Природа адсорбционных сил
В зависимости от природы адсорбционных сил различают физическую (молекулярную), химическую или хемосорбцию и ионную адсорбцию (ионный обмен). Молекулярная адсорбция происходит преимущественно из растворов неэлектролитов, а ионная – из растворов электролитов.
а) При физической адсорбции взаимодействие адсорбента и адсорбата осуществляется за счет физических сил межмолекулярного взаимодействия (сил Ван-дер-Ваальса) и водородных связей. Энергия взаимодействия зависит от строения взаимодействующих частиц и включает дисперсионное, ориентационное и индукционное взаимодействия (притяжения) и энергию отталкивания 
.
Любая частица имеет положительно заряженное ядро и отрицательное электронное облако (молекула – совокупность ядер и электронных облаков). Если положительный и отрицательный центры совмещены – частицы неполярные. Частицы, у которых эти центры разделены, называют диполями. Такие частицы, как и все вещество, полярны. Вещества одинаковой природы хорошо взаимодействуют друг с другом (полярные с полярными, неполярные с неполярными).
Количественно полярность частицы (молекулы, атома) характеризуется дипольным моментом 
, равным
,
где 
, а 
, 
– заряд положительного и отрицательного центров частицы; 
– расстояние между центрами зарядов.
Дисперсионное взаимодействие проявляется в чистом виде при взаимодействии неполярных молекул. Возникающие в процессе движения молекул флуктуации электронного облака в одной молекуле, индуцируют подобные флуктуации в соседней молекуле, в результате появляются мгновенные диполи, которые обусловливают энергию дисперсионного притяжения молекул 
. Такие силы могут возникать между любыми частицами независимо от их полярности и реакционной способности, т.е. дисперсионное взаимодействие универсально.
|
|
|
Межмолекулярное взаимодействие может усиливаться за счет ориентационного или диполь-дипольного взаимодействия при наличии у молекул постоянных диполей (при взаимодействии их дипольных моментов). Энергия ориентационного притяжения 
определяется полярностью реагирующих молекул и зависит от температуры.
Индукционный тип взаимодействия возникает при сближении неполярной молекулы и диполя. Под влиянием диполя у нейтральной молекулы перераспределяется заряд и индуцируется дипольный момент. Этот тип взаимодействия тем значительнее, чем больше поляризуемость молекул.
Поляризуемостью 
называют способность электронных оболочек к деформации при воздействии электрического поля.
Итак, энергия межмолекулярного взаимодействия является результатом трех составляющих, каждая из которых обратно пропорциональна расстоянию между частицами в шестой степени 
, тогда как 
:
|
|
|
.
где – константа, характеризующая строение и свойства реагирующих молекул; рассчитывается по формуле, учитывающей соответствующие эффекты.
При взаимодействии отдельных молекул доля ориентационного взаимодействия может составлять от 0 (для неполярных молекул) до 50 % (для молекул с большим дипольным моментом, например воды); индукционное взаимодействие обычно не превышает 5–10 %, тогда как дисперсионное взаимодействие для полярных молекул составляет от 20 до 50 % всей энергии притяжения и вплоть до 100 % для неполярных углеводородов.
В результате физической адсорбции молекулы адсорбата сохраняют свои индивидуальные особенности. Физическая адсорбция обратима, незначительно зависит от природы адсорбата (т.е. малоспецифична), не локализована (адсорбированные молекулы в состоянии передвигаться по поверхности адсорбента), может привести к образованию нескольких адсорбционных слоев.
Адсорбции препятствует обратный процесс – переход вещества из поверхностного слоя в объем фазы, вызванный стремлением к равномерному распределению вещества под действием теплового движения, и называемый десорбцией. Поэтому для каждой концентрации адсорбтива существует динамическое равновесие
|
|
|
Адсорбция ↔ Десорбция.
С повышением температуры физическая адсорбция снижается, так как интенсифицируется тепловое движение и возрастает десорбция.
б) Хемосорбция (двумерная химическая реакция присоединение атома или молекулы в переделах поверхностного слоя) необратима, определяется свойствами взаимодействующих молекул, т.е. специфична и локализована. Хемосорбция часто приводит к мономолекулярной адсорбции, вследствие короткого радиуса действия химических связей. С повышением температуры хемосорбция возрастает, так как увеличивается скорость химического взаимодействия (энергия молекул возрастает до уровня достаточного для преодоления энергетического барьера для вступления в хим. реакцию).
Значения теплоты физической адсорбции составляют 4-40 
, что соизмеримо с теплотой конденсации. Теплоты хемосорбции – 40-400 , что характерно для теплоты химических реакций. (Фридрихсберг, с. 121)
В дальнейшем мы будем рассматривать только физическую адсорбцию.
Теории адсорбции
Все теории разработаны для адсорбции газов и паров на твердых адсорбентах, поскольку система твердое тело – газ состоит всего из двух компонентов и поэтому удобна для теоретического рассмотрения явления адсорбции.
|
|
|
В 1915 году Ленгмюром и Поляни одновременно и независимо друг от друга создали две различные теории адсорбции газов на твердой поверхности.
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 141; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!