ADSORPCJA –Proces zachodzący na powierchni ciał stałych

  • Published on
    11-Jan-2017

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<p>ADSORPCJA Proces zachodzcy na powierchni cia staych</p> <p>ADSORPCJA</p> <p>Adsorpcja to proces zachodzcy na powierzchni cia skondensowanych. Innymi sowy, nagromadzenie si czsteczek na powierzchni fazy skondensowanej (cieczy, ciaa staego) nazywamy adsorpcj (rys.1).</p> <p>Rys. 1. Schemat procesu adsorpcji</p> <p>Substancj, ktra ulega adsorpcji nazywana jest adsorbatem, asubstancja na ktrej ten proces zachodzi adsorbentem lub podoem. Adsorbenty s to najczciej ciaa stae o bardzo dobrze rozwinitej powierzchni. Na powierzchni czynn adsorbentu (staego) skadaj si rwnie rne pory ikanaliki. Zalenie od stopnia rozdrobnienia adsorbentu zwiksza si jego powierzchnia waciwa. Powierzchni waciw nazywamy powierzchni jednego grama ciaa wyraon w cm2 lub w m2.</p> <p>Do czsto stosowanych adsorbentw nale midzy innymi rne gatunki specjalnie preparowanego wgla aktywnego. Powszechnie wiadomo, e wgiel aktywny pochania niektre gazy oraz usuwa niektre substancje (zanieczyszczenia) rozpuszczone w wodzie. </p> <p>Oprcz adsorpcji, polegajcej na powierzchniowym zagszczaniu adsorbatu, wystpuje zjawisko absorpcji, polegajce na rwnomiernym pochanianiu adsorbatu przez ca mas adsorbentu. Zjawisko adsorpcji i absorpcji nazwano oglnie sorpcj.ADSORPCJA FIZYCZNA (FIZYSORPCJA)Czsteczki lub atomy mog gromadzi si na powierzchni na dwa sposoby, w procesie adsorpcji fizycznej lub chemicznej.</p> <p>W procesie adsorpcji fizycznej pomidzy adsorbatem i adsorbentem zachodz oddziaywania van der Wasala (w wyniku si dyspersyjnych lub oddziaywa dipolowych). Siy van der Wasala s sabymi oddziaywaniami, ale o dugim zasigu. Energia uwalniana w trakcie adsorpcji fizycznej jest tego samego rzdu co entalpia kondensacji.Entalpi adsorpcji mona wyznaczy mierzc wzrost temperatury prbki o znanej pojemnoci cieplnej. Typowe jej wartoci wynosz od kilku do okoo 20kJ/mol.</p> <p>Taka niewielka zmiana entalpii zwykle nie wystarcza do zerwania wiza, zatem zaadsorbowana fizycznie czsteczka zachowuje swoj tosamo, cho w wyniku oddziaywa z powierzchni moe ulega deformacji (odksztaceniom).</p> <p>ADSORPCJA CHEMICZNA (CHEMISORPCJA)W procesie adsorpcji chemicznej (chemisorpcji) czsteczki lub atomy cz si z powierzchni tworzc wizania chemiczne (najczciej kowalencyjne). Entalpia chemisorpcji jest o rzd wielkoci wysza od entalpii fizysorpcji i wynosi ok. 200 kJ/mol.</p> <p>Zaadsorbowana czsteczka na powierzchni moe ulec rozpadowi wwyniku oddziaywania, niewysycanych walencyjnie, atomw powierzchniowych. Rozpad ten (fragmentacja) czstek zaadsorbowanych jest jedn z przyczyn katalitycznego oddziaywania powierzchni cia staych w reakcjach chemicznych (rys. 2).</p> <p>Rys. 2. Przykad chemisorpcjiChemisorpcja, z reguy jest procesem egzotermicznym. Od reguy tej istniej wyjtki, jeli adsorbat ulega dysocjacji, a powstae fragmenty odznaczaj si du ruchliwoci na powierzchni, np. w przypadku adsorpcji czsteczek wodoru na powierzchni szka.Adsorpcja moe zachodzi na ronych granicach faz: ciecz gaz, ciecz- ciecz, ciao stae-ciecz lub ciao stae gaz.</p> <p>Proces adsorpcji substancji rozpuszczonej na powierzchni swobodnej roztworu opisuje rwnanie Gibbsa.</p> <p>Adsorpcj gazu na powierzchni cia staych opisuje teoria adsorpcji jednowarstwowej Langmuira i teoria adsorpcji wielowarstwowej BET (skrt od nazwisk autorw).</p> <p>Adsorpcj na granicy ciao stae roztwr opisywana jest za pomoc empirycznego rwnania Freundlicha.RWNANIE ADSORPCJI POWIERZCHNIOWEJ GIBBSA </p> <p>Gibbs (1978) wyprowadzi matematyczne rwnanie adsorpcji czsteczek substancji rozpuszczonej (zwizkw organicznych, alkoholi, kwasw tuszczowych) na powierzchni cieczy. W opisie tym posuguje si pojciem nadmiaru powierzchniowego, oznaczonym symbolem, )</p> <p>1</p> <p>(</p> <p>2</p> <p>G</p> <p>, ktry wyraa rnic midzy liczb moli substancji nagromadzonej wfazie powierzchniowej o jednostkowej powierzchni, a iloci teje substancji zawartej w rwnowanej iloci fazy objtociowej. </p> <p>Rwnanie to zazwyczaj przedstawiane jest w postaci:</p> <p>p</p> <p>T</p> <p>a</p> <p>RT</p> <p>a</p> <p>,</p> <p>)</p> <p>1</p> <p>(</p> <p>2</p> <p>-</p> <p>=</p> <p>G</p> <p>s</p> <p>Nadmiar powierzchniowy moe by dodatni i ujemny.</p> <p>Rwnanie adsorpcji Gibbsa wie adsorpcj czstek substancji rozpuszczonej na powierzchni rozpuszczalnika ze zmian napicia powierzchniowego. Gdy czsteczki substancji rozpuszczonej gromadz si na powierzchni swobodnej roztworu, powoduj obnienie napicie powierzchniowe rozpuszczalnika, tj, gdy</p> <p>,</p> <p>0</p> <p>,</p> <p>0</p> <p>,</p> <p>)</p> <p>1</p> <p>(</p> <p>2</p> <p>G</p> <p>p</p> <p>T</p> <p>a</p> <p>s</p> <p>natomiast czsteczki substancji podwyszajcych napicie powierzchniowe uciekaj z powierzchni do wntrza cieczy.</p> <p>IZOTERMA ADSORPCJI LANGMUIRALangmuir poda model adsorpcji prowadzcej do wytworzenia jednej monowarstwy. model ten opiera si na nastpujcych zaoeniach:</p> <p> powierzchnia staych adsorbentw ma na swej powierzchni szczeglnie aktywne miejsca zwane centrami aktywnymi, ktrymi mog by okrelone ciany mikrokrystalitw, defekty sieciowe lub wprzypadku adsorbentw zoonych, granice faz,</p> <p> proces adsorpcji zachodzi na centrach aktywnych</p> <p> kade centrum moe zaadsorbowa tylko jedn czstk, czyli adsorbent pokrywa si warstw monomolekularn</p> <p> czsteczki zaadsorbowane na centrach adsorpcji nie oddziauj wzajemnie na siebie</p> <p> proces adsorpcji ma charakter dynamicznej rwnowagi pomidzy adsorpcj i procesem odwrotnym do adsorpcji desorpcj.</p> <p>Stopie pokrycia powierzchni lub inaczej, uamek zapenienia powierzchni okrela wyraenie:</p> <p>m</p> <p>n</p> <p>n</p> <p>=</p> <p>q</p> <p>gdzie: n liczba moli substancji zaadsorbowanej przez dan mas adsorbentu (liczba zajtych centrw adsorpcyjnych),nm liczba moli przy ktrej nastpuje zapenienie wszystkich centrw adsorpcyjnych.Zgodnie z t definicj:</p> <p>1</p> <p>0</p>