adsorption och absorption. Adsorptionsisotermer. Definition av sorption och dess typer CRS på ämnet adsorption

Sorption (från latin sorbeo - jag absorberar, drar in) är varje process för absorption av ett ämne (sorbtiva) av ett annat (sorbent), oavsett absorptionsmekanismen. Beroende på sorptionsmekanismen särskiljs adsorption, absorption, kemisorption och kapillärkondensation.

Adsorption kallas förändringen i koncentrationen av ett ämne vid gränsytan. Adsorption sker på alla gränsytor, och alla ämnen kan adsorberas. Adsorptionsjämvikt, dvs. jämviktsfördelningen av ämnet mellan gränsskiktet och de intilliggande faserna är en dynamisk jämvikt och etableras snabbt. Adsorptionen minskar med stigande temperatur.

I vissa fall är absorptionen av en substans av en annan inte begränsad till ytskiktet, utan sker genom hela sorbentens volym. Denna absorption kallas absorption. Ett exempel på en absorptionsprocess är upplösningen av gaser i vätskor. Absorptionen av ett ämne av ett annat, åtföljt av kemiska reaktioner, kallas kemisorption. Således är absorptionen av ammoniak eller väteklorid av vatten, absorptionen av fukt och syre av metaller med bildning av oxider och hydroxider, absorptionen av koldioxid av kalciumoxid är exempel på kemisorptionsprocesser. kapillär kondensation består i att kondensera ångor i mikroporösa sorbenter. Det uppstår på grund av det faktum att ångtrycket över den konkava menisken av vätskan i de smala kapillärerna som vätas av den är mindre än det mättade ångtrycket över vätskans plana yta vid samma temperatur.

Således är sorptionsprocesser olika i sin mekanism. Men varje sorptionsprocess börjar med adsorption vid gränsen av sammanhängande faser, som kan vara flytande, gasformiga eller fasta.

Som anges i § 106 sker alla spontana processer vid fasgränserna i riktning mot minskande fri ytenergi. Följaktligen är positiv adsorption, vilket leder till en ökning av koncentrationen av ett ämne i gränsskiktet, endast möjlig om i detta fall ytspänningen minskar.

Låt oss överväga förhållandet mellan ytspänningen hos lösningar och adsorption vid vätskan | gas. Lösningarnas ytspänning beror på typen av lösningsmedlet och det lösta ämnet, på koncentrationen av det senare och på temperaturen. Beroendet av ytspänningen hos lösningar vid konstant temperatur på koncentrationen av det lösta ämnet kallas ytspänningsisoterm. Löser eller sänker lösningsmedlets ytspänning, i vilket fall de kallas ytaktivämnen (ytaktiva ämnen), eller öka ytspänningen (yta-inaktivämnen), eller inte påverkar lösningsmedlets ytspänning (Fig. 95). I vattenlösningar är polära organiska föreningar (alkoholer, syror, aminer, fenoler) ytaktiva. De flesta starka elektrolyter är ytinaktiva.

Ytaktiva ämnen delas in i två stora undergrupper: 1) verkligt vattenlösliga och 2) micellära kolloider.

Ytaktiva ämnen i den första undergruppen är amfifila molekyler med korta kolväteradikaler, och ytaktiva ämnen i den andra undergruppen är amfifila molekyler med långa kolväteradikaler, lätt lösliga i vatten.

Skillnaden mellan koncentrationerna av ett löst ämne i ytskiktet och i samma skikt inuti volymen av lösningen kallas ytöverskottet av detta ämne och betecknas med den grekiska bokstaven G ("gam-

Ris.

Ris.

Ytskiktets struktur: a- rent lösningsmedel; b- omättat monomolekylärt ytaktivt skikt; v- mättat monomolekylärt ytaktivt skikt

(a - ytspänning, C- lösningskoncentration): 1,2 - lösningar av ytaktiva ämnen (tensider) med högre (/) och mindre (2) ytaktivitet; 3 - lösning av ytaktivt ämne ma"). Ytaktiva ämnen är positivt adsorberade i ytskiktet, och följaktligen för dem T > 0, eftersom detta leder till en minskning av ytspänningen. Tvärtom adsorberas ytaktiva ämnen negativt; deras koncentration i ytskiktet är mindre än i lösningens volym (G

Ett exempel på en adsorptionsisoterm för ett ytaktivt ämne visas i fig. 96. Som kan ses, med en ökning av koncentrationen av lösningen, når G gränsvärdet (T 00), när hela ytskiktet är upptaget av ytaktiva molekyler som har undanträngt lösningsmedelsmolekylerna. I sådana mättade monomolekylära ytskikt är ytaktiva molekyler korrekt orienterade - med sin polära grupp mot den polära fasen (till exempel vatten) och med sin opolära kolväteradikal - mot den opolära fasen (till exempel luft), bildar en sorts palissad.

Gränsspänningen ändras på liknande sätt och den tredje komponenten adsorberas vid gränsen mellan två oblandbara vätskor.

Adsorptionen av gaser och ångor på ytan av fasta ämnen sker också som ett resultat av en minskning av den fria ytenergin. Med tanke på svårigheten att mäta ytspänningen hos fasta ämnen, bedöms adsorption på dem genom att direkt bestämma mängden av det adsorberade ämnet. Den senare är ju större, desto större yta av adsorbenten. Därför är det, för implementering av adsorptionsprocesser, mycket viktigt att skapa högporösa adsorbenter med en utvecklad inre yta, som kännetecknas av en specifik yta, d.v.s. yta per 1 g sorbent. De viktigaste porösa sorbenterna är aktivt kol och silikagel. Kolets uppsugningsförmåga märktes redan på 1700-talet. Emellertid först 1915 N.D. Zelinsky utvecklade en metod för att erhålla aktiva kol, föreslår dem som universella absorbatorer av giftiga ämnen, och tillsammans med E.L. Kumantom designade en kolgasmask med en gummimask. Ett av de första sätten att aktivera träkol var att behandla det med överhettad ånga för att avlägsna hartsartade ämnen som bildades vid torrdestillation av trä och fyllning av porerna i vanligt kol.

Moderna metoder för att erhålla och studera aktivt kol i vårt land utvecklades av M.M. Dubinin. Den specifika ytan av aktivt kol når 1000 m 2 per gram. Aktivt kol är en hydrofob adsorbent, absorberar vattenånga dåligt och kolväten mycket bra.

För att absorbera vattenånga används i stor utsträckning en hydrofil adsorbent, som är en aerogel av uttorkad kiselsyra och kallas silikagel. Industrin producerar ett antal kvaliteter av kiselgel med olika porstorlekar och fördelningar.

Till skillnad från ytan av vätskor är inte alla punkter på ytan av fasta ämnen lika när det gäller deras adsorptionskapacitet. Vid låga gaskoncentrationer sker adsorption monomolekylärt över de mest aktiva platserna av adsorbenten - dess "aktiva centra", som är individuella atomer eller grupper av ytatomer, vars kraftfält är minst mättat. När gaser adsorberas vid temperaturer under deras kritiska temperatur, kan monomolekylär adsorption omvandlas till polymolekylär adsorption med ökande tryck.

En ökning av temperaturen och en minskning av trycket leder till desorption av gaser och ångor. Som ett resultat av detta används sorption-desorptionsmetoder i stor utsträckning inom industrin för att extrahera olika ämnen ur luften, samt för att separera gaser och ångor.

När lösta ämnen adsorberas från lösningar på fasta adsorbenter, adsorberas alltid lösningsmedel i viss utsträckning. Därför är adsorption från lösningar konkurrenskraftig mellan absorptionen av lösta ämnen och lösningsmedlet. Både lösta icke-elektrolyter och elektrolyter kan adsorberas. I detta avseende görs en skillnad mellan molekylär och jonadsorption från lösningar.

För att minska adsorptionen av lösningsmedlet under molekylär sorption från vattenlösningar används vanligtvis en hydrofob adsorbent - aktivt kol, och vid sorption från opolära lösningsmedel (kolväten) en hydrofil adsorbent - silikagel. Adsorption fortskrider längs adsorbentens aktiva centra, ofta monomolekylärt och mycket selektivt. Isotermer av molekylär adsorption från lösningar, såväl som gaser och ångor, har formen av kurvan som visas i fig. 96. Desorption som utförs med hjälp av vätskor brukar kallas eluering och vätskor eller lösningar som används för dessa ändamål, elueringsmedel.

Sorption kan ske under statiska eller dynamiska förhållanden. Sorption kallas statisk, när det absorberade ämnet (sorbenten), som är i gas- eller flytande fas, bringas i kontakt med den orörliga sorbenten eller blandas med den. Den statiska aktiviteten hos sorbenten kännetecknas av mängden absorberad substans per massaenhet av sorbenten under vissa förhållanden.

dynamisk sorption kallas när det absorberade ämnet befinner sig i en rörlig vätske- eller gasfas, som filtreras genom ett lager av sorbent. Adsorbentens dynamiska aktivitet kännetecknas av tiden från början av adsorbentens passage till dess genombrott, dvs. innan det dyker upp bakom det adsorberande skiktet (N.A. Shilov, 1917). Inom industrin utförs sorptions-desorptionsprocesser som regel under dynamiska förhållanden, eftersom detta säkerställer kontinuiteten i tekniska processer och möjligheten till deras automatisering.

Nikolai Dmitrievich Zelinsky (1861 - 1953) - akademiker, grundare av en stor skola av organiska kemister. Han äger klassiska verk inom området organisk katalys, såväl som om oljans kemi och produktionen av många värdefulla produkter från den.
Mikhail Mikhailovich Dubinin (1901-1993) - akademiker, pristagare av statliga priser, chef för en stor vetenskaplig skola inom sorptionsområdet. Han gav ett stort bidrag till utvecklingen av moderna idéer om mekanismen för sorption av gaser och ångor, såväl som metoder för att erhålla och studera sorbenter.

ADSORPTION(från latin ad-on, at och sorbeo-absorb), en förändring (vanligtvis en ökning) i koncentrationen av materia nära fasseparationens yta ("absorption på ytan"). I det allmänna fallet är orsaken till adsorption den okompenserade intermolen. krafter nära denna yta, dvs. förekomsten av adsorption kraftfält. Kroppen som skapar ett sådant fält kallas. adsorbent, in-in, molekyler to-rogo kan adsorberas, och d sorb t och in om, redan adsorberade. in-i-adsorbat. Den omvända processen för adsorption, kallad. desorption.

Arten av adsorption krafter m. mycket olika. Om dessa är van der Waals-krafter, så kallas adsorption. fysikalisk, om valens (d.v.s. adsorption åtföljs av bildning av ytkemiska föreningar), - kemisk eller kemisorption. Skilja på. egenskaper hos kemisorption - irreversibilitet, höga termiska effekter (hundratals kJ / mol), aktiverad karaktär. Mellan fysiska och chem. adsorption, det finns många mellanprodukter. fall (t.ex. adsorption på grund av bildandet av vätebindningar). Även möjlig diff. typer av fysiska adsorption max. universell manifestation av dispersion intermol. attraktionskrafter, eftersom de är ungefär konstanta för adsorbenter med en yta av någon kemikalie. natur (den så kallade icke-specifika adsorptionen). Phys. adsorption kan orsakas av elektrostatisk elektricitet. krafter (ömsesidigt mellan joner, dipoler eller kvadrupoler); medan adsorption bestäms av kemisk. arten av de adsorptiva molekylerna (den så kallade specifika adsorptionen). Betyder att. roll i adsorption geometrin på sektionens yta spelar också: vid en plan yta talar man om adsorption på en öppen yta, vid en lätt eller starkt krökt yta adsorption i adsorbentens porer.

I teorin om adsorption skiljer man mellan statik (adsorbent-adsorbatsystemet är i termodynamisk jämvikt) och kinetik (det finns ingen jämvikt).

Adsorptionsstatik

Eftersom systemet är alltså i jämvikt potentialerna för adsorbatet och adsorbatet är desamma; entropin av adsorbatet på grund av minskningen av rörligheten av molekyler under adsorption är mindre än entropin för adsorbatet. Därför, med en inert adsorbent, är entalpin alltid negativ, d.v.s. adsorptionen är exoterm. Att ta hänsyn till förändringen i entropin hos adsorbenten kan ändra denna slutsats. Till exempel, under sorption av polymerer in-in, i vilka polymeren sväller, kan entropin hos den senare (på grund av en ökning av rörligheten hos makromolekyler) öka så mycket att adsorptionen blir endoterm. I framtiden anser artikeln endast exotermisk. adsorption .

Det finns integrerade, differentiella, isosteriska. och medeladsorptionsvärme. Den integrerade värmen Q är lika med förlusten av entalpi (vid V = const - intern energi) när adsorption ändras från en 1 till en 2 (i ett särskilt fall, kanske en 1 \u003d 0): Q \u003d - (H 2 - H 1) Detta värde refereras vanligtvis till adsorbentens massa och uttrycks i J/kg.

Det finns en annan mekanism som leder till ytterligare adsorption av adsorbenter under deras kritiska värde. prova på porösa adsorbenter vid relativt höga värden av p/p s. Detta är kapillär kondensation. Om en konkav adsorbatmenisk bildas i en por, börjar kondensation i den vid p/p s<1. Согласно ур-нию Кельвина:

där är ytspänningen för adsorbatet, V är dess molära volym, r är meniskens krökningsradie. Kapillär kondensering leder till en kraftig ökning av adsorptionsisotermen. I detta fall observeras den så kallade ofta (men inte alltid). adsorption hysteres, dvs. adsorptionsfel. och desorbter. grenar av isotermen. Som regel beror detta på att meniskernas former inte sammanfaller under adsorption och desorption.

Med hjälp av potentialteorin har M.M. Dubinin föreslog och utvecklade teorin om volymetrisk fyllning av mikroporer (TOZM). Det har postulerats att denna teori endast gäller mikroporösa adsorbenter. En egenskap hos sådana adsorbenter, i vilka de linjära dimensionerna av porerna är r1 nm, är att hela volymen av deras porer är "fylld" med adsorbenter. fält. Därför, under adsorption, fylls de inte i lager, utan volymetriskt. Värdet i det aktuella fallet är inte adsorption. potential, och upp till tecknet för kemikalien. adsorbatpotential, mätt från kemikalienivån. potential hos en normal vätska vid samma t-re. Hela uppsättningen av adsorbentporer är indelad i tre klasser: mikroporer (r0,6 nm), mesoporer (0,6 nm-20 nm) och makroporer (r20 nm). Adsorption i mikroporer sker enligt TOZM-schemat, d.v.s. volymetriskt, i mesoporer - genom mekanismen för lager-för-lager fyllning, kompletterad med kapillär kondensation. Makroporer under adsorption. jämvikt spelar ingen roll.

Introduktion av konceptet f-tsii-fördelning av porvolymer på värdena av kemikalier. adsorbatpotential i dem, M.M. Dubinin och L. V. Radushkevich fick ekvationen för TOZM-adsorptionsisotermen, som vanligtvis skrivs ner som ett spår. form:

där p, E och a 0 är parametrar (a 0 \u003d a för p \u003d p s). Temperaturberoende a 0:

där = -(daO/dT); a 0 0 \u003d a 0 vid T \u003d T 0. Parametrarna n och E är praktiskt taget oberoende av t-ry. I de flesta fall, n \u003d 2. Endast för fall där de initiala adsorptionsvärmena är mycket stora, n\u003e 2. För att räkna om adsorptionsisotermer från ett adsorptivt till ett annat, antas det ungefärligen att E 1 /E 2 P 1 / P \u003d och att a 01 / a 02 V 1 /V 2 , där Pi är en parachor, V i är den molära volymen av adsorbenten.

Genom att använda föreställningen att det i en verklig adsorbent finns porer av olika storlekar, och introducerade fördelningen av E-värden med en dispersion lika med F. Stekli, föreslog han en generalisering av ekvation (23), kallad Dubinin-Stöckli-ekvationen:

Adsorptionskinetik

Adsorption, som alla verkliga processer, sker i tiden. Därför bör en fullständig teori om adsorption innehålla ett avsnitt om kinetiken för adsorption. Den elementära adsorptionshandlingen utförs nästan omedelbart (undantaget är kemisorption). Därför bestäms tidsberoendet av adsorption i huvudsak. diffusionsmekanism, dvs tillförseln av en adsorbent till adsorptionsplatsen. Om adsorptionen på en öppen yta inte är momentan, sker en sådan process i ett externt diffusionsområde; i detta fall är diffusionslagarna inte specifika för adsorption. När det gäller porösa adsorbenter, förutom ext. diffusion, en viktig roll börjar spela vnutr. diffusion, dvs. överföring av adsorbenten i adsorbentens porer i närvaro av en koncentrationsgradient i dem. Mekanismen för sådan överföring kan bero på adsorbatkoncentrationen och porstorlekarna.

Det finns molekylär-, Knudsen- och ytdiffusion (Volmer). Molekylär diffusion utförs om längden är fri. intervallet av molekyler i porerna är mindre än porstorleken, Knudsen-längden är om denna längd överstiger porstorleken. Under ytdiffusion rör sig molekyler längs ytan av adsorbenten utan övergång till bulkfasen. Men värdena för koefficienten diffusioner är inte desamma för olika diffusionsmekanismer. I många fall är det inte möjligt att experimentellt fastställa exakt hur diffusion sker, och därför s.k. effektiv koefficient. diffusion som beskriver processen som helhet.

Main experimentell material på kinetiken för adsorption är den så kallade. kinetisk kurva, dvs. f-tion \u003d a / a är lika med \u003d f (t) där är den relativa adsorptionen lika med förhållandet mellan det aktuella adsorptionsvärdet a och a lika med dess värde vid tidpunkten t. Att tolka kinetiken kurva i det enklaste fallet antas det att adsorbentkornet har en porös struktur helt enhetlig i volym (denna modell kallas kvasi-homogen). betyder att. förbättring av den kvasihomogena modellen - uppfattningen att varje korn innehåller regioner med större och finare porer. Diffusion i ett sådant korn beskrivs av två dec. koefficienter.

I fallet med en öppen yta, med Langmuir-modellen, är det lätt att få en kinetik. adsorptionsnivå. Hastigheten för närmande till jämvikt är skillnaden mellan hastigheterna för adsorption och desorption. Om vi antar, som vanligt inom kinetiken, att processhastigheterna är proportionella mot koncentrationerna av reagerande ämnen, har vi:

där k ads och k dec är respektive hastighetskonstanter. adsorption och desorption. Trycket i gasfasen antas vara konstant. När vi integrerar denna ekvation från t = 0 till valfritt värde på t får vi:

Därför har vi för f:= lika. Så vi har äntligen:

där k = k annonser + k dec.

Effekten av t-ry på adsorptionshastigheten uttrycks av en ekvation som liknar Arrhenius-ekvationen. Med ökande t-ry ökar annonserna exponentiellt. Eftersom diffusion i adsorbentens porer är förknippad med att övervinna aktivering. barriärer, temperaturberoendena för k ads och k des är inte desamma.

Kunskap om diffusionshastigheter är viktig inte bara för teorin om adsorption, utan också för att beräkna prom. adsorption processer. I det här fallet handlar de vanligtvis inte om enskilda korn av adsorbenten, utan med deras lager. Kinetiken för processen i lagret uttrycks av mycket komplexa beroenden. Vid varje punkt av skiktet vid en given tidpunkt bestäms mängden adsorption inte bara av typen av ekvation för adsorptionsisotermen och lagarna för processens kinetik, utan också av aero- eller hydrodynamisk. förhållanden för flödet av gas eller vätska runt spannmål. Kinetiken för processen i det adsorberande skiktet, i motsats till kinetiken i ett enda korn, kallas. adsorptionsdynamik är det allmänna schemat för att lösa problem som följer: ett system av differentialer sammanställs. ur-tion i partiella derivat, med hänsyn tagen till skiktets egenskaper, adsorptionsisotermen, diffusionsegenskaper (diffusionskoefficient, typer av massöverföring över skiktet och inuti kornen), aero- och hydrodynamisk. flödesfunktioner. Initial- och randvillkor är fastställda. Lösningen av detta ekvationssystem leder i princip till värdena för adsorptionsvärdena vid en given tidpunkt vid en given punkt i lagret. Som regel analytisk lösningen kan endast erhållas för de enklaste fallen; därför löses ett sådant problem numeriskt med hjälp av en dator.

I en experimentell studie av adsorptionsdynamiken leds en gas- eller vätskeström med specificerade egenskaper genom adsorbentskiktet och sammansättningen av den utgående strömmen undersöks som en funktion av tiden. Utseendet på den absorberade in-va för ett lager som kallas. genombrott, och tiden till genombrott - tiden för skyddsåtgärden. Beroendet av koncentrationen av denna komponent bakom lagret på den anropade tiden. utgångskurva. Dessa kurvor fungerar som huvud experimentell material som gör det möjligt att bedöma mönster av adsorptionsdynamik.

Hårdvarudesign av adsorptionsprocesser

Det finns många tekniker. adsorptionstekniker. processer. Utbredd cyklisk. (periodiska) installationer med fast adsorbentbädd, osn. nod till-rykh - en eller flera. adsorbatorer tillverkade i form av ihåliga kolonner fyllda med granulär adsorbent. Gasströmmen (eller vätskan) innehållande de adsorberade komponenterna leds genom adsorbentbädden tills den bryts igenom. Därefter regenereras adsorbenten i adsorbatorn och gasflödet skickas till en annan adsorbator. Adsorbentregenerering innefattar ett antal steg, varav det huvudsakliga är desorption, d.v.s. frigöring av tidigare absorberat material från adsorbenten. Desorption utförs genom uppvärmning, trycksänkning i gasfasen, förskjutning (till exempel med skarpt vatten

Om absorption är en fysisk process som inte åtföljs av andra fysikaliska eller kemiska processer, följer den vanligtvis Nernsts distributionslag:

"vid jämvikt är förhållandet mellan koncentrationerna av den tredje komponenten i två flytande tillstånd en konstant.";

Volymen av konstanten K N beror på temperaturen och kallas för distributionskoefficienten. Denna likhet är sann förutsatt att koncentrationerna inte är för höga och om "x"-molekylerna inte ändrar form i något annat av de två tillstånden. Om en sådan molekyl genomgår association eller dissociation, så beskriver denna likhet fortfarande jämvikten mellan "x" i båda tillstånden, men bara för samma form - koncentrationerna av alla återstående former måste beräknas med hänsyn till alla andra jämvikter.

I många tekniskt viktiga processer används kemisk absorption istället för en fysikalisk process, såsom absorption av koldioxid av natriumhydroxid - sådana processer följer inte Nernsts distributionslag.

För några exempel på denna effekt kan extraktion övervägas, där en komponent kan extraheras från en vätskefas i en lösning och överföras till en annan utan en kemisk reaktion. Exempel på sådana lösningar är ädelgaser och osmiumoxid.

Länkar

Wikimedia Foundation. 2010 .

Synonymer:

Se vad "Sorption" är i andra ordböcker:

Sorption- - det allmänna namnet på fenomenet och massöverföringsprocesser där ett fast eller flytande ämne (sorbent) absorberar ett ämne (sorbent) från miljön. [Usherov Marshak A. V. Konkret vetenskap: lexikon. Moskva: RIF Building Materials. 2009... Uppslagsverk över termer, definitioner och förklaringar av byggmaterial

- (från latin sorbeo I absorb) absorption av ett fast ämne eller vätska av något ämne från miljön. De huvudsakliga typerna av sorption är adsorption, absorption och kemisorption. Den absorberande kroppen kallas en sorbent, absorberad av ett sorbat (sorbat). ... ... Stor encyklopedisk ordbok

- (från latin sorbeo absorberar jag), TV-absorption. kropp eller flytande (sorbent) vätska i va eller gas (sorbat) från omgivningen. Absorption i VA från gasfasen av hela volymen av den flytande sorbenten som kallas. absorption, absorption i ytskiktet ... ... Fysisk uppslagsverk

Adsorption, kemisorption, absorption, sorption, absorption, kemisk absorption Ordbok över ryska synonymer. sorptionssubstantiv, antal synonymer: 7 absorption (5) ... Synonym ordbok

sorption- - förmågan hos ett ämne att absorbera (koncentrera) ett annat. Allmän kemi: lärobok / A. V. Zholnin Sorption är det allmänna namnet för fenomen och processer för massöverföring där ett fast ämne eller en vätska absorberar ett ämne från ... ... Kemiska termer

Processen för absorption av hela massan (absorption) eller ytan (adsorption) av en fast eller vätska av ämnen från miljön. För intercellulära interaktioner (viruscell, makrofaglymfocyt, etc.) är termen tillämplig vid tillägg av ... ... Ordbok för mikrobiologi

Processen genom vilken en kropp absorberar gaser, ångor eller lösta ämnen från sin omgivning. Inkluderar absorption och adsorption, som också kan åtföljas av kemikalier. interaktionen mellan det absorberade ämnet och absorbatorn ... ... Geologisk uppslagsverk

SORPTION- fysiskt. chem. processer för absorption av gaser, ångor och lösta ämnen av fasta ämnen eller vätskor, kallade (se). Särskilj följande typer av S.: (se); (kolla Kolla); kapillär (se), såväl som jonbyte S., när selektiv ... ... Great Polytechnic Encyclopedia

OCH; väl. [från lat. sorbere absorb] Phys., chem. Absorption av fast eller vätska av något slag. ämnen från miljön. ◁ Sorption, oj, oj. C e processer. C. pump. * * * sorption (från latin sorbeo I absorb), absorption av en fast kropp eller ... ... encyklopedisk ordbok

sorption- ▲ absorption i riktning, kondenserat tillstånd, ut, medium sorption selektiv absorption av en fast eller vätska till l. ämnen från miljön. sorbent. absorption volumetrisk sorption. absorberande. absorbera. adsorption ... ... Ideografisk ordbok för det ryska språket

Böcker

Jonbytessorption av biologiskt aktiva ämnen, Demin A., Chernova I., Shataeva L. Monografin ägnas åt de senaste landvinningarna inom området för syntes av högpermeabla polyelektrolytnätverk med fraktal morfologi och hög hydrofil poryta. Jämförelse…

Partiklarna som ligger på ytan av varje fas bildar en speciell ytfas, vars egenskaper skiljer sig väsentligt från egenskaperna hos fasens inre regioner. Partiklar som ligger på ytan interagerar både med homogena partiklar och med partiklar av annat slag (Fig. 6.1).

Ris. 6.1. Ytskiktet av ett ämne i kondenserat tillstånd

Konsekvensen av detta fenomen är att medelenergin gs för en partikel belägen på fasgränsytan skiljer sig från medelenergin för samma partikel i volymen av fasen gv .. En viktig egenskap hos ytfasen är ytenergin G s - skillnaden i medelenergin för en partikel på ytan och partikeln i fasens volym multiplicerat med antalet partiklar på ytan N:

G s \u003d N (g s -g v)
Under ytenergi hänvisar till Gibbs energi (Gs) - ytbildning. Det är lika med produkten av den specifika ytenergin σ och arean av gränssnittet S:

Specifik ytenergi (J / m 2) är lika med det arbete som krävs för att bilda en enhetsarea av den fria ytan. Den specifika ytenergin bestäms av ett visst ämnes natur. Ju högre interaktionsenergin är mellan partiklar av ett ämne, desto högre är den specifika ytenergin. När temperaturen ökar minskar den specifika ytenergin. Nära den kritiska temperaturen är ytspänningen noll.

Termen ytenergi appliceras på gränsytan gas-fastämne. För gränssnittet mellan kondenserade faser (vätska - flytande, flytande - fast) används termen gränsytenergi. För fasgränsen vätska - gas (ånga) använder vanligtvis termen specifik ytenergi, kallad ytspänning.

Ytspänning σ- den viktigaste termodynamiska egenskapen hos gränssnittet, definierad som arbetet med reversibel isotermisk bildning av en enhetsarea av denna yta. I fallet med ett vätskegränssnitt kan ytspänningen också legitimt betraktas som det arbete som krävs för att öka enhetslängden för den fria ytkonturen:

där ΔL är ökningen av längden av den fria ytkonturen, m;

σ – ytspänning, N/m.

På grund av ytspänning, i frånvaro av yttre kraftpåverkan, tar vätskan formen av en kula som motsvarar den minsta ytarean och följaktligen det minsta värdet av den fria ytenergin. Ett av sätten att sänka den fria ytenergin är sorption.

Sorption(från lat. sorbeo - jag absorberar) - absorption av ett fast ämne eller vätska av ett ämne från miljön. Den absorberande kroppen kallas sorbent, ämnet som absorberas av det kallas sorbat (eller sorbtiv). Skilj mellan absorptionen av ett ämne av hela massan av en flytande sorbent - det är absorption; ytskikt av en fast eller flytande sorbent är adsorption.

Absorption är absorption av ämnen från en gasblandning av vätskor. Inom tekniken används absorption vanligtvis för att extrahera en komponent från en gasblandning. Absorptionen förbättras med ökande tryck och sjunkande temperatur.

Adsorption är processen för koncentration av ett ämne från volymen av faser vid deras gränssnitt.

En adsorbent är ett ämne som kan adsorbera ett annat ämne. En adsorbent är ett ämne som kan adsorberas. Ett adsorbat är ett adsorberat ämne.

Adsorption.

Sorption

Sorption(från latinets sorbeo - jag absorberar, drar in) de kallar varje process för absorption av ett ämne ( sorbtiva) andra ( sorbent), oavsett absorptionsmekanismen.

Beroende på sorptionsmekanismen särskiljs adsorption, absorption, kemisorption och kapillärkondensation.

Adsorption

Adsorptionär en process som sker i gränssnittet. Det påverkar endast ytskikten av de interagerande faserna och sträcker sig inte till de djupa skikten av dessa faser.

Adsorption är fenomenet med ackumulering av ett ämne på ytan av ett annat. I det allmänna fallet är adsorption en förändring i koncentrationen av ett ämne vid gränsytan.

Absorption

Absorption, i motsats till adsorption, fångar denna process inte bara gränssnittet, utan sprider sig för hela volymen av sorbenten.

Ett exempel på en absorptionsprocess är upplösningen av gaser i en vätska.

Kemisorption

Kemisorption kallas absorption av ett ämne av ett annat, åtföljt av deras kemiska interaktion.

kapillär kondensation

kapillär kondensation- flytande av ånga i kapillärer, sprickor eller porer i fasta ämnen.

Kondensationsfenomenet skiljer sig från fysisk adsorption.

Således är sorptionsprocesser olika i sin mekanism. Men varje sorptionsprocess börjar med adsorption vid gränsen av sammanhängande faser, som kan vara flytande, gasformiga eller fasta.

Adsorption

Minnas det adsorption kallas ackumulering av ett ämne på ytan av ett annat. I allmänhet, adsorption kallas förändringen i koncentrationen av ett ämne vid gränsytan.

Adsorption förekommer på alla gränsytor och alla ämnen kan adsorberas.

Adsorptionsjämvikt, dvs. jämviktsfördelningen av ämnet mellan gränsskiktet och de intilliggande faserna är en dynamisk jämvikt och etableras snabbt.

Adsorption minskar med sjunkande temperatur.

Det absorberade ämnet, som fortfarande är i fasens volym, kallas adsorbent, absorberas - adsorbat. Ämnet på vars yta adsorption sker adsorbent.

Adsorptionär en reversibel process. Den omvända processen för adsorption kallas desorption.

Avlägsnande av adsorberade ämnen från adsorbenter med hjälp av lösningsmedel kallas eluering.

Skilja på molekyl- och jonadsorption. Denna distinktion sker beroende på vad som adsorberas - molekyler eller joner av ämnet.

Adsorption på ytan av vätskor

Partiklar av ämnen lösta i vätskor kan adsorberas på vätskeytan. Adsorptionåtföljer upplösningsprocessen, vilket påverkar fördelningen av partiklar av det lösta ämnet mellan lösningsmedlets ytskikt och dess inre volym.

I enlighet med termodynamikens andra lag tenderar vätskors ytenergi till ett minimum. I rena lösningsmedel reduceras denna energi genom att minska ytan.

I lösningar kan ytenergin minska eller öka på grund av en förändring av koncentrationen av partiklar i vätskans ytskikt.

Gibbs det visade sig att fördelningen av ämnet löst i vätskan sker på ett sådant sätt att maximal minskning av ytspänningen uppnås.

Han föreslog också en ekvation som bestämmer mängden adsorption G d.v.s. ett överskott av ett ämne som ackumuleras i 1 cm 2 av ytskiktet, med en tjocklek av cirka en molekyl, jämfört med innehållet av detta ämne i samma volym inuti vätskan.

Var Δσ - förändring i ytspänning motsvarande en förändring i koncentration ∆С.

Värde Δσ/ΔС kallad ytaktivitet.

Därmed, adsorption G beror på ytaktivitetsvärden och koncentration av ämne C.

Om ytspänningen minskar, då adsorption G Det har positivt värde.

positiv adsorption. Ytaktiva ämnen.

Ju mer ämnet sänker ytspänningen, desto mer kommer det att ansamlas i ytskiktet.

Koncentrationen av det lösta ämnet i ytskiktet blir mycket högre än i resten av vätskans volym. Den resulterande koncentrationsskillnaden kommer oundvikligen att orsaka diffusion, som kommer att riktas från ytskiktet till vätskan och kommer att vara ett hinder för den fullständiga övergången av alla lösta partiklar till ytskiktet. En mobil adsorptionsjämvikt kommer att etableras mellan det lösta ämnet i ytskiktet och resten av vätskevolymen.

Adsorption, åtföljd av ansamling av ett ämne i ytskiktet, kallas positiv. Dess gräns är den fullständiga mättnaden av ytskiktet med det adsorberade ämnet.

Positivt adsorberande ämnen kallas också ytaktiva ämnen (tensid). I vattenlösningar, rollen tensid ov kommer att spela ämnen med en fet och difil natur (fetter, de flesta fettsyror, ketoner, alkoholer, kolesterol, etc.).

negativ adsorption. Ytanaktiva ämnen.

Om det lösta ämnet ökar ytspänningen kommer det att tryckas ut ur ytskiktet in i adsorbenten. Denna adsorption kallas negativ.

Gränsen för negativ adsorption är den fullständiga förskjutningen av adsorbenten från ytskiktet till adsorbenten (lösningsmedlet).

Som ett resultat av koncentrationsskillnaden diffusion kommer att ske, som kommer att riktas till ytskiktet. Därför kommer det alltid att finnas en viss mängd adsorbat i ytskiktet.

Ämnen som kraftigt ökar ytspänningen saknas nästan i ytskiktet av utspädda lösningar. Endast en signifikant ökning av koncentrationen av sådana lösningar leder till förflyttning av märkbara mängder av det lösta ämnet in i ytskiktet, vilket åtföljs av en ökning av ytspänningen.

Negativt adsorberade ämnen kallas ytinaktiv.

Adsorption och ytspänning av biologiska vätskor

Negativ och positiv adsorption av olika ämnen i blod och protoplasma hos celler är av stor betydelse för ämnesomsättning i levande organismer.

Ytspänningen hos biologiska vätskor är signifikant Nedanän vatten. Därför kommer hydrofoba ämnen, såsom fettsyror, steroider, att ansamlas vid väggarna i blodkärlen, cellmembran vilket underlättar deras penetration genom dessa membran.

För adsorption från vattenlösningar, närvaron av polära molekyler ( hydrofila) och icke-polär ( hydrofobisk) grupper.

Så i molekylen smörsyra finns en polär grupp UNSD och en hydrofob kolvätekedja:

Molekyler som har båda typerna av grupper samtidigt kallas difilisk.

I en amfifil molekyl med kort hydrofob kedja dominerade hydrofila egenskaper Därför löser sig sådana molekyler väl i vatten och adsorberas negativt.

Med förlängningen av kolvätekedjan förstärks de hydrofoba egenskaperna hos molekylerna och deras löslighet i vatten minskar.

Därför inkluderar ytaktiva ämnen amfifila ämnen som har en lägre ytspänning än lösningsmedlet, och vars upplösning leder till positiv adsorption, vilket orsakar en minskning av ytspänningen.

Ytanaktiva ämnen har motsatta egenskaper.

Samtidigt med en ökning av de hydrofoba egenskaperna hos molekyler ökar deras ytaktivitet. Så kedjeförlängning i den homologa serien av fettsyror, alkoholer, aminer etc. per radikal –CH2–ökar deras förmåga till positiv adsorption i utspädda lösningar i 3,2 gånger(Traube-Duclos regel).

Molekyler av ämnen med övervägande hydrofoba egenskaper (fettsyror med hög molekylvikt, etc.) ligger huvudsakligen på vattnets yta och bildar ytfilmer.

Med en liten mängd sådana molekyler bildas inte en ytfilm. Om det finns många molekyler, är de ordnade på ett ordnat sätt, bredvid varandra, och deras hydrofoba delar sticker ut över vattenytan och bildar det så kallade Langmuir-stängslet.

1 - slumpmässigt arrangemang av amfifila molekyler;
2 - Langmuir palissad;
3 - överskott av molekyler;
4 - hydrofil del av molekylerna;
5 - hydrofob del av molekylerna;

Ytfilm Det bildas av ett monomolekylärt lager av molekyler, som var och en upptar ett visst område på vattenytan. Skikttjockleken och arean som upptas av varje molekyl kan beräknas.

Så molekyler av fettsyror som har en polär grupp vardera (smörsyra, valeriansyra, kaprinsyra, etc.) upptar ett område på vattenytan
21 10 -16 cm 2, oavsett längden på kolvätekedjan.

Fettsyror med två polära grupper (till exempel oljesyra) upptar en yta som är dubbelt så stor, och molekyler med tre polära grupper (till exempel tristearin) upptar tre gånger så stor yta, och så vidare.

Med ett överskott av ett ämne med övervägande hydrofoba egenskaper är dess molekyler belägna ovanför den molekylära filmen.

dykarsjuka

Bildandet av ytfilmer komplicerar ofta filtreringsprocessen.

Vid gränsytan mellan luft och vatten kan luftbubblor i lösning adsorbera ett ytaktivt ämne. En film av detta ämne bildar, så att säga, ett skal runt bubblan. En sådan bubbla, när den pressas genom smala porer i filtret, kan inte deformeras kraftigt och kan därför täppa till större hål i filtret än en bubbla utan film.

Dykare som arbetar på stora djup upplever ibland den sk dykarsjuka. Luft tillförs deras dräkter under tryck och följaktligen löses en ökad mängd gaser i dykares blod.

När du stiger för snabbt upp till ytan sjunker trycket i dräkterna kraftigt, och en betydande del av blodgaserna frigörs i form av bubblor, på vilken en ytfilm bildas från ytaktiva ämnen som finns i blodet.

Gasbubblor täpper till små blodkärl i olika vävnader och organ, vilket leder till en allvarlig sjukdom eller till och med död för en person.

En liknande patologi kan också uppstå som ett resultat av ett kraftigt fall i atmosfärstryck under tryckavlastning av piloters rymddräkter och flygplanshytter under flygningar på hög höjd.

För behandling av tryckfallssjuka placeras patienten i en tryckkammare, där det skapas mycket tryck. Bubblor av gaser löses igen i blodet. Under flera dagar minskar trycket i tryckkammaren långsamt. Under denna tid avlägsnas överflödig gas från blodet lika långsamt genom lungorna, utan att det skapas blockeringar.

Adsorption av fasta ämnen

Fasta ämnen kan adsorbera gaser och ångor, såväl som molekyler och joner av lösta ämnen.

Typen av krafter som orsakar adsorption

Adsorption på fasta ämnen kan förklaras av närvaron av attraktiva kraftfält som uppstår på grund av obalanserade bindningar i kristallgittret.

På de utskjutande sektionerna av den fasta adsorbenten (på aktiva centra) fortskrider adsorptionen särskilt starkt. Så avsatser på en kolbit 4,5 gånger absorbera mer syre, än fördjupningar på dess yta.

Adsorptionskrafterna är uppbyggda av valensinteraktionskrafter(kemisk) och svagare van der Waals(fysisk). Bådas roll i olika fall av adsorption är olika. Så i början av adsorptionen av de flesta gaser, när deras tryck är lågt, observeras kemisk adsorption. Med ökande tryck ger det vika för fysikaliska, som främst bestämmer adsorptionen av gaser.

Adsorptionskrafterna kan vara ganska stora. För att helt ta bort adsorberade vattenmolekyler från glas måste det alltså värmas upp kraftigt i vakuum.

Adsorbenter, som har kraftfulla kraftfält, visar sig vara helt täckta med adsorberade partiklar. Vid obetydliga adsorptionskrafter är endast de mer aktiva centra täckta med adsorberade partiklar.

Adsorptionen påverkas inte bara av adsorbentens natur utan också av adsorbatet. Så på fasta adsorbenter adsorberas de gaser som är lättare att göra flytande starkare, dvs. vars kritiska temperatur är högre.

Reversibilitet av adsorption

Adsorption representerar reversibel process. Adsorberade partiklar förblir inte orörliga. De hålls kvar på adsorbenten i endast hundradelar och tusendelar av en sekund och, när de desorberas, ersätts de med nya partiklar. Dessutom är de inte strikt fixerade på adsorbenten, utan kan röra sig över dess yta. Som ett resultat, ställ in dynamisk adsorptionsjämvikt mellan fria och adsorberade partiklar.

Adsorptionshastighet

Adsorptionshastigheten är av stor betydelse för den praktiska användningen av olika adsorbenter.

Till exempel i en gasmask måste luften som passerar genom lådan mycket snabbt rensas från föroreningar av giftiga ämnen, vilket endast är möjligt vid höga adsorptionsprocesser.

Det bör påpekas att aktivt kol i en gasmask spelar rollen som inte bara en adsorbent för ett antal giftiga ämnen, utan också en katalysator för nedbrytningsreaktionerna hos några av dem.

I synnerhet katalyserar aktivt kol hydrolysen av fosgen:

COCl2 + H2O = HCl + CO2.

Temperaturökning sänker fysisk adsorption - adsorption, eftersom rörelsen av molekyler i adsorptionsskiktet ökar, störs orienteringen av adsorberade molekyler, d.v.s. desorptionen ökar.

Å andra sidan ökar en temperaturökning energin hos adsorberade partiklar, vilket förbättrar kemisk adsorption.

Därför, i vissa fall, ökar en temperaturökning desorptionen, i andra ökar den adsorptionen.

För de flesta gaser minskar således en ökning av temperaturen adsorptionen. Samtidigt ökar en temperaturökning från –185 till +20°С syreadsorptionen av platina med en faktor 10, eftersom den kemiska adsorptionen ökar i detta fall.

Ökande tryck gaser och ångor ökar adsorptionen.

kapillär kondensation

Vid adsorbering av ångor, s.k kapillär kondensation flyter på kol och andra porösa adsorbenter.

Vätskan som kondenseras i kapillärerna bildas konkav menisköver vilken ångan är mättad vid ett lägre tryck än över en plan yta. Detta ökar ångkondensationen i de adsorberande kapillärerna.

Kapillär kondensation är särskilt uttalad i lätt flytande gaser.

Kemisorption

Under kemisorption går ämnet in i en kemisk reaktion med adsorbenten, Till exempel:

O2 + 2Cu = 2CuO.

Om nybildad kemisorption molekyler diffunderar in i djupet av det adsorberande ämnet, då uppnås sorptionsjämvikt långsammare, eftersom det beror på diffusionshastigheten.

Jag fet kemisorption icke-diffunderande molekyler uppträder på ytan av sorbenten; Om en film bildas saktar den ner och stoppar så småningom kemisorptionsprocessen.

Så en aluminiumplatta, som absorberar syre, är täckt med en film av aluminiumoxid, vilket snabbt stoppar kemisorptionsprocessen:

4Al + 3O2 = 2Al2O3.

Kemisorption, som vilken kemisk reaktion som helst, kan vara exo- eller endotermisk. Därför förbättrar en ökning av temperaturen vissa kemisorptionsprocesser och försvagar andra.

Det är omöjligt att helt skilja mellan adsorption och kemisorption. Vanligtvis fortgår dessa två processer tillsammans.