Учебное пособие по коллоидной химии для самоподготовки студентов. Пятигорск 2005 г. (07) Учебное пособие разработано доцентом Мыкоц Л. П

Рис. 19.

• 
  Чем хуже растворитель смачивает поверхность адсорбента и чем хуже растворяет вещество, тем лучше будет происходить адсорбция растворенного вещества.
  
• 
  Правило уравнивания полярностей (П.А. Ребиндер): вещество (С) может адсорбироваться на поверхности раздела фаз (А и В), если при адсорбции будет уравниваться полярность этих фаз, т.е. полярность вещества должна быть промежуточной между веществами, составляющими фазы: _А  _С  _В или _А _С _В, где  - диэлектрическая проницаемость.
  
• 
  Адсорбционная способность вещества зависит от ряда факторов:
  

• 
  чем больше молярная масса вещества, тем больше его адсорбируемость;
  
• 
  ароматические соединения адсорбируются лучше, чем алифатические с такой же или близкой молярной массой, а непредельные – лучше, чем насыщенные;
  
• 
  чем ниже температура, тем больше адсорбируемость вещества, т.к. процесс адсорбции сопровождается выделением тепла (экзотермический).
  

• 
  Экспериментально величину адсорбции (А) на границе твердое тело – жидкость рассчитывают по уравнению: , где
  

• 
  Практическое значение адсорбции огромно: очистка растворов от примесей; осветление сиропов, настоек, соков, вин; извлечение малых количеств веществ, растворенных в больших объемах жидкости (технология редких элементов); адсорбционная хроматография (технология витаминов, пигментов, очистка лекарственных веществ, воды и др.)
  

• 
  Сильные электролиты адсорбируются в виде ионов. Ионная адсорбция имеет ряд особенностей:
  

• 
  скорость ионной адсорбции меньше скорости молекулярной адсорбции;
  
• 
  ионная адсорбция не всегда обратима, т.к. может сопровождаться хемосорбцией;
  
• 
  при ионной адсорбции на поверхности адсорбента возникает определенный заряд, который притягивает из раствора противоположно заряженные ионы, в результате на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой;
  
• 
  адсорбируемость ионов определяется величиной их заряда, радиусом и степенью сольватации;
  
• 
  при равенстве заряда лучше адсорбируются ионы с большим радиусом, т.к. они менее сольватированы;
  
• 
  по величине адсорбции ионы располагаются в лиотропные ряды, которые для водных систем выглядят так:
  

увеличение адсорбируемости

увеличение степени гидратированности

• 
  многозарядные ионы адсорбируются лучше однозарядных. Исключение составляет катион водорода, обладающий наибольшей адсорбционной способностью.
  

увеличение адсорбции

• 
  если в растворе электролитов имеются такие же ионы, как и в составе твердого адсорбента, то ионная адсорбция принимает строго избирательный характер, описываемый правилом Панета-Фаянса.
  
• 
  Правило Панета – Фаянса: на поверхности кристалла преимущественно адсорбируются те ионы, которые входят в состав кристаллической решетки адсорбента и могут ее достроить.
  

• 
  Ионообменная адсорбция – это явление эквивалентного обмена собственных ионов нерастворимого адсорбента, посылаемых в раствор, на другие ионы того же знака, находящиеся в растворе.
  
• 
  Адсорбенты, способные к обмену ионов с раствором, называются ионитами или ионообменниками.
  
• 
  Классификация ионитов: 1) по происхождению: природные (глауконит, гумусовые вещества почв) и искусственные (пермутиты – алюмосиликаты, синтетические ионообменные смолы);
  

• 
  Ионообменные смолы – это высокомолекулярные нерастворимые соединения, способные к набуханию в воде и к высвобождению ионов в процессе электролитической диссоциации.
  
• 
  Обменная емкость – способность ионита обменивать противоионы. Она определяется числом молей (или миллимолей) извлекаемых из раствора ионов в расчете на единицу массы сухого ионита.
  
• 
  Ионообменная адсорбция используется в медицинской практике для очистки воды, консервирования крови (удаление катионов Са²⁺), беззондовой диагностики кислотности желудочного сока, детоксикации организма при различных отравлениях, нормализации ионного баланса в организме. В фармации иониты используют для аналитических целей – извлечение из смеси анализируемого вещества. В агротехнике, при выращивании лекарственных растений – для улучшения структуры почв.
  
• 
  Умягчения жесткой воды проводят путем пропускания воды через катионит, (например КУ-1, КУ-2) в Na-форме:
  

катионит + Са ²⁺ + 2Cl ^- катионит Ca + 2Na⁺ + 2Cl ^-

SO₃Na SO₃

• 
  Обессоливание воды (деминерализацию) проводят путем последовательного пропускания ее через катионит в Н-форме и анионит (например, АН-1) в ОН-форме
  

катионит - SO₃H + Na⁺ + Cl ^- катионит - SO₃Na + H⁺ + Cl ^-

• 
  Регенерация ионитов – восстановление первоначального состояния ионита. Для перевода в Н-форму катионит обрабатывается концентрированными растворами кислот, регенерация анионита в ОН-форму осуществляется выдерживанием в растворах NaOH.
  

• 
  Хроматография – физико-химический метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на процессах сорбции и десорбции разделяемых веществ между подвижной и неподвижной фазами, что приводит к различию в скорости движения этих веществ относительно неподвижной фазы.
  
• 
  Эффективность хроматографического процесса зависит от:
  

• 
  физико-химических свойств неподвижной и подвижной фаз;
  
• 
  условий хроматографирования (температуры, времени разделения, скорости движения подвижной фазы);
  
• 
  сродства разделяемых веществ к контактирующим фазам.
  

• 
  Различают следующие виды хроматографии:
  

• 
  аналитическая хроматография используется для качественного и количественного анализа смеси веществ;
  
• 
  препаративная хроматография предназначена для выделения из смеси чистых компонентов или для очистки вещества от примесей.
  

• 
  газовая хроматография, где подвижной фазой является газ, а неподвижной фазой твердый адсорбент;
  
• 
  жидкостная хроматография, когда подвижной фазой является, как чистая жидкость, так и смесь разных жидкостей.
  

• 
  По технике эксперимента:
  

• 
  плоскостная (тонкослойная или бумажная) хроматография, когда в качестве твердой фазы используются силикагель, оксид алюминия, нанесенные тонким слоем на пластину. В бумажной хроматограмме неподвижной фазой является вода, входящая в состав бумаги;
  
• 
  объемная (колоночная) хроматография. В этом случае в верхнюю часть колонки с сорбентом вносят анализируемую смесь и медленно пропускают подвижную фазу.
  

• 
  По механизму разделения веществ:
  

• 
  адсорбционная хроматография, когда вещества разделяются благодаря различию их констант адсорбции в системах «газ - твердое тело» или «раствор - твердое тело».
  
• 
  распределительная хроматография при которой разделение веществ происходит вследствие различия констант распределения при адсорбции веществ из газовой или жидкой подвижной фазы жидкой неподвижной фазой, нанесенной на твердый носитель.
  
• 
  молекулярно-ситовая (гель-фильтрация) хроматография, когда разделение смеси веществ происходит благодаря различному размеру их частиц. Неподвижной фазой служат вещества, имеющие поры строго определенного размера (цеолиты, или агарозы, полиакриламидные гели и др.).
  
• 
  биоспецифическая хроматография основана на способности биологических субстратов избирательно взаимодействовать с веществами, например, фермента с субстратом, антигена с антителом, гормона с рецептором.
  

• 
  качественного и количественного анализа лекарственных веществ;
  
• 
  идентификации продуктов деструкции образующихся при длительном хранении лекарственных веществ;
  
• 
  обнаружения примесей, оценки чистоты лекарственных веществ;
  
• 
  качественного и количественного анализа биологических жидкостей (кровь, моча) на присутствие в ней алкоголя, наркотиков, допинга.
  
• 
  качественного и количественного соотношения жирных кислот в физиологических средах для диагностики заболеваний желчного пузыря, печени, сахарного диабета, гипертонической болезни и др.;
  
• 
  контроля окружающей среды, в гигиене и санитарии.
  

1. 
   Что такое адгезия и когезия?
   
2. 
   Что такое «контур смачивания»? Краевой угол смачивания? Как измеряется краевой угол смачивания?
   
3. 
   Какова величина краевого угла смачивания, если поверхность не смачивается данной жидкостью? Если смачивается?
   
4. 
   С помощью какого уравнения можно рассчитать cos О?
   
5. 
   Что называется теплотой смачивания?
   
6. 
   Как рассчитать коэффициент гидрофильности?
   
7. 
   Что называется инверсией смачивания?
   
8. 
   Что называется адсорбентом и адсорбатом?
   
9. 
   В чем отличие физической и химической адсорбции?
   
10. 
    Почему один из участков изотермы мономолекулярной адсорбции имеет вид горизонтальной прямой?
    
11. 
    Как записать уравнение Ленгмюра и Фрейндлиха?
    
12. 
    Чем отличаются изотермы адсорбции Фрейндлиха и Ленгмюра?
    
13. 
    Как найти константы в уравнении Фрейндлиха, используя графический способ?
    
14. 
    Как найти константы в уравнении Ленгмюра, используя зависимость 1/А – 1/с?
    
15. 
    Что такое петля гистерезиса?
    
16. 
    Как вычислить величину адсорбции, используя экспериментальные данные?
    
17. 
    Как формулируется правило уравнивания полярностей Ребиндера?
    
18. 
    Как ориентируются молекулы ПАВ у поверхности адсорбента?
    
19. 
    Каково практическое значение адсорбции на границе «твердое тело – раствор»?
    
20. 
    Что такое ионная адсорбция?
    
21. 
    Почему при ионной адсорбции на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой?
    
22. 
    Как адсорбируемость ионов зависит от степени гидратированности одновалентных ионов?
    
23. 
    Как формулируется правило Панета-Фаянса?
    
24. 
    Что называется ионообменной адсорбцией?
    
25. 
    Какие вещества называются ионитами? Приведите примеры.
    
26. 
    Как классифицируются иониты?
    
27. 
    Что такое обменная емкость ионита?
    
28. 
    Для чего используется ионообменная адсорбция?
    
29. 
    Как проводится умягчение и обессоливание воды?
    
30. 
    Что такое регенерация ионитов? Как она проводится?
    
31. 
    Как классифицируются хроматографические методы по цели проведения и технике исполнения?
    
32. 
    Какие известны виды хроматографии по механизму разделения веществ?
    
33. 
    Как используется хроматография?
    

Рассчитать величину адсорбции при равновесной концентрации С_х = 0,047 моль/л

lg C	- 1,74	- 1,41	- 1,21	- 0,89
lg A	- 0,33	- 0,18	- 0,09	0,05

lg C M 0 Проводят расчет величины адсорбции при

Определить графическим способом константы уравнения Ленгмюра и рассчитать величину адсорбции при равновесной концентрации С_х = 6,15 кмоль/м³

1/C	0,79	0,37	0,21	0,11
1/A1010	0,09	0,06	0,05	0,04

1/А10¹⁰ На графике отрезок ОВ отсекает на оси ординат 1/А_ 10¹⁰ = 0,03. Следовательно, 1/А_ = 1/0,03 10¹⁰ = 33,33 10¹⁰. Для нахождения второго коэффициента в находят величину отрезка ОК = 2/А_ = 0,06. Если ВО = ОК, то 1/в= ОМ, тогда

1/С Расчет величины адсорбции при С_х по уравнению Ленгмюра:

кмоль/кг

1. 
   Для нахождения равновесной концентрации по уравнению Фрейндлиха удобно его прологарифмировать: lg A = lg K + 1/n lg C, тогда
   

2. 
   Возможно и такое решение: А = КС^1/n