Загальні теоретичні положення. Дисперсні системи характеризуються сильно розвиненою поверхнею розподілу фаз ΔG = σЅ > 0

Дисперсні системи характеризуються сильно розвиненою поверхнею розподілу фаз ΔG = σЅ > 0. В будь-яких дисперсних системах ΔG прагне до зменшення за рахунок зменшення σ або Ѕ. Адсорбція відноситься до поверхневих явищ, які призводять до спонтанного зменшення σ, тобто ΔG = σЅ < 0.

Адсорбцією називається спонтанне перерозподілення (згущення, концентрування) розчинної речовини із об’єму фази на поверхні розподілу фаз, віднесене до одиниці поверхні. Процес, зворотний адсорбції, називається десорбцією. Речовина, на поверхні якої відбувається адсорбція, називається адсорбентом (як правило, це речовина з більшою щільністю). Речовина, яка може адсорбуватися, називається адсорбтивом, а яка вже адсорбувалася – адсорбатом (як правило, це газоподібні або рідкі речовини).

В залежності від агрегатного стану адсорбенту і адсорбтиву розрізняють адсорбцію на межі тверде тіло-газ (т-г), рідини і газу (р-г). При встановлені рівноваги адсорбція ↔ десорбція кількість адсорбованої речовини у поверхневому шарі залежить від концентрації, тиску і температури.

Адсорбцію виражають в абсолютних і надлишкових величинах. Абсолютная адсорбція (А) – це кількість адсорбату на одиниці поверхні адсорбенту. Вона дорівнює концентрації адсорбату у поверхневому шарі с^s помноженії на товщину цього шару h:

А = c^s · h (1)

Надлишок адсорбату у поверхневому шарі порівняно з його початковою кількістю в цьому шарі характеризує надлишкову або так звану гібсовську адсорбцію (Г). Вона показує, наскільки збільшилась концентрація адсорбату внаслідок адсорбції:

Г = А – сh = Г – N, (2)

де с – рівноважна концентрація абсорбтиву в об’ємі;

N – кількість адсорбату в адсорбційному шарі, коли його концентрація на поверхні відповідає концентрації в об’ємній фазі.

Коли концентрація адсорбату на поверхні адсорбенту значно перевищує його концентрацію у об’ємі, тобто с^s >> с, то величиною N можна знехтувати і вважати, що Г = А.

У випадку адсорбції на межі розподілу рідина-газ і адсорбції на твердих гладких поверхнях величини Г і А визначають відносно одиниці площі межі розподілу фаз, тобто розмірність Г і А буде моль/м². Для твердого і особливо пористого порошкоподібного адсорбенту, який має значну поверхню розподілу фаз, адсорбцію виражають по відношенню до одиниці маси адсорбенту, тобто в цьому випадку величини Г і А мають розмірність моль/кг.

Таким чином, величина адсорбції для i -го компонента буде дорівнювати

Г _i = n / S (моль/м²) або Г _i = n / m (моль/кг), (3)

де n – надлишкове число молей адсорбату i -го компонента на поверхні порівняно з його вмістом у об’ємі;

S – площа поверхні розподілу фаз, м²;

m – маса пористого порошкоподібного адсорбенту, кг.

У випадку адсорбціі одного компонента рівняння (3) спрощується:

Г = n / S або Г = n / m

Залежності кількості адсорбованої речовини від його концентрації у розчині при постійній температурі називають ізотермами адсорбції (рис. 1)

Г

c^s

Рис. 1- Ізотерма адсорбції (Т = const)

Адсорбція на твердих поверхнях має велике практичне значення. Її використовують у харчовій, хімічній, металургійній та інших галузях промисловості. При підвищенні пористості адсорбенту збільшується ступінь вилучення речовини із суміші. У харчовій промисловості процес адсорбції використовують для освітлення соків, сиропів, бульйонів. На практиці використовують більше 200 різних адсорбентів.