ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Адсорбция из "Адсорбция - процесс с неограниченными возможностями" Начнем с адсорбции — физического явления, на котором основаны адсорбционные процессы. Термин адсорбция был введен в конце прошлого века Кайзером, чтобы отличить явление поглощения вещества твердым телом от поглощения его объемом жидкости, или абсорбции. Более широкое понятие сорбция, включающее оба явления, происходит от латинского — поглощение. [c.4] Природа адсорбции долгие годы оставалась неясной. Возможность поглощеьшя вещества объемом твердого тела, т.е. растворение, при адсорбции, в отличие от абсорбции, далеко не очевидна. Существуют кристаллы, совершенство структуры которых будто бы исключает проникновение посторонних молекул внутрь их. Однако, они поглошдют эти молекулы в значительных количествах. [c.4] Твердое тело всегда ассощшруется с поверхностью, ограничивающей его объем. Но поверхность, как кажется, лишена глубины и возможность захвата ею значительных количеств вещестаа проблематична. Тем не менее, мнение большинства склонялось к поверхности. [c.4] адсорбция — поверхностное явление, проявляющееся во взаимодействии двух сопряженных фаз. Ту фразу, которая предоставляет поверхность, т.е. твердое тело, назовем адсорбентом. [c.4] С точки зрения физико-химика, фаза — сильное понятае. Несколько загрубляя суть его, можно сказать, что фаза — это состояние, в котором находится вещество. Простой пример — вода. Молекулы, находящейся в виде пара, жидкости или твердого тела, одни и те же. Одинаковы химические свойства воды во всех состояниях, но физические свойства водяного пара, воды — жидкости и льда в корне различны. Это обусловлено разными фазовыми состояниями одного и того же вещества. [c.4] Изменение фазового состояния означает ломку первоначальной структуры и возникновение новой. Оно всегда сопровождается тепловыми эффектами поглощением или вьщелением теплоты. Образование адсорбированной фазы отвечает ломке структуры приповерхностных слоев объемной фазы, которое сопровождается выделением теплоты. Адсорбция — процесс экзо-термичный. [c.5] Таким образом, значение энергии взаимодействия во втором слое составляет 5%, а в третьем —0,6% от ее величины в первом слое. Адсорбцией, обусловленной силами поверхности, во всех слоях, кроме первого, действительно, можно пренебречь. [c.6] Четкой гранищ 1 между физическими и химическими взаимодействиями нет и между чистыми явлениями лежит область промежуточных взаимодействий, которую назьшают хемосорбцией. [c.7] Как же различать физическую адсорбцию, хемосорбцию и поверхностную химическую реакцию По здравому смыслу и теплоте, сопровождающей взаимодействие. Если теплота взаимодействия сравнительно невелика и По порядку величин равна теплоте конденсации ( 50—80 кДж/моль), то это скорее всего физическая адсорбция. Если она соответствует теплоте химической реакции (5 100—120 кДж/моль), то это поверхностная химическая реакция. Промежуточные значения отвечают хемосорбции. [c.7] Мы будем говорить о физической адсорбции, или просто об адсорбции. Сравнительно небольшая теплота фазового перехода, сопровождающая это явление, говорит об его легкой обратимости. Самопроизвольно образовавшуюся адсорбированную фазу нетрудно разрушить, что, как мы покажем ниже, есть главное условие осуществимости технологического процесса. Хемосорбция и поверхностная реакция будут для нас явлениями побочными и часто нежелательными. [c.7] Из уравнения Ленгмюра следует, что величина адсорбции по большому счету определяется двумя факторами природой взаимодействующих молекул и емкостью первого слоя. Управление этими факторами лежит в основе синтеза промьш1ленш 1Х адсорбентов. [c.9] Адсорбенты — все тела, имеющие поверхность. Промышленные адсорбенты — твердые тела, способные поглотить большие количества адсорбата. Величина адсорбции на них составляет от 1 до 50% от массы самого адсорбента. В первую очередь она связана с развитой поверхностью, которая определяет емкость первого слоя. [c.9] Когда речь идет о развитии чего-либо, то почти всегда возникают два пути более легкий и очевидный, но сравнительно малоэффективный — экстенсивный и более сложный и неочевидный, но, как правило, эффективный—интенсивный. Увеличить урожай, например, можно расширив поверхность пахотных земель или подняв за счет обустройства земли и внесения удобрений урожайность культур. Первое соответствует экстенсивному, второе — интенсивному земледелию. [c.9] Поверхность биллиардного стола больше, чем тумбочки. Это экстенсивный способ развития поверхности. Направление интенсивного развития поверхности подсказывают, например, пчелиные соты. Поверхность всех ячеек сот во много раз больше, чем наружная поверхность куска сот. Итак, интенсивный путь — это развитие внутренней поверхности. [c.9] Соотношение (3) подсказывает направление интенсивного развития поверхности увеличение удельной поверхности путем предельно возможного уменьшения размера единичных сот — пор в твердом теле. При уменьшении размера пор от Ю м (1мм) до lO V (1 нм) удельная поверхность твердого тела возрастает в миллион раз и просто пористое тело превращается в промьш1ленный адсорбент. [c.10] Число 1 нм для оценки размера пор взято не случайно. Радиусы молекул многих веществ лежат в интервале 0,1—0,5 нм. Поэтому создать поры радиусом существенно меньшим чем 1 нм это то же самое, что раздробить тело до отдельных молекул. Эффектно, но не эффективно тело и его поверхность исчезнут. А если нет поверхности, то нет адсорбции. Чрезмерное дробление (или, как говорят, диспергирование), как все чрезмерное, пагубно. [c.10] Теперь можно дать определение адсорбвд1И. Адсорбция — это концентрирование молекул объемной фазы на поверхности и в объеме пор твердого тела, обусловленное физическими силами межмолекуляр-ного взаимодействия. [c.11] Их вклад в адсорбщпо невелик (из-за большого, по сравнению с микропорами, значений р), но они выполняют важную функцию, являясь транспортными артериями, подводяпщми за счет диффузии вещество из объемной фазы к микропорам. [c.11] Вернуться к основной статье