Методические указания для лабораторных занятий по дисциплине «Химия» для обучающихся по направлениям

1.4 Адсорбция газов и растворенных веществ твердыми адсорбентами
Рассмотрим адсорбцию газообразных и растворенных веществ твер-
дыми адсорбентами. Твердыми адсорбентами считаются все виды грунтов, 
песок, глина и другие природные материалы. Поверхность твердых тел об-
ладает избытком поверхностной энергии за счет неуравновешенных связей 
в кристаллической решетке. Поэтому на границе раздела между твердым 
телом и газом, твердым телом и жидкостью может происходить адсорбция 
веществ, понижающих поверхностную энергию. 
Из неорганических сорбентов широко используется диоксид кремния 
SiO
2
в виде искусственно полученного силикагеля, многие силикаты, кар-
бонаты. Органические сорбенты естественного происхождения представ-
ляют собой углеводы: крахмал и целлюлоза и ВМС – ионообменные смо-
лы. 
Так как адсорбция протекает на поверхности адсорбента, то чем 
больше его поверхность, тем выше способность к адсорбции. Количество 
газа или растворенного вещества, адсорбируемое определенным количе-
ством адсорбента, зависит от следующих факторов: 

природы адсорбента; 

природы газа или растворенного вещества;
 

давления газа;
 

концентрации растворенного вещества;
 

температуры.
 
Рассмотрим пример: происходит адсорбция твердым адсорбентом 
какого-либо газа. Если в сосуд с адсорбентом введено 
n
1
молей газа, то че-
рез некоторое время в нем останется 
n
2
молей газа. Разность 
(n
1
 - n
2
)
- чис-
ло адсорбированных молей газа в момент адсорбционного равновесия. Ко-
личество вещества, поглощенное 1см
2
поверхности при достижении равно-
весия в данных условиях, выраженное в молях, называется удельной ад-
сорбцией: 
где 
Г - удельная адсорбция, моль/см
2
, 
Δn
x

- число молей адсорбирован-
ного вещества; S - поверхность адсорбента, см
2
. 
В большинстве случаев из-за трудности определения поверхности 
твердого адсорбента (в случае пористых веществ) величину удельной ад-
сорбции приходится рассчитывать на 1 г адсорбента и выражать в моль/г: 
где 
m
- количество граммов адсорбента. 

---

12 
Адсорбция веществ зависит от давления (для газов) и концентрации 
(для растворенных веществ). Зависимость адсорбции растворенного веще-
ства от концентрации (температуры, природы адсорбента и адсорбтива) 
выражается эмпирическим уравнением Фрейндлиха: 
где C - равновесная концентрация; k и n - постоянные величины, опреде-
ляемые опытным путем, причем n

1. 
Если на оси ординат отложить соответствующее значение x/m , а на 
оси абсцисс – концентрацию (C ), то получится кривая адсорбции, называ-
емая изотермой адсорбции (рис. 1.7). 
Сначала эта кривая идет почти прямолинейно, так как для очень сла-
бых концентраций x/m прямо пропорциональна концентрации поглощае-
мого вещества, то есть здесь n = 1. 
При высоких концентрациях достигается предельное значение x/m , 
то есть полное насыщение. Это наблюдается, если вся адсорбирующая по-
верхность покрыта адсорбируемым веществом, в этом случае n = 0. Меж-
ду этими двумя предельными случаями имеется постепенный переход в 
области промежуточных концентраций, для которых величина n остается 
приблизительно постоянной. 
Если прологарифмировать последнее уравнение, то получим: 
Полученное уравнение есть уравнение прямой линии. Построим изо-
терму адсорбции в логарифмических координатах (рис. 1.8). Отрезок ОА 
на рис. 1.8 дает величину k , а тангенс угла наклона прямой дает величину
Рисунок 1.7. Изотерма адсорбции 

---

13 
n . Все случаи поглощения газообразных веществ твердыми пористыми 
телами имеют сложную природу и слагаются из нескольких более простых 
явлений. Первый процесс –