Основы коллоидной химии Основные понятия коллоидной химии

5. На твердом адсорбенте возможны три случая адсорбции:

1. 
   Адсорбция положительная, вещество адсорбируется в большем количестве чем растворитель.
   
2. 
   Отрицательная, когда больше адсорбируется растворитель.
   
3. 
   Отсутствие адсорбции, когда концентрация растворенного вещества остается одинаковой и на поверхности и в объеме раствора.
   

Наибольший практический интерес представляет 1-й случай.
К поверхности твердое тело – жидкость применимо уравнение Ленгмюра:
Предположим, что число активных мест на поверхности равно единице, доля активных мест связанных с адсорбированными молекулами – Х  число свободных мест =1-х обозначим величину абсорбции через Г и учитывая, что при х=0 Г=0 и при Х=1 Г= будет х=г/ г_, где Г_ - количество вещества адсорбированного единицей поверхности при полном насыщении.^

 Слайд № 9

При постоянной t^0 на твердой поверхности адсорбента устанавливается подвижное равновесие, при котором скорость адсорбции Va равна скорости десорбции: Va=KaC(1-x) и V =K X, при равновесии: Va=V или КаС(1-х)=Кх  Х=  Х= , отсюда: К/Ка обозначим через В, а х заменим на Г/Г=  Г=F . Последнее уравнение есть изотерма адсорбции Ленгмюра рис. 4. В области малых концентраций когда С0 (С<<В) можно записать . Следует еще раз отметить, что по теории Ленгмюра адсорбированные молекулы между собой не реагируют.

6. Адсорбция ионов сильных электролитов протекает под воздействием двух родов сил: молекулярно-поверхностных (адсорбента) и электрических сил. Обычно различают три типа ионообменной адсорбции:
1. Эквивалентная адсорбция – эквивалентное поглощение и катионов, и анионов (молекулы поглощаются целиком), характерна для слабых электролитов.
2. Обменная адсорбция – избирательное поглощение одного из ионов электролита, сопровождаемое одновременным эквивалентным вытеснением другого иона, того же знака (рис. 5)

^

В зависимости от того, происходит ли обмен катионами или анионами, различают катионообменную или анионообменную сорбцию. В настоящее время известно сравнительно большое число веществ, обладающих свойствами обмена либо катионов, либо анионов. Ввиду большой практической важности ионообменной адсорбции промышленность производит специально так называемые ионообменные смолы, при помощи которых можно изменить состав ионов исследуемого раствора.

Ионообменные смолы, или иониты, разделяют на две группы: катиониты, обладающие свойством обменивать свои катионы на катионы солей, и аниониты, обменивающие собственные анионы на анионы солей, присутствующие в растворе. Катиониты содержат в своем составе активные кислотные группы типа:
—S0₃Н; —CH₂ SO₃ H; —COOH и др.
Водород этих групп способен к обмену на другие катионы.
Сущность катионного обмена можно выразить следующей схемой:
а) со щелочью R-H⁺ + Na⁺OH ↔ R-Na⁺ + H₂O
б) с солью 2R-H⁺ +Ca²⁺ Cl₂ ↔ R₂Ca²⁺ + 2H⁺Cl,
где R — сложный анион синтетической смолы, причем, чем выше положительный заряд иона, тем лучше он поглощается катионитом.
Аниониты имеют в своем составе активные основные группы:
R–OH; –NH₂; =NH; ≡N и др.
Механизм обмена анионов на этих смолах еще достаточно не изучен. Видимо, обменными анионами могут быть ионы гидроксила, образующиеся на поверхности смолы в процессе ее гидратации.
В общем виде сущность анионного обмена можно представить схемати-
чески:
а) с кислотой R-OH + НС1 ↔ R-C1 + Н₂0
б) с солью 2R-OH + Na₂SO₄, ↔ R₂SО₄ + 2NаОН.^

Обменную адсорбцию описывает уравнение Б.П. Никольского:

где: Г₁ и Г₂ – количества поглощенных ионов (мг-экв) на 1г. адсорбента; С₁ и С₂ – концнтрации (активности) ионов в растворе; Z₁ и Z₂ – валентности ионов; К – константа обмена.
3. Специфическая (избирательная) адсорбция – адсорбируются только ионы одного вида. Например только Са²⁺, на твердой поверхности адсорбента преимущественно адсорбируются ионы, входящие в состав адсорбента, или имеющие общую с данной поверхностью атомную группировку (или изоморфную с ней).
Это вид сорбции играет большое значение в коллоидных системах при образовании двойного электрического слоя.^