Адсорбція на межі тверде тіло ‑ розчин

Адсорбція твердих речовин адсорбентами більш складний процес, що обумовлений:

• наявністю третього компонента – розчинника, молекули якого можуть конкурувати з молекулами адсорбтиву за місця на поверхні адсорбенту;

• взаємодією між молекулами адсорбтиву і розчинника.

• електростатичною взаємодією між поверхнею адсорбенту та іонами адсорбтиву, якщо він є електролітом.

Явище адсорбції з розчинів твердими тілами було відкрито і вивчено в 1875р. Т.Є.Ловицем. Неелектроліти і слабкі електроліти на поверхні адсорбенту адсорбуються з розчинів у вигляді молекул – молекулярна адсорбція.

В результаті адсорбції концентрація розчиненої речовини у розчині зменшується.

Адсорбцію визначають як різницю концентрацій вихідного і рівноважного розчинів адсорбтиву:

а =

де а, адсорбція, моль/кг^-1,

С₀, С – вихідна та рівноважна концентрації адсорбтиву моль/л;

V – об’єм розчину адсорбтиву, з якого проходила адсорбція, л;

m – маса адсорбенту, кг.

У системі полярний розчинник – слабко полярний адсорбент адсорбція ПАР підлягає правилу Дюкло-Траубе: поверхнева активність речовини одного і того ж самого гомологічного ряду збільшується приблизно у 3 рази при збільшенні вуглецевого ланцюга на одну метиленову групу.

При адсорбції ПАР з неполярних розчинників полярними адсорбентами виконується обернене правило Дюкло-Траубе: із збільшенням довжини вуглецевого ланцюга адсорбція зменшується. Пояснюється тим, що із збільшенням довжини вуглецевого ланцюга зростає розчинність ПАР у неполярних розчинниках.

Основною властивістю ПАР є здатність адсорбуватися з утворенням мономолекулярного шару. Концентрація ПАР в адсорбційному шарі набагато більша, ніж в об’ємі. Тому, дія пахучих речовин визначається не концентрацією у навколишньому середовищі, а їх концентрацією в адсорбційному шарі, контактуючому з поверхнею органів чуття.

Класифікація поверхонь твердих адсорбентів (за П.А. Ребіндером):

1. ліофільні поверхні, такі, що добре змочуються полярними рідинами. По відношенню до води ‑ гідрофільні;

2. ліофобні поверхні, ті, що добре змочуються неполярними органічними рідинами (олеофільними). По відношенню до води – гідрофобні.

Кількість теплоти, що вивільняється при адсорбції 1г порошкоподібного адсорбенту, називається теплота змочування.

За кількістю теплоти, що вивільняється, можна судити про адсорбційну активність адсорбенту і характер його змочування.

Висновок:

• Чим краще адсорбується розчинник, тим менша адсорбція розчиненої речовини.

• Чим більше речовина знижує поверхневий натяг на межі тверде тіло – рідина, тим краще відбувається адсорбція речовини на твердій поверхні.

• Чим краще певний розчинник змочує поверхню адсорбенту, тим менша адсорбція молекул розчиненої речовини з цього розчинника на адсорбенті.

• Якщо розчинник погано змочує поверхню адсорбенту, то адсорбція молекул розчиненої речовини на цій поверхні – велика.

Якщо необхідно створити умови для запобігання взаємодії рідини з поверхнею твердого тіла, використовують гідрофобні покриття – тонкі шари деяких речовин, що не змочуються водою на поверхнях гідрофільних матеріалів. Такі шари надають поверхні гідрофобні властивості.

Харчові продукти, за виключенням жирів, є гідрофільними структурами, що містять в якості основного розчинника воду.