Адсорбция на границе раствор – газ. Лекция 3

1.

Лекция 3
Адсорбция на границе раствор – газ
ДОЦЕНТ КАФЕДРЫ НАНОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ И
ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ ИМЕНИ
С.С.ВОЮЦКОГО, К. Х. Н. О.А. ДУЛИНА

2.

Адсорбция
Адсорбция – это концентрирование или сгущение вещества на границе раздела фаз.
Процесс выравнивания химических потенциалов компонентов между поверхностью
и объемом, с изменением концентрации на поверхности, называется адсорбция.
При установлении адсорбционного равновесия температура и химические
потенциалы компонентов в поверхностном слое и в объемных фазах выравниваются.
T T T S
;
S
Причина адсорбции – это уменьшение свободной поверхностной энергии в
гетерогенной системе.
Фаза, на которой происходит адсорбция, называется адсорбентом, вещество которое
адсорбируется называется адсорбатом или адсорбтивом.

3.

Типы адсорбционных зависимостей
Величина адсорбции компонентов зависит от температуры,
концентрации или давления. Поэтому различают
следующие виды адсорбционных зависимостей:
Изотерма адсорбции - А = f(c) или A = f(p) при T – const.
Изобара адсорбции - А = f(T) при p – const.
Изопикна адсорбции - A = f(T) при с – const.
Изостера адсорбции - p = f(T) или c = f(T) при А – const.
Различают три вида адсорбции на различных поверхностях
раздела:
газ – твердое тело;
раствор – твердое тело;
раствор – газ.

4.

Количественные характеристики адсорбции
Гиббсова
адсорбция
ni
i
S
моль
м2
Поверхностная
концентрация
адсорбата
моль
м2
Емкость
поверхностного слоя
A
моль
кг

5.

Особенности адсорбции на границе раствор – газ
1.
Адсорбтивом является растворенное вещество. Так как система
трёхкомпонентна, то возникает конкуренция растворителя и растворенного
вещества.
2.
Адсорбционное равновесие устанавливается замедленно, так как диффузия в
жидкости протекает медленнее, чем в газе.
3.
На поверхности жидкости отсутствуют активные центры, поэтому адсорбция
физическая и всегда нелокализованная.
4.
Молекулярно-кинетические представления для данного вида адсорбции не
применимы и применяется термодинамический подход.
Для многокомпонентной системы одним из путей понижения свободной
поверхностной энергии является перераспределение молекул в растворе,
приводящее к изменению состава поверхностного слоя, что прежде всего влияет на
σ, которое в свою очередь связано с величиной адсорбции.

6.

Вывод адсорбционного уравнения Гиббса
Адсорбционное уравнение Гиббса выражает количественную связь адсорбции и
поверхностного натяжения.
1. Запишем фундаментальное уравнение Гиббса для свободной энергии плоского
S
S
S
(1)
поверхностного слоя
dF ds S dT i dni
2. Введем внутреннюю энергию поверхностного слоя F S U S T S S (2)
3. Продифференцируем это уравнение dF S dU S T dS S S S dT
(3)
4. Приравняем правые части
(4)