III. Фізико-хімічні методи розділення

Поверхневі явища і адсорбція

На поверхні твердого або рідкого тіла можуть поглинатись газоподібні або розчинені речовини. Такий процес називається адсорбцією. Речовину, яка адсорбується на поверхні твердого або рідкого тіла, називають адсорбтивом, а речовину, що адсорбує, – адсорбентом.

Кількість речовини, адсорбованої одиницею поверхні адсорбента, називають поверхневою концентрацією або питомою адсорбцією (г/см² або кг/м²).

Кількісну характеристику здатності речовини адсорбуватися на поверхні поділу двох фаз залежно від поверхневих сил описано рівнянням Гіббса:

,

де Г і С – адсорбція (поверхневий надлишок речовини) і концентрація речовини в розчині; R - універсальна газова стала; Т – температура, ^оК; s – поверхневий натяг.

При >> 0, Г < 0, тобто адсорбція негативна, а якщо <0, Г >0, тобто адсорбція позитивна. Поряд з адсорбцією завжди відбувається і зворотній процес – десорбція, коли молекули покидають поверхню поділу. Ці протележні процеси протікають паралельно. Рівновага має динамічний характер. Кількісно адсорбційна речовина описується рівнянням Фрейндліха, , де Г – адсорбція; с – концентрація, k та – константи. Якщо побудувати графік у координатах ; то можна знайти значення констант, де х – кількість адсорбованої речовини; m – кількість адсорбенту; tga = 1/n.

Lg

Lg K Lg C

a

Ізотерма Фрейндліха в координатах: Lg - Lg C.

Адсорбцію на поверхні твердого тіла вимірюють так: визначають концентрацію речовини, що адсорбується в розчині після встановлення адсорбційної рівноваги, а також концентрацію речовини, до контакту з адсорбентом, за різницею між вихідною концентрацією і концентрацією, що встановлюється при адсорбційній рівновазі, визначають кількість адсорбованої речовини.

Кількість адсорбованої речовини розраховують за формулою:

,

де С_о – вихідна концентрація;

С - рівноважна концентрація;

V - об’єм розчину в колбі;

m - наважка вугілля.

Хроматографія

Хроматографічний метод аналізу є універсальним методом розділення складних сумішей речовин на окремі компоненти. Метод заснований на різниці в розподілі компонентів суміші між двома фазами. Одна з фаз – нерухомий шар твердої речовини або рідини з великою поверхнею (нерухома фаза), друга фаза (рухома фаза) - потік рідини або газу, що фільтрується через нерухомий шар. Процес складається з повторення великої кількості елементарних актів сорбції (поглинання) – десорбції (виділення), в результаті чого і відбувається розділення суміші на окремі компоненти.