Методические указания и контрольные задания по физической и коллоидной химии для студентов заочного обучения технологических специальностей. Цыренова С.Б - 12 стр.

                               КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
                      Раздел 6. Дисперсные системы и поверхностные
                                          явления
      Коллоидная химия - наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах.
      Рекомендуется вначале уяснить классификацию этих систем, а затем перейти к изуче-
нию многочисленных свойств дисперсных систем.
      Для дисперсных систем, обладающих избытком свободной поверхностной энергией,
характерен процесс адсорбции.
      Адсорбция в широком смысле означает любое изменение концентрации вещества у по-
верхности раздела двух фаз, сопровождающихся энергетическим изменением системы - вы-
делением или поглощением теплоты. Вещество, на поверхности которого происходит ад-
сорбция, - адсорбент, а адсорбирующееся вещество - адсорбтив (адсорбат).
      Накопление молекул на твердом адсорбенте (адсорбция) может быть чисто физическим
процессом - физическая адсорбция, либо сопровождаются химической реакцией на поверх-
ности адсорбента - хемосорбция. Процесс адсорбции обратим, т.е. наблюдается обратный
процесс - процесс десорбции. При постоянной температуре наблюдается состояние адсорби-
рованного равновесия: адсорбция ↔десорбция.
      Теплоты при физической адсорбции выражаются небольшими величинами
(1 ÷ 20кДж/моль). В случае хемосорбции они значительны, составляют сотни кДж/моль.
      Хемосорбция - химический процесс, который требует значительной энергии активации,
поэтому увеличение температуры способствует хемосорбции.
      Ленгмюр создал и обосновал теорию мономолекулярной адсорбции газов на твердом
адсорбенет, предположив, что активные центры равномерно распределены по поверхности и
адсорбция локализована.
      Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции имеет вид:
                                 kp
                     α = α∞            ,                           (6.1)
                              1 + kp
где α - адсорбция, моль/м2;
      α∞ - предельная адсорбция (емкость монослоя), моль/м2;
      k - константа адсорбционного равновесия;
      p - равновесное давление адсорбтива в объеме фазы, граничащей с адсорбентом.
      При р → 0 d = α∞ kp, при р → ∞ наступает насыщение адсорбционного слоя и а = а∞.
Уравнение (6.1) хорошо выражает адсорбцию на твердых поверхностях при небольших дав-
лениях газа в окружающем пространстве, а также адсорбцию поверхностно-активных моле-
кул из растворов при небольших концентрациях (в этом случае вместо р пользуются величи-
ной с). По значению α∞ может быть определена важная характеристика твердого адсорбента
- удельная активная поверхность Sуд. Если известна So - площадь, занимаемая одной молеку-
лой газа или поверхностно-активного вещества в насыщенном монослое, то:
                     S уд = α ∞ S o N A ,                          (6.2)
где   NA - число Авогадро.
      Весьма полезно будет решение задач на вычисление толщины монослоя и определение
So.
     В зависимости от внешних условий, природы адсорбента и адсорбтива адсорбция мо-
жет протекать с образованием на поверхности полимолекулярного адсорбционного слоя, в
таком случае процесс адсорбции паров вещества на твердых адсорбентах не согласуется с
изотермой Ленгмюра.
     Брунауэр, Эммет и Теллер (1935-40гг.) создали теорию полимолекулярной адсорбции
паров на твердых, гладких и пористых адсорбентах (теория БЭТ). Согласно этой теории на
активных точках поверхности адсорбента при определенных условиях могут образовываться
конденсированные полимолекулярные слои. Количество адсорбированного вещества, рас-
считывается по уравнению: