Молекулярная адсорбция правило ребиндера

Молекулярная адсорбция правило ребиндера

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Конспект лекций для студентов биофака ЮФУ (РГУ)

4.1 ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И АДСОРБЦИЯ

4.1.5 Адсорбция на границе твердое тело – раствор

Молекулярная адсорбция из растворов

Изотермы адсорбции растворенных веществ из раствора по своему виду аналогичны изотермам адсорбции для газов; для разбавленных растворов эти изотермы хорошо описываются уравнениями Фрейндлиха или Ленгмюра, если в них подставить равновесную концентрацию растворенного вещества в растворе. Однако адсорбция из растворов является значительно более сложным явлением по сравнению с газовой, поскольку одновременно с адсорбцией растворенного вещества часто происходит и адсорбция растворителя.

Рис. 4.8 Ориентация молекул ПАВ на поверхности адсорбента

Зависимость адсорбции от строения молекул адсорбата очень сложна, и вывести какие-либо закономерности довольно трудно. Молекулы многих органических веществ состоят из полярной (гидрофильной) и неполярной (гидрофобной) группировок, т.е. являются поверхностно-активными веществами. Молекулы ПАВ при адсорбции на твердом адсорбенте ориентируются на его поверхности таким образом, чтобы полярная часть молекулы была обращена к полярной фазе, а неполярная – к неполярной. Так, при адсорбции алифатических карбоновых кислот из водных растворов на неполярном адсорбенте – активированном угле – молекулы ориентируются углеводородными радикалами к адсорбенту; при адсорбции из бензола (неполярный растворитель) на полярном адсорбенте – силикагеле – ориентация молекул кислоты будет обратной (рис. 4.8).

Адсорбция из растворов электролитов

Адсорбция из водных растворов электролитов происходит, как правило, таким образом, что на твердом адсорбента из раствора адсорбируются преимущественно ионы одного вида. Преимущественная адсорбция из раствора или аниона, или катиона определяется природой адсорбента и ионов. Механизм адсорбции ионов из растворов электролитов может быть различным; выделяют обменную и специфическую адсорбцию ионов.

Обменная адсорбция представляет собой процесс обмена ионов между раствором и твердой фазой, при котором твердая фаза поглощает из раствора ионы какого-либо знака (катионы либо анионы) и вместо них выделяет в раствор эквивалентное число других ионов того же знака. Обменная адсорбция всегда специфична, т.е. для данного адсорбента к обмену способны только определенные ионы; обменная адсорбция обычно необратима.

При специфической адсорбции адсорбция на поверхности твердой фазы ионов какого-либо вида не сопровождается выделением в раствор эквивалентного числа других ионов того же знака; твердая фаза при этом приобретает электрический заряд. Это приводит к тому, что вблизи поверхности под действием сил электростатического притяжения группируется эквивалентное число ионов с противоположным зарядом, т.е. образуется двойной электрический слой. Взаимодействие концентрирующихся на поверхности зарядов приводит к понижению поверхностной энергии системы. Для случая специфической адсорбции электролита Песковым и Фаянсом было сформулировано следующее эмпирическое правило ( правило Песко ва – Фаянс а ):

На поверхности кристаллического твердого тела из раствора электролита специфически адсорбируется ион, который способен достраивать его кристаллическую решетку или может образовывать с одним из ионов, входящим в состав кристалла, малорастворимое соединение.


Copyright © С. И. Левченков, 1996 — 2005.

www.physchem.chimfak.rsu.ru

Молекулярная адсорбция

Молекулярная адсорбция – адсорбция на поверхности адсорбента молекул неэлектролитов и слабых электролитов.

Адсорбируемость веществ на границе раздела фаз А/С определяется правилом уравнивания полярностей П.А. Ребиндера: вещество В будет адсорбироваться на границе раздела фаз А/С, если оно будет уравнивать полярности этих фаз:

или ,

где – полярность (диэлектрическая проницаемость) вещества.

Таким образом, адсорбат (растворенное вещество) должен занимать промежуточное значение по полярности между полярностью адсорбента и полярностью растворителя. Это правило дает возможность правильно выбрать адсорбент, адсорбат и растворитель.

Например: на границе вода ( = 81) – уголь ( ≈ 1) адсорбироваться будут вещества, у которых .

Для системы адсорбент – адсорбтив влияниеприроды растворителя на адсорбцию может быть сформулировано в виде правила Шилова:чем лучше растворяется адсорбтив в растворителе, тем он хуже адсорбируется поверхностью твердого адсорбента и наоборот, чем лучше растворяется, тем хуже адсорбируется.

Следовательно, малополярные адсорбенты (активированный уголь) лучше адсорбируют неполярные органические соединения, причем тем больше, чем выше их молярная масса. На поверхности полярных адсорбентов, являющихся оксидами (силикагель, алюмогель и др.), как правило, имеются гидроксильные группы, поэтому они хорошо сорбируют воду. Спирты, амины и другие полярные соединения.

Зависимость адсорбции от строения молекул адсорбата довольно сложна и вывести какие-либо общие количественные закономерности адсорбции практически не возможно. Молекулы ПАВ при адсорбции на поверхности твердого адсорбента ориентируются таким образом, чтобы полярная часть молекулы была обращена к полярной фазе, а неполярная – к неполярной.

Как известно, процесс адсорбции идет с выделением тепла, поэтому с повышением температуры молекулярная адсорбция часто уменьшается. С ростом концентрации раствора молекулярная адсорбция возрастает до какого-то предельного значения. Анализ экспериментальных изотерм адсорбции показывает, что молекулярная адсорбция может быть описана уравнениями Лэнгмюра и Фрейндлиха. В системе полярный растворитель – малополярный адсорбент адсорбция ПАВ подчиняется правилу Дюкло Траубе.

Методы молекулярной адсорбции широко используют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ (фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др.). Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

В качестве адсорбентов используют активные угли, синтетические сорбенты. Широкое использование активных углей в качестве сорбентов объясняется их слабым взаимодействием с молекулами воды и сильным взаимодействием с молекулами органических веществ. Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, природы и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента.

Например,адсорбционную очистку сточных вод от нитропродуктов, производят углями КАД. Уголь регенерируют растворителями (бензолом, этанолом, метиленхлоридом). Растворитель и нитропродукты разделяют перегонкой. Для извлечения фенолов из сточных вод используют активные угли марок ИГП-90, КАД, БАУ, АГ-3, АП-3. Степень извлечения фенолов этими углями изменяется от 50 до 99 %.

studopedia.ru

МОЛЕКУЛЯРНАЯ АДСОРБЦИЯ ИЗ РАСТВОРОВ НА ТВЕРДЫХ АДСОРБЕНТАХ

Существенное отличие адсорбции веществ из раствора от ад­сорбции из газовой фазы заключается в конкуренции между рас­творенным веществом и растворителем за возможность взаимо­действовать с адсорбционными центрами на поверхности твердого адсорбента. Молекулярная адсорбция зависит от следующих фак­торов: 1) природы адсорбента; 2) природы растворителя; 3) приро­ды поглощаемого вещества (адсорбата); 4) концентрации раство­ра; 5) температуры.

1. Влияние природы адсорбента на процесс молекулярной адсорбции из раствора определяется, как и в случае адсорбции газов, удельной поверхностью адсорбента и его сродством к по­глощаемому веществу. Гидрофильные адсорбенты (силикагель, глины, пористые стекла) хорошо поглощают полярные вещест­ва, а гидрофобные (сажа, активированный уголь) — неполярные вещества.

2. Природа растворителя должна сильно отличаться от при­роды растворенного вещества и природы адсорбента. Только в этом случае адсорбция вещества из раствора будет эффектив­ной. Другими словами:

Чем хуже данный растворитель смачивает поверхность адсорбента и чем хуже растворяет вещество, тем лучше будет происходить адсорбция растворенного вещества.

3. Влияние природы поглощаемого вещества определяется несколькими правилами. Во-первых, правилом «подобное взаи­модействует с подобным», которое указывает на необходимость сродства между адсорбируемым веществом и адсорбентом.

Во-вторых, правилом Н. А. Шилова:

Чем больше растворимость вещества в данном раство­рителе, тем хуже оно адсорбируется на поверхности твердого адсорбента.

Это происходит из-за конкурентного характера молекулярной адсорбции из раствора, где концентрация растворителя всегда значительно больше, чем вещества в растворе. Поэтому из лиофильной системы прежде всего будет адсорбироваться растворитель, а не растворенное вещество.

В-третьих, правилом выравнивания полярностей контакти­рующих фаз, сформулированным П. А. Ребиндером:

На поверхности раздела фаз прежде всего адсорбируют­ся те вещества, при адсорбции которых происходит выравнивание полярностей соприкасающихся фаз, причем с увеличением разности полярности фаз способность к адсорбции этих веществ возрастает.

Поэтому эффективней всего адсорбируются вещества, молекулы которых дифильны, т. е. в их структуре четко выражено при­сутствие двух фрагментов: полярного (гидрофильного) и неполярного (гидрофобного). Дифильные молекулы принято изо­бражать в виде «головастика» , в котором «головка» соот­ветствует полярной группе, а «хвост» — гидрофобному фрагменту. При наличии в растворе вещества, молекулы которого дифиль­ны, будет происходить их эффективная адсорбция на твердом адсорбенте с самопроизвольной четкой ориентацией их молекул на границе раздела, выравнивающей полярности фаз (рис. 26.5). Полярный фрагмент всегда обращен к полярной (гидрофильной) фазе — к воде, силикагелю, а неполярный фрагмент — к непо­лярной (гидрофобной) фазе — активированному углю, маслу.

Рис. 26.5. Ориентация дифильных молекул на поверхности адсорбента

4. Влияние концентрации растворенного вещества на про­цесс его адсорбции из раствора при постоянной температуре также описывается уравнением Ленгмюра.

5. При повышении температуры адсорбция веществ из рас­творов обычно уменьшается. Причинами этого являются ослабле­ние взаимодействия между поглощаемым веществом и адсорбен­том, а также улучшение растворимости вещества в растворителе.

Молекулярная адсорбция из растворов на твердом адсорбенте широко используется в медицинской практике. Так, при отрав­лениях применяется активированный уголь, способный адсорби­ровать газы, алкалоиды, барбитураты, токсины из пищевари­тельной системы. Одна таблетка активированного угля массой 0,25 г имеет адсорбционную поверхность около 100 м 2 . В на­стоящее время при острых отравлениях активированный уголь обычно вводят в желудок. С его помощью осуществляют также сорбционную детоксикацию крови и лимфы больного путем перфузии (пропуская их через активированный уголь). При гемоилимфосорбции биологические системы очищаются от барбиту­ратов, дихлорэтана, фосфорорганических соединений, алкалоидов и токсинов. Однако активированный уголь необходимо импрегнировать, чтобы он не адсорбировал белки и форменные элемен­ты крови и был совместим с кровью. В санитарно-гигиенической практике молекулярная адсорбция используется для очистки питьевой воды и сточных вод промышленных предприятий. Фильтрующие адсорбенты на основе природных глин широко используются в пищевой промышленности для очистки пище­вых растворов, сиропов, соков и растительных масел.

studopedia.org

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Правило уравнивания полярностей

Для оценки адсорбируемости веществ широко используется правило уравнивания полярностей, предложенное П. А. Ребиндером п 1927 г. Это правило заключается в том, что вещество может адсорбироваться на поверхности раздела фаз, если в результате его адсорбции будет уравниваться разность полярностей этих фаз, т. е. по полярности это вещество должно занимать промежуточное положение между веществами, определяющими фазы. Это согласуется с тем, что из более полярной фазы на неполярной поверхности адсорбируется менее полярное вещество чтобы оно вытес- [c.154]

Хорошей иллюстрацией правила уравнивания полярностей является адсорбция органических соединений на углях. На рис. HI.17 представлена диаграмма избирательности адсорбции органических веществ из водных растворов на активном угле КАД. По осям координат представлены мольные доли адсорбирующихся компонентов без учета растворителя (воды), и поэтому получены зависимости, подобные уравнению (III. 97). Из этой диаграммы видно, что на активном угле КАД можно разделить анилин и нитроанилин, причем последний преимущественно остается в водной фазе (кривые 1а и 16). Анилин адсорбируется несколько хуже фенола, но их коэффициенты разделения небольшие. В результате избирательность адсорбции в системе фенол—анилин мала (кривые 2а и 26). Это объясняется тем, что полярности фенола и анилина близки и значительно меньше, чем полярность нитроанилина, который поэтому сильнее удерживается водной фа- Смотреть страницы где упоминается термин Правило уравнивания полярностей: [c.106] [c.53] [c.165] Физическая и коллоидная химия Издание 3 1963 (1963) — [ c.329 ]

Физико-химические основы смачивания и растекания (1976) — [ c.8 , c.84 , c.168 ]

chem21.info

Молекулярная адсорбция

Адсорбция из растворов – более сложный процесс, чем адсорбция газов. Связано это с тем, что, если газ – однокомпонентная система, то раствор как минимум двухкомпонентен и при адсорбции вместе с растворенным веществом адсорбируются и молекулы растворителя. Количества адсорбированных частиц растворенного вещества и растворителя зависят от их собственной адсорбционной способности и концентрации раствора. При малых концентрациях преобладает адсорбция растворенного вещества, при больших – адсорбция растворителя. Это следует из изотермы зависимости удельной адсорбции (С0-С)/m от концентрации адсорбтива С0 в растворе, где: С0 – концентрация растворенного вещества до адсорбции; С – концентрация вещества после адсорбции; m – масса адсорбента от концентрации адсорбтива (рис. 2.10).

Согласно изотермы, вначале количество адсорбируемого вещества растет с увеличением его концентрации в растворе (подъем кривой), а затем начинает преобладать адсорбция растворителя. В результате концентрация самого растворенного вещества в единице объема раствора повышается и наступит момент, когда, по мере убыли растворителя, концентрация растворенного вещества С0 до адсорбции станет меньше возросшей концентрации неадсорбировавшихся молекул С; разность (С0-С) окажется меньше нуля, а дробь — отрицательной (кривая опустится ниже оси абсцисс). Отсюда следуют выводы:

— более полно адсорбция адсорбтива происходит из растворов низкой концентрации;

— адсорбции веществ из растворов мешают хорошо адсорбируемые адсорбентом растворители.

Например, адсорбция воды на угле низкая, поэтому уголь хорошо адсорбирует вещества из водных растворов. Но тот же уголь значительно хуже адсорбирует вещества, растворенные в бензоле, так как бензол сам хорошо адсорбируется на угле.

Получаемые из второго вывода результаты Л.А. Ребиндер сформулировал в виде правила (правило выравнивания полярностей): на полярных адсорбентах лучше адсорбируются полярные адсорбтивы из малополярных растворителей; на неполярных адсорбентах – неполярные из полярных растворителей.

При адсорбции ПАВ на границе раздела твердое тело-раствор, так же, как и на границе жидкость-газ и жидкость-жидкость, имеет место пространственная ориентация молекул адсорбтива. В системе полярный адсорбент – неполярный растворитель молекулы адсорбтива обращены полярной частью (головой) к поверхности адсорбента, а неполярная их часть (хвост) погружена в растворитель (рис. 2.11,а). Для системы неполярный адсорбент – полярный растворитель, наоборот, неполярная часть молекулы обращена к поверхности адсорбента, а полярная погружена в растворитель (рис. 2.11,б), воду.

Закономерности распределения веществ между раствором и твердой фазой важны для понимания процессов обмена веществ. Правила рассредоточения и ориентации растворенных молекул на границе неполярной фазы липидного бислоя мембраны и полярной внутри- и межклеточной жидкости управляют поступлением питательных веществ и удалением продуктов метаболизма. С явлением адсорбции биологически активных соединений на клеточных мембранах, из полярных сред организма, связано и физиологическое действие многих лекарственных препаратов (барбитуратов, анестезирующих средств и др.), а также токсическое действие отравляющих веществ (например, иприта и люизита). Существует специальный механизм окисления неполярных или малополярных чужеродных для организма веществ (ксенобиотиков), в результате чего они приобретают полярные группировки и их способность адсорбироваться на липидных мембранах падает. В итоге чужеродные тела переходят в водную фазу, откуда покидают организм с выделениями.

Молекулярная адсорбция твердыми адсорбентами из растворов широко распространена в медицинской практике. Уже давно при отравлениях растительными ядами, токсинами, малополярными лекарственными препаратами (например, барбитуратами) применяют активированный уголь для удаления их из пищеварительного тракта. В настоящее время осуществляют сорбционную детоксикацию крови и лимфы больного пропусканием через пористые адсорбенты. Гемо- и лимфосорбция позволяют очищать организм и от токсичных жидкостей, таких как дихлорэтан, от фосфорорганических соединений и др. Адсорбцию из растворов используют при удалении молекулярных примесей из питьевой воды и сточных вод.

studopedia.ru

Популярное:

  • Приказ мчс по службе Приказ МЧС России от 6 июля 2017 г. № 285 “Об утверждении примерной формы контракта о прохождении службы в федеральной противопожарной службе Государственной противопожарной службы” (не вступил в силу) В соответствии с частью 8 […]
  • Адвокат тарасова екатерина Адвокат тарасова Хочу проверить является ли адвокатом Тарасова Екатерина Ивановна в Москве по адресу Житная 14 МО РЕБЕНКА как второй раз не вынесла это процессура, и только в суде доказать подлежащее разрешению в отношении него […]
  • Химия пособие по егэ Химия, Новые задания ЕГЭ, Доронькин В.Н., 2016 Химия, Новые задания ЕГЭ, Доронькин В.Н., 2016. Пособие составлено в соответствии с изменениями формулировок и содержания заданий в тестах ЕГЭ по новой спецификации и предназначено […]
  • Договор дарения квартиры несовершеннолетнему внуку Договор дарения квартиры (дарственная) Каждый из нас за всю свою жизнь получал немало различных подарков, которые всегда приносили нам не только положительные эмоции, но и разочарования. Такой подарок, как квартира обрадует […]
  • Судебно-медицинская экспертиза архангельск ГБУЗ Архангельской области «Бюро судебно-медицинской экспертизы» Адрес: 163045, Архангельская область, г. Архангельск, ул. Самойло, 21 Телефон: +7 (8182) 212753, +7 (8182) 212752 Факс: +7 (8182) 229181 Подразделения 163045, […]
  • Функция и элементы налога Сущность и функции налогов, элементы налога, принципы налогообложения. Проблемы перестройки налоговой системы Налоги – это обязательные фиксированные платежи, выполняющие целый ряд функций, в основном четыре: фискальную – […]
  • За развод 650 рублей Госпошлина за расторжение брака в 2018 году В Российской Федерации для официального расторжения брака необходимо оплатить госпошлину. Ее размер разнится в зависимости от того, каким образом и при каких обстоятельствах был […]
  • Артиллеристы сталин дал приказ аккорды Артиллеристы сталин дал приказ аккорды ПЕСНЯ АРТИЛЛЕРИСТОВ Из кинофильма "В 6 часов вечера после войны", режиссер-постановщик Иван Пырьев, 1944 Слова Виктора Гусева Музыка Тихона Хренникова Горит в сердцах у нас любовь к земле […]