Adsorbtsiya va uning mohiyati

4-rasm. Sirt taranglik (a) va adsorbtsiyaning (b) uglevodorod radikali uzunligiga bog’likligi.
Suyuqlik sirtidagi adsorbtsiya bilan suyuqlikning sirt tarangligi orasidagi miqdoriy bog’lanishni ifodalash uchun 1876 yilda V.Gibbs o’zining qo’yidagi tenglamasini taklif etgan:

tenglamada: G - erigan moddaning suyuqlik sirt birligaga yig’ilgan miqdori, ya’ni adsorbtsiya, S - eritma kontsentratsiyasi, R - gaz doimiysi, T - absolyut temperatura, ddC - kontsentratsiya o’zgarishi bilan sirt taranglikning o’zgarishi. Bu kattalik sirt aktivlik deb ataladi:
q-ddC
Eritma kontsentratsiyasi ortishi bilan sirt taranglik kamaysa, ya’ni ddC manfiy bo’lsa, adsorbtsiya musbat qiymatga ega bo’ladi. Agar eritma kontsentratsiyasi ortishi bilan suyuqlikning sirt tarangligi ko’paysa, ddC musbat qiymatga ega bo’lib, adsorbtsiya sodir bo’lmaydi.
Tajribada sirt-aktiv moddaning turli kontsentratsiyali eritmalari uchun sirt taranglik o’lchanib, olingan natijalar asosida f (S) sirt taranglik izotermasi tuziladi. Sirt taranglik izotermasi asosida adsorbtsiya izotermasini tuzish mumkin. Buning uchun sirt taranglik egrisining ixtiyoriy nuktalaridan ordinata o’ki bilan kesishguncha urunmalar o’tkazamiz. Shu nuqtalardan abtsissa o’qiga tik chiziklar tushiramiz va z₁, z₂, z₃... kesmalarni topamiz (14-rasm). Topilgan z-larning qiymatidan foydalanib Gibbs tenglamasini soddalashtiramiz. AVD uchburchakdan, z va s larning qiymatlarini belgilab olamiz.
5--rasm. Sirt taranglik (1) va adsorbtsiya (2) izotermalari

Bu tenglamadan har qaysi kontsentratsiyaga muvofik, keluvchi adsorbtsiya qiymati topiladi.

6--rasm. SAM kontsentratsiyasining o’zgarishi bilan molekulyarning sirtda joylashishi.
Yuqoridagi sirt taranglik va adsorbtsiya izotermalarini (14-rasm) 3 soxaga bo’lib o’rganish mumkin. Diagrammaning 1 soxasida, kontsentratsiyaning kichik qiymatlarida sirt taranglikning keskin kamayshi va adsorbtsiya qiymatining unga to’g’ri proportsional ortishi kuzatiladi. Bunga sabab SAM molekulalari sirtda yoyiq joylashadi (15-rasm, a-holat). 2 soxada kontsentratsiyaning o’rtacha qiymatlarida sirt taranglik egri chiziq bo’yicha, birmuncha kamrok o’zgaradi. Adsorbtsiyaning ortishi ham kamrok bo’ladi (rasmda b-holat). Bunga sabab SAM molekulalari sirtda jipsroq joylashadi. 3 soxada esa kontsentratsiyaning katta qiymatlarida sirt taranglik minimumga tushadi, adsorbtsiya qiymati esa maksimumga etadi. Bunda SAM molekulalari to’yingan adsorbtsion qavat hosil qiladi (rasmdagi s-holat). Izotermadagi G_ adsorbtsiyaning eng maksimal qiymatini ko’rsatadi. G_ning aniq qiymatini topish uchun Lengmyur tenglamasidan foydalanish mumkin:

bu tenglamada G-solishtirma adsorbtsiya, G_- solishtirma maksimal adsorbtsiya, s-kontsentratsiya, k-konstanta.

Eritmadan adsorbtsiyalanish texnologiyada aralashmalardan komponentlarni ajratishda (xromotografiya) suyuqliklarni tozalashda, atrof-muxit muxofazasida katta axamiyatga ega. Qattik jism sirtida eritmadan adsorbtsiyalanish qattik, jism - gaz adsorbtsiyasiga qaraganda murakkabdir, chunki bunda erigan moddadan tashqari erituvchi xam adsorbtsiyalanishi mumkin.

Adsorbtsiya turlari:
1) molekulyar adsorbtsiya (noelektrolitlar adsorbtsiyasi)
2) elektrolitlar adsorbtsiyasi (tanlanish va ion almashinish) adsorbtsiyasi.
3) kolloid elektrolitlar adsorbtsiyasi kabilarga bo’linishi mumkin.
Kattik, jism sirtidagi molekulyar adsorbtsiya Freyndlix formulasi — yoki Lengmyur —— formulasi orqali xisoblanadi. Amalda qo’yidagi empirik formula orqali ifodalanadi.

So - eritmaning adsorbtsiyadan oldingi boshlangich kontsentratsiyasi. S_muv, - adsorbtsiyadan keyingi muvozanat vaqtidagi kontsentratsiya. V- eritma xajmi,
m- adsorbent massasi.
Agar eritmadan erigan modda molekulalari adsorbtsiyalansa, adsorbtsiya musbat erituvchi moddaning molekulalari yutilsa adsorbtsiya manfiy deb xisoblanadi. Erigan modda molekulalarining adsorbtsiyalanishi akademik Rebinder ta’limotiga ko’ra, adsorbentning va muxitning qutbligiga bog’liq. Agar erigan moddaning polyarligi (S) adsorbent (A) va erituvchi (V) larning polyarliklari orasida bo’lsa, bunda erigan modda molekulalari shu adsorbentda yaxshi adsorbtsiyalanadi.
Ya’ni, A_E < S_E < V_E yoki A_E > S_E > V_E (E - moddaning polyarligi bilan boqlik bo’lgan dielektrik doimiy).
Erigan modda molekulalari yaxshi adsorbtsiyalanishi uchun, erituvchi shu qattiq sirtni yomon xo’llashi kerak. Aktivlangan ko’mir yuzasida suvda erigan moddalar yaxshi adsorbtsiyalanadi (16-rasm, a-xolat), silikagelda esa organik erituvchida erigan moddalar yaxshi adsorbtsiyalanadi ( rasmda, b-xolat)