Рівняння адсорбції Гіббса

Лекція № 5

Адсорбція з розчинів на міжфазній поверхні

рідина – газ або рідина − рідина

1. Рівняння адсорбції Гіббса

2. Теорія мономолекулярної адсорбції Ленгмюра

При цьому виді адсорбції розчинена речовина з розчину концентрується на поверхні рідини на границі з газом або іншою рідиною. Такі системи мають наступні особливості.

1. Поверхня рідини однорідна і, відповідно, рівноцінна для адсорбції;

2. Молекули адсорбата можуть вільно рухатися по поверхні рідини, тобто вони не скріплені з ділянкою поверхні, це означає, що адсорбція делокалізована;

3. Можна нехтувати впливом газової фази.

Якщо рідини або гази не реагують між собою і взаємно не розчиняються, то на межі поділу між ними не спостерігається зміна поверхневого натягу більш щільної речовини. Якщо будь-яку речовину розчинити в рідкій фазі, то можуть спостерігатися три випадки.

1. Розчинена речовина концентрується на поверхні розділу фаз (С_по­в. > С_розч). Тоді спостерігається позитивна адсорбція, Г > 0. Поверхневий натяг розчину зменшується. Таку властивість мають молекули ПАР;

2. Розчинена речовина концентрується всередині фази, а на поверхні розділу концентруються молекули розчинника (С_по­в. < С_розч), адсорбція негативна (Г < 0). Поверхневий натяг розчину збільшується. Таку властивість мають молекули поверхнево-інактивних речовин, ПІР;

3. Розчинена речовина не змінює поверхневий натяг розчину, тому її концентрація по всьому обїєму розчинника стала (поверхнево-неактивні речовини, ПНР).

Рівняння адсорбції Гіббса

Джозеф Гіббс використав закони термодинаміки до повіерхневих явищ і, не виявляючи природи сил, що приводять до адсорбції речовин на границі розділу фаз і механізма явища, вивів рівняння залежності адсорбції від поверхневого натягу при зміні концентрації розчину.

Математичний вираз рівняння Гіббса такий:

Г = – ,

де Г – надлишок кількості (адсорбція) розчиненої речовини на одиниці поверхні, моль/м²; С – її молярна концентрація, моль/л, s – поверхневий натяг розчину, Дж/м².

Це рівняння використовується для ідеальних розчинів (дуже розбавлених розчинів неелектролітів). Для реальних розчинів замість концентрацій треба вживати активність:

Г = − .

Для газів замість концентрацій підставляють рівноважні тиски:

Г = − .

Рівняння Гіббса універсальне і справедливе для всіх адсорбційних процесів, але поверхневий натяг можна визначати тільки для рідин, тому воно використовується саме у випадках адсорбції на поверхні поділу рідина − рідина або рідина − газ.

Приклад 1.Знайти адсорбцію в моль/м²пеларгонової кислоти С₈Н₁₇СООН при 10 °С, якщо активність її в розчині 50 мг/л.Поверхневий натяг води при даній температурі дорівнює 74·10^–3 Дж/м², а розчину вказаної концентрації — 57,0 ·10^–3 Дж/м².

Розв’язання:

1. Г – ?

Поиск по сайту: