Сорбция и ее виды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРТИТЕТ

РЕферат

Выполнила

студентка V курса

Ранцева И.Ф.

Факультет: ИПиСОБ

Специальность: 280202.65

Проверил

Денисов

Санкт-Петербург 2010

Определение cорбции и ее виды

Сорбция - (от лат . sorbeo - поглощаю), поглощение твердым телом или жидкостью какого-либо вещества из окружающей среды. Основные разновидности сорбции - адсорбция, абсорбция, хемосорбция. Поглощающее тело называется сорбентом, поглощаемое - сорбтивом (сорбатом). Важнейшие твердые сорбенты, способные к регенерации и применяемые в технике, - активные угли, силикагель, цеолиты, иониты. Сорбция в гидрометаллургии - поглощение ценных компонентов (U, Au, Mo) из растворов или пульп при выщелачивании руд и концентратов.

Различают поглощение всем объемом жидкого сорбента (абсорбция), а также твердого тела или расплава (окклюзия) и поверхностным слоем сорбента (адсорбция). Сорбция, обусловленная взаимодействием химического типа между поверхностью твердого сорбента и сорбатом, называется хемосорбцией. При сорбции паров твердыми веществами часто происходит капиллярная конденсация. Обычно протекает одновременно несколько сорбционных процессов.

Сорбция относится к действию абсорбции или адсорбции:

· Абсорбция - объёмное слияние двух веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях (напр. жидкости, абсорбирующиеся твёрдыми телами или газами, газы, абсорбирующиеся жидкостями и т.д.).

· Адсорбция - физическое сцепление ионов и молекул на поверхности тела другого состояния (напр. реагенты адсорбируются к целой поверхности катализатора).

Обратный процесс выделения называют десорбцией.

Абсорбция

Абсорбция в химии - физический или химический феномен или процесс, при котором атомы, молекулы или ионы входят в какоё-либо объёмное состояние - газ, жидкость или твёрдое тело. Это процесс, отличный от адсорбции, поскольку молекулы, подвергающиеся абсорбции, забираются по объёму, а не по поверхности (как происходит в случае с адсорбцией). Более общий термин - сорбция, который охватывает процессы абсорбции, адсорбции и ионного обмена. Абсорбция, в основном - это где что-то присоединяет другую субстанцию.

Если абсорбция является физическим процессом, не сопровождаемым другими физическими или химическими процессами, она обычно подчиняется закону распределения Нернста:

при равновесии отношение концентраций третьего компонента в двух жидких состояниях является постоянной величиной.";

Объём постоянной K_N зависит от температуры и называется коэффициентом распределения. Это равенство верно при условии, что концентрации не слишком велики и если молекулы "х" не меняют свою форму в любом другом из двух состояний. Если такая молекула подвергается ассоциации или диссоциации, тогда это равенство всё так же описывает равновесие между "х" в обоих состояниях, но только для той же формы - концентрации всех оставшихся форм должны быть рассчитаны с учетом всех остальных равновесий.^[1]

В случае газовой абсорбции можно рассчитать концентрацию используя например Закон идеального газа, c = p/RT. В качестве альтернативы можно использовать парциальное давление вместо концентраций. Во многих технологически важных процессах, химическая абсорбция используется вместо физического процесса, например абсорбция углекислого газа гидроксидом натрия - такие процессы не следуют закону распределения Нернста.

Для некоторых примеров этого эффекта можно рассмотреть экстракцию, при которой можно извлечь из одной жидкой фазы раствор и перенести в другую без химической реакции. Примеры таких растворов - благородные газы и оксид осмия.

Рис.1 Лабароторный абсорбер. 1a): впуск CO₂; 1b):впуск H₂O; 2): выпуск; 3): абсорбционная колонна; 4): наполнитель

Адсорбция

Адсорбция (лат. ad -- на, при; sorbeo -- поглощаю) -- процесс сгущения газообразного или растворенного вещества на поверхности раздела фаз. Адсорбция -- частный случай сорбции.

Поглощаемое вещество, ещё находящееся в объёме фазы, называют адсорбтив, поглощённое -- адсорбат. В более узком смысле под адсорбцией часто понимают поглощение примеси из газа или жидкости твёрдым веществом -- адсорбентом. При этом, как и в общем случае адсорбции, происходит концентрирование примеси на границе раздела адсорбент-жидкость либо адсорбент-газ. Процесс, обратный адсорбции, то есть перенос вещества с поверхности раздела фаз в объём фазы, называется десорбция.

Физическая адсорбция

Причиной адсорбции являются неспецифические (то есть не зависящие от природы вещества) Ван-дер-Ваальсовы силы. Адсорбция, осложнённая химическим взаимодействием между адсорбентом и адсорбатом, является особым случаем. Явления такого рода называют хемосорбцией и химической адсорбцией. «Обычную» адсорбцию в случае, когда требуется подчеркнуть природу сил взаимодействия, называют физической адсорбцией.

Физическая адсорбция является обратимым процессом, условие равновесия определяется равными скоростями адсорбции молекул адсорбтива P на вакантных местах поверхности адсорбента S* и десорбции освобождения адсорбата из связанного состояния S ? P:

;

Уравнение равновесияя в таком случае:

,

где K -- константа равновесия, [S ? P] и [S*] -- доли поверхности адсорбента, занятые и незанятые адсорбатом, а [P] -- концентрация адсорбтива.

Количественно процесс физической мономолекулярной адсорбции в случае, когда межмолекулярным взаимодействием адсорбата можно пренебречь, описывается уравнением Ленгмюра:

,

где ? -- доля площади поверхности адсорбента, занятая адсорбатом,

? -- адсорбционный коэффициент Ленгмюра, а P -- концентрация адсорбтива.

Поскольку [S ? P] = ? и, соответственно, [S * ] = 1 ? ?, уравнение адсорбционного равновесия может быть записано следующим образом:

Уравнение Ленгмюра является одной из форм уравнения изотермы адсорбции. Под уравнением изотермы адсорбции (чаще применяют сокращённый термин -- изотерма адсорбции) понимают зависимость равновесной величины адсорбции от концентрации адсорбтива a=f(С) при постоянной температуре (T=const). Концентрация адсорбтива для случая адсорбции из жидкости выражается, как правило, в мольных либо массовых долях. Часто, особенно в случае адсорбции из растворов, пользуются относительной величиной: С/Сs, где С -- концентрация, Сs -- предельная концентрация (концентрация насыщения) адсорбтива при данной температуре. В случае адсорбции из газовой фазы концентрация может быть выражена в единицах абсолютного давления, либо, что особенно типично для адсорбции паров, в относительных единицах: P/Ps, где P -- давление пара,

Ps -- давление насыщенных паров этого вещества. Саму величину адсорбции можно выразить также в единицах концентрации (отношение числа молекул адсорбата к общему числу молекул на границе раздела фаз). Для адсорбции на твёрдых адсорбентах, особенно при рассмотрении практических задач, используют отношение массы или количества поглощённого вещества к массе адсорбента, например мг/г или ммоль/г.

Адсорбция происходит на границе раздела следующих фаз:

? твёрдое тело - газ;

? твёрдое тело - раствор;

? раствор - газ.

адсорбция абсорбция хемосорбция поглощение

Хемосорбция

При химической сорбции (хемосорбции) между сорбентом и сорбатом возникает химическое взаимодействие, в результате чего между ними образуется третье вещество, рис.2.

Химическая сорбция намного прочнее физической, десорбция самопроизвольно практически не происходит.

Ещё одно отличие между физической и химической сорбцией заключается в том, что при повышении температуры физическая сорбция уменьшается, а химическая увеличивается.

В чистом виде физическая и химическая сорбция встречаются редко, чаще всего сорбция включает элементы их обеих.

Значение адсорбции

Адсорбция -- всеобщее и повсеместное явление, имеющее место всегда и везде, где есть поверхность раздела между фазами. Наибольшее практическое значение имеет адсорбция поверхностно-активных веществ и адсорбция примесей из газа либо жидкости специальными высокоэффективными адсорбентами. В качестве адсорбентов могут выступать разнообразные материалы с высокой удельной поверхностью: пористый углерод (наиболее распространённая форма -- активированный уголь), силикагели, цеолиты а также некоторые другие группы природных минералов и синтетических веществ.

Адсорбция (особенно хемосорбция) имеет также важное значение в гетерогенном катализе.

Список используемой литературы

1. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1989. 464с.

2. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. 592с.

3. «Грег С., Синг К.» Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984.310с.

4. Трепнел Б. Хемосорбция. - М. : Изд-во иностр. лит-ры, 1958 - 326 с.

5. Введение в физику поверхности: Пер. с англ. / Оура Кендзиро, Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. - М. Наука, 2006. - 490 с.

Размещено на Allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/