляються адсорбційні сили. Позначимо повний вміст компоненту літерою   і враховуючи, що компонент   зовсім не розчинний в одній із об'ємних, отримаємо:

 

де   - концентрація і-того компоненту в об'ємній фазі.

За умови, коли   невелике:

 

Адсорбція може відбуватись на будь-якій межі розділу між двома будь-якими фазами.

Ті речовини, адсорбція яких сильно зменшує поверхневий натяг, прийнято називати поверхнево-активними.

ВидиРедагувати

Розрізняють фізичну адсорбцію і хемосорбцію.

Фізична адсорбція зумовлена ван-дер-ваальсовими, або електростатичними, силами притягання частинок адсорбованої речовини до частинок адсорбенту. Оборотність процесу фізичної адсорбції створює сприятливі умови для послідовного проведення процесів адсорбції (поглинання речовини адсорбентом) та десорбції (вилучення з адсорбенту поглиненої речовини).

При хемосорбції молекули поглинутої речовини вступають у хімічну реакцію з молекулами адсорбенту.

Гетеролітична дисоціативна адсорбція - Дисоціативна адсорбція, яка відбувається таким чином, що при розриві (формального) зв’язку в адсорбтиві А:В одна з молекулярних частинок повністю забирає зв’язуючу електронну пару до себе.

Фотоадсорбція. Динамічний фотоадсорбційний процес - одночасне(або синхронне) утворення адсорбованих частинок шляхом фотоадсорбції молекулярних частинок(молекул, атомів чи йонів) та їх відщеплення при фотодесорбції з утворенням тих же молекулярних частинок адсоpбата, у випадку коли обидва процеси відбуваються при фотозбудженні на поверхні твердого фотокаталізатора.

Адсорбція Гіббса - надлишок кількості компонента в об’ємі приповерхневого шару з площею, рівною одиниці, порівняно з такою його кількістю в тому ж об’ємі, коли б в суміжних фазах концентрації в приповерхневому шарі та в об’ємі фази були однакові.

Багатошарова адсорбція (англ. multilayer adsorption) - адсорбція, в якій адсорбційний простір нараховує більше від одного шару молекул, через що не всі адсорбовані молекули дотикаються до поверхні адсорбенту.

Активований адсорбційний процес - процес адсорбції, який характеризується значною залежністю швидкості адсорбції від температури (тобто має велику енергію активації); коефіцієнт прилипання тоді малий. У загальному, енергія активації такого процесу є функцією заповнення поверхні (покриття) і звичайно зростає зі зростанням покриття.

Неактивований адсорбційний процес - адсорбційний процес у випадку, коли температурний коефіцієнт швидкості адсорбції дуже малий (тобто процес має незначну енергію активації). У цьому випадку коефіцієнт прилипання при низькому заповненні поверхні може бути близьким до одиниці, зокрема для маленьких молекул.

Негативна адсорбція - збіднення одним або більшою кількістю компонентів у при- поверхневому шарі (interfacial layer).

Дотичні поняттяРедагувати

Адсорбційний комплекс - хімічний індивід, складений з адсорбату й частини адсорбенту, з якою він зв’язаний.

Адсорбцiйний потенцiал - змiна енергiї, пов'язана з переходом частинки з газової фази на поверхню адсорбенту.

Адсорбцiйний центр - місце на поверхнi адсорбента, де частинка адсоpбату притягається i, врештi, зв'язується з поверхнею.

ЗастосуванняРедагувати

Зокрема адсорбція широко застосовується в хімічній та нафтохімічній промисловості для очищення нафтопродуктів, рекуперації летких розчинників, розділення газів та рідин, глибокої сушки газів.

Адсорбція — основа технологічних процесів тонкого очищення газових та інших потоків при невисокому початковому вмісті в них цільового компонента (див. адсорбційне очищення газу).

Речовини з високою адсорбційною здатністю застосовуються як фільтри, як медикаменти при отруєннях, а також як засоби боротьби з нафтовим забрудненням водойм.

Адсорбція у гірництвіРедагувати

Адсорбція є одним з головних чинників процесу флотації корисних копалин.

Параметри адсорбціїРедагувати

Див. такожРедагувати

ЛітератураРедагувати

ПосиланняРедагувати