Негізгі ұғымдар және адсорбция механизмдері

Жоспар:

I. Кіріспе

II. Негізгі бөлім

2.1. Негізгі ұғымдар және адсорбция механизмдері

2.2. Адсорбция изотермалары және әсер ететін факторлар

2.3. Ерітінді–газ фазааралық адсорбцияның қолданылуы

III. Қорытынды

IV. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Кіріспе

   Адсорбция – бұл бір немесе бірнеше заттың молекулалары мен иондарының басқа бір заттың бетіне жиналуы немесе шоғырлануы. Бұл құбылыс фазааралық шекарада жүреді және физика-химиялық процес ретінде сипатталады. Әсіресе ерітінді мен газ фазасы арасындағы шекарада жүретін адсорбция бүгінгі күні ғылыми-зерттеу мен өндірісте үлкен қызығушылық тудырып отыр. Ерітінді–газ жүйелеріндегі адсорбция кезінде газ молекулалары сұйық фазаның бетіне шоғырланады. Бұл процесс физикалық (Ван-дер-Ваальс күштері арқылы) немесе химиялық (молекулалар арасындағы нақты байланыстар арқылы) сипатта болуы мүмкін. Адсорбция процесі тепе-теңдік, кинетика, термодинамика сияқты жалпы химиялық заңдылықтарға бағынады және сыртқы орта факторларына өте сезімтал[1].

2.1. Негізгі ұғымдар және адсорбция механизмдері

   Адсорбция – бір заттың (адсорбаттың) молекулаларының басқа бір заттың (адсорбенттің) бетіне жиналуы. Адсорбция екі түрге бөлінеді:

• Физикалық адсорбция – молекулалар арасындағы әлсіз Ван-дер-Ваальс күштері арқылы жүреді.
• Химиялық адсорбция (хемосорбция) – химиялық байланыс түзілуі нәтижесінде жүзеге асады.

  Сұйық–газ шекарасындағы адсорбция – бұл көбінесе физикалық сипаттағы процесс, алайда кейбір жүйелерде химиялық өзара әрекеттесу де мүмкін[2].

Ерітінді–газ фазааралық адсорбцияның механизмдері

  Ерітінді–газ шекарасында адсорбция кезінде еріген заттың молекулалары (әсіресе БАЗ) сұйықтың бетіне қарай бағытталып, сол жерде шоғырланады. Бұл олардың амфифильді (яғни, гидрофильді және гидрофобты бөліктері бар) құрылымымен түсіндіріледі. Молекуланың бір бөлігі суға тартылып тұрса, екіншісі ауаға қарай бағытталады[3].

Нәтижесінде:

• Сұйық бетінде молекулалық қабат түзіледі;
• Беттік керілу төмендейді;
• Жүйе термодинамикалық тұрғыдан тұрақты болады.

  Беттік керілу (σ) - Сұйық бетінде молекулаларға әсер ететін күштің нәтижесінде пайда болатын құбылыс:

                                                            [pic 1]

мұндағы:

• σ – беттік керілу (Н/м),
• F – беткі керілуді жеңу үшін қажет күш (Н),
• L – әрекет ететін ұзындық (м).

 Ерітіндідегі БАЗ концентрациясы артқанда, беттегі адсорбция жоғарылайды, ал беттік керілу төмендейді:

                                                               [pic 2]

Ерітінді–газ шекарасындағы адсорбция ерекшеліктері:

1. Беттік керілу өзгерісі арқылы анықталады.
2. Гиббс изотермасы арқылы сандық түрде сипатталады:

                                          [pic 3]

Мұндағы:

• Γ — беттегі адсорбцияланған заттың мөлшері (моль/м²),
• σ — беткейлік керілу,
• c — ерітіндідегі концентрация,
• R — универсал газ тұрақтысы,
• T — абсолют температура.

 Бұл формула арқылы адсорбция дәрежесін есептеуге болады. БАЗ концентрациясы артқан сайын, олар бетке көбірек жиналып, беткейлік керілу төмендейді[4].

2.2. Адсорбция изотермалары және адсорбция процесіне әсер ететін факторлар

   Адсорбция изотермалары – тұрақты температурада адсорбцияланған зат мөлшерінің қысымға немесе концентрацияға тәуелділігін сипаттайтын математикалық қатынастар. Бұл изотермалар адсорбциялық процестерді теориялық және практикалық жағынан түсіну үшін аса маңызды. Негізгі изотермалар қатарына Ленгмюр, Фрейндлих және БЭТ (Брунauer–Emmett–Teller) модельдері жатады[5].

   Ленгмюр изотермасы бірқабатты адсорбция процесін сипаттайды. Ол келесі теңдеумен өрнектеледі: