Глава XIII. Поверхностные явления.

Твердые пористые тела часто способны поглощать очень большие количества паров и газов, в сотни раз превышающие объем поглотителя. При этом оказывается, что количество поглощенного вещества сильно зависит от размера и состояния поверхности поглотителя. Эти факторы указывают на то, что поглощение происходит поверхностью поглотителя, а растворение в объеме (абсорбция) играет третьестепенную роль.

Поглощение частиц какого-либо вещества поверхностью поглотителя, приводящее к повышению концентрации вещества на границе раздела фаз по сравнению с концентрацией его в объеме данной фазы называется адсорбцией.

Совокупность двух процессов - адсорбции и абсорбции, называется сорбцией.

Адсорбция обусловлена наличием энергетического поля, возникающего на поверхности адсорбента (поглотителя) вследствие нескомпенсированности энергетических полей атомов поверхностного слоя. Таким образом на поверхности поглотителя возникают силы, способные связывать частицы поглощаемого вещества (адсорбата).

Если адсорбция обусловлена силами межчастичного взаимодействия (вандерваальсовскими силами), то этот тип адсорбции называют физической, молекулярной или физисорбцией. Прочность возникающих в этом случае связей невелика и составляет не более 25 кДж/моль.

Если адсорбирующееся вещество образует поверхностные соединения, то такой вариант адсорбции называется химической адсорбцией или хемосорбцией. Хемосорбция обусловлена действием сил химического сродства, приводящих к химической связи (ионной или ковалентной, или их комбинации). Прочность таких связей достаточно велика и иногда составляет величины до 800 кДж/моль. Химическую адсорбцию часто называют хемосорбцией.

Адсорбция сопровождается уменьшением энтропии, т.к. при этом поступательная свобода движения частиц уменьшается. Но, с другой стороны, адсорбция - процесс самопроизвольный, сопровождающийся уменьшением энергии Гибсса. Так как , то должна быть отрицательной величиной, чтобы была отрицательной, а убыль энтальпии - свидетельство экзотермичности процесса.

Экспериментальное изучение адсорбции приводит к так называемому термическому уравнению адсорбции: зависимости количества адсорбированного вещества (Г) от его концентрации в газовой фазе (С) и температуры (Т).

[1] Людвиг Больцман (1841 - 1906 г.г.), австрийский физик, один из основоположников статистической физики и физической кинетики.

[2] Генри Уильям (1774 - 1836 г.г.) - английский химик, доктор медицины Эдинбургского университета.

[3] Миграция - перемещение частиц вдоль какого-либо направления в пространстве.

[4] Для единицы концентрации используют моль-эквивалент потому, что это позволяет сравнивать электропроводности растворов, имеющих ионы различной величины заряда.

[5] По соглашению Международного союза по чистой и прикладной химии (ЮПАК) достигнута договоренность о единой системе знаков: работа положительна только для реакции восстановления: Meⁿ⁺ + ne^- = Me.