Поверхностные явления. Адсорбция

Из-за некомпенсированности межмолекулярных сил молекулы поверхностного слоя обладают большой свободной энергией, стремящейся уменьшиться. Поверхностная энергия F равна произведению поверхностного натяжения о на поверхность раздела S, т.е F=oS При постоянной поверхности раздела (S=const) самопроизвольное уменьшение свободной поверхностной энергии возможно за счет уменьшения поверхностного натяжения. Это может быть достигнуто при поглощении молекулами поверхностного слоя других веществ, т.е. если на поверхности раздела будет идти процесс концентрирования веществ из внешней среды. Явление самопроизвольного поглощения вещества на поверхности раздела называется адсорбцией. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а вещество, которое поглощается, адсорбируется - адсорбтивом. Адсорбцию выражают количеством вещества на единицу поверхности (моль/м ) или массы (моль/кг) адсорбента. Адсорбция может происходить на границе раздела жидкость - газ, жидкость - жидкость, твердое тело - раствор, твердое тело - газ. Вещества, понижающие поверхностное натяжение растворителя, называют поверхностно-активными веществами (ПАВ). Жирные кислоты, соли этих кислог, высокомолекулярные спирты, амины и т.д. В их молекулах одновременно содержатся полярная группа (-СООН, -ОН, -NH4 и т.д.) и неполярная углеводородная цепь. Такие молекулы называются дифильными, т.е. обладающими двойным сродством и с полярной (гидрофильной) и неполярной (гидрофобной) фазами.Дифильные молекулы, попадая на границу раздела фаз, определенным образом ориентируются: полярная часть молекулы к полярной фазе, неполярная - к неполярной. Адсорбция на границе твердое тело - раствор. В процессе адсорбции участвуют не только внешняя, но и внутренняя поверхность адсорбентов. Кроме того, адсорбция из растворов на твердом адсорбенте осложняется наличием третьего компонента - среды, молекулы которого могут также адсорбироваться на его поверхности, Чем хуже адсорбируется среда на адсорбенте, тем лучше адсорбция растворенного вещества. Хроматографический анализ - физико-химический метод разделения и анализа многокомпонентных смесей. Этот метод основан на распределении компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную. Например, если имеем раствор, содержащий несколько компонентов (А,В,С), обладающих различной адсорбционной способностью, то, пропуская его через слой адсорбента достаточной толщины (в качестве адсорбента можно использовать Al2O3, MgO, CaO, сахарозу, крахмал, силикагель и т.д.) - можно обнаружить по длине столбика адсорбента зоны, насыщенные компонентами смеси. Если отдельные компоненты имеют различную окраску, то эти зоны легко отличаются друг от друга. Так как отдельные компоненты, входящие в состав раствора, обладают различной адсорбционной способностью (в данном случае А>В>С), то при протекании через колонку сначала задерживается компонент А, вещества с меньшей адсорбируемостью опускаются ниже.