химический каталог




Курс коллоидной химии

Автор С.С.Воюцкий

творов, уравнение Фрейндлиха пригодно только для интервала средних давлений или концентраций. Аналитически адсорбционные изотермы в целом гораздо лучше описываются известным уравнением Ленгмюра, которое подробно рассматривается далее.

2. ПРИРОДА АДСОРБЦИОННЫХ СИЛ

Взаимодействие молекул адсорбтива с поверхностью адсорбента при физической адсорбции может обусловливаться различными причинами. Рассмотрим кратко эти причины, так как Подробное рассмотрение адсорбционных сил выходит за рамки коллоидной химии и сведения о них можно найти в специальных монографиях, посвященных адсорбции, или в фундаментальных курсах физической химии *.

Наиболее простым случаем является адсорбция неполярной молекулы, также неполярным адсорбентом, когда действуют только дисперсионные силы притяжения и борновские силы отталкивания.

Потенциал 6, определяющий взаимодействие одной молекулы адсорбента с одним атомом неполярного адсорбтива, приближенно можно выразить, например, уравнением Леннарда — Джонса:

9 = -Сг-6Н-5/~12 (IV, 4)

где г — расстояние между центрами частиц; С — константа дисперсионного притяжения, В — константа, характеризующая энергию сил отталкивания.

Константа С для многоэлектронных атомов может быть выражена через электрические и магнитные свойства взаимодействующих молекул с помощью различных уравнений, основанных иа квантовомеханических представлениях, которые здесь не будут рассматриваться. Существенно, что, как это показывается в физической химии, не только энергия дисперсионных, но и индукционных, и ориентационных сил притяжения зависят от расстояния г одинаковым образом, а именно — обратно пропорционально шестой степени расстояния.

Выражение Вг~12 введено в уравнение (IV,4) как удачное эмпирическое приближение. Совершенно очевидно, что на сравнительно далеких расстояниях должны превалировать силы притяжения, а на весьма малых расстояниях — силы отталкивания. Ясно также, что на определенном расстоянии эти силы должны быть равны, так как это соответствует минимуму свободной энергии системы.

Однако поскольку при адсорбции дисперсионные силы действуют одновременно между каждой неполярной частицей, например атомами аргона, и всеми близлежащими атомами адсорбента, суммарный потенциал Ф адсорбционных сил приближенно может быть получен суммированием потенциала парных взаимодействий атома аргона с каждым отдельным атомом адсорбента по всем его атомам с учетом потенциала сил отталкивания:

Ф = Ее* = -с2гГ6-1-Я 2ГГ12 (IV.Б)

* Например. Курс физической химии Под общей редакцией Я. И. Герасимова, Т. I, М„ «Химия», 1969. См. с, 460.

В этом уравнении — С ? ГГ6 — суммарный потенциал дисперсионных сил притяжения В^Т12 — суммарный потенциал сил отталкивания, а г*— расстояния от центра атома аргона до центров различных атомов адсорбента. Поскольку энергия взаимодействия частиц быстро убывает с расстоянием, то практически достаточно произвести суммирование по 100—200 ближайшим атомам адсорбента. Существенно, что при адсорбции сложных неполярных молекул потенциальную энергию взаимодействия можно приближенно вычислить как сумму потенциальных энергий адсорбции ее звеньев (силовых центров).

Если адсорбент состоит не из атомов, а из ионов, то к действию дисперсионных сил добавляется действие индукционных сил притяжения диполя, индуцированного в молекуле адсорбтива электрическим полем, создаваемым ионами решетки адсорбента. При этом доля индукционных сил в адсорбционном взаимодействии пропорциональна поляризуемости молекулы адсорбтива и квадрату напряженности электростатического поля над поверхностью адсорбента.

Если на неполярном адсорбенте адсорбируются полярные молекулы адсорбтива, то постоянные диполи молекул адсорбтива поляризуют атомы адсорбента, т. е. индуцируют в них электрические моменты. Вследствие этого возникает индукционное притяжение, которое добавляется к дисперсионному. Индукционное взаимодействие обычно невелико и в зависимости от диполя молекулы адсорбтива и поляризуемости адсорбента может достигать не более нескольких ккал/моль.

Наконец, если полярные молекулы адсорбируются на адсорбенте, имеющем на поверхности ионы или диполи, то возникает взаимодействие ионов или диполей адсорбтива с электростатическим полем адсорбента. При этом молекулы адсорбтива могут ориентироваться в электростатическом поле адсорбента, т. е. происходит ориентационное кулоновское взаимодействие.

Следует заметить, что если суммарное дисперсионное -взаимодействие молекулы адсорбтива с адсорбентом всегда больше взаимодействия ее с одним активным центром адсорбента, то суммарное электростатическое взаимодействие молекулы адсорбтива может быть и меньше ее электростатического взаимодействия с одним центром адсорбента. Такое явление можно объяснить тем, что отрицательный полюс диполя молекулы адсорбтива, притягиваемый катионом решетки адсорбента, одновременно испытывает отталкивание со стороны соседних с этим катионом анионов, образующих вместе с катионами знакопеременную поверхность адсорбента.

Обычно энергии индукционного и ориентационного взаимодействия гораздо меньше энергии дисперсионного взаимодействия, и поэтому часто принимают, что энергия межмолекулярного притяжения определяется энергией дисперсионного притяжения.

Причиной адсорбции, близкой к физической, может быть также образование водородной связи. В частности, такая связь возникает при адсорбции на адсорбентах, содержащих на поверхности гидроксильные группы таких молекул, как молекулы воды, спиртов, аммиака и аминов. Например, при адсорбции воды на тидроксилированнои поверхности силикагеля водородная связь может возникать по следующей схеме:

Н Н

\/ О

н н н н

Si—О—Si— -f-H20 —> —Si—О—Si—

При образовании водородной связи энергия взаимодействия адсорбтива с адсорбентом довольно велика, и поэтому теплота, выделяющаяся при такой адсорбции, обычно значительно больше теплоты адсорбции веществ, сходных по геометрической форме и размеру молекул, но не образующих водородной связи.

Существенный вклад в раскрытие сущности адсорбционных явлений дало использование для их изучения инфракрасной спектроскопии, В частности, А. Н. Терениным было показано, что при адсорбции на поверхности кремнезема происходит возмущение гидроксильных групп, причем в инфракрасном спектре это проявляется в виде смещения частоты валентных колебаний гидроксильных групп поверхности в более длинноволновую область спектра. Это смещение оказалось не одинаковым для различных адсорбированных поверхностью молекул.

3. ТЕОРИЯ МОНОМОЛЕКУЛЯРНОИ АДСОРБЦИИ ЛЕНГМЮРА

Различают адсорбцию газа на твердом теле, адсорбцию растворенного вещества на границе раствор — газ и, наконец, адсорбцию растворенного вещества на границе твердое тело — раствор.

Адсорбция газа на твердом теле является простейшим случаем адсорбции, так как система газ — твердое тело состоит всего из двух компонентов. Поэтому адсорбция газа твердым телом особенно удобна для теоретического рассмотрения явления адсорбции.

Имеется несколько теорий физической адсорбции, из которых рассмотр

страница 29
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189

Скачать книгу "Курс коллоидной химии" (4.52Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
курсы бухгалтера для начинающих в ювао
3d проекторы для домашнего кинотеатра
концерты гарика сукачева в 2017 году
спортивная площадка в доу

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(07.12.2016)