Беттік керілудің адсорбциямен байланысы

Бұдан әрі бұл тарауда біз реттелген ерітінді теория аясында адсорбциямен беттік керілудің қарым-қатынасын толығырақ қарастырамыз. Сұйықтық-ауа бетіндегі еріген заттың (БАЗ) адсорбциясынталқылау үшін алдымен бет дегеніміздің не екенін анықтау қажет. Бетті анықтау алғаш Гиббс жұмыстарымен басталады. Ол беттің күйін келесі шарттармен анықтады: еріткіштің концентрациясы көлемдегі еріткіш концентрацияларына және оның будағы тепе-теңдік концентрациялық қосындысының жартысына тең. Бетті-активтік заттың адсорбциясы әдетте Г⁽¹⁾-мен белгіленеді, мұндағы (1) индексі бет және ендеше, адсорбция еріткішпен анықталатынын көрсетеді.

Беттік керілуге қатысты БАЗ-дың адсорбциясы үшін Гиббстің теңдеуі:

Г⁽¹⁾=- (16.1 a)

мұндағы - ерітіндідегі еріген заттың активтілігі. Активтілікті С компонентінің бетті-активтік концентрациясына ауыстыруға болады, сондықтан ерітіндідегі БАЗ-дың концентрациясы МТДК-на дейін өте аз, сонда мына теңдеуді аламыз:

Г⁽¹⁾=- (16.2 а)

Бетті-активтікқұрамдастың адсорбциясын беттік керілудің концентрация логарифміне еңгіштігімен тәуелділігінен анықтауға болады. Спирттердің орташа ұзындықты полярлы емес радикалдарының судағы ерітінділер қатары үшін осындай тәуелділіктер 16.5-суретте көрсетілген. Тәуелділік бірдей еңістікті қамтиды (иеленеді). Бұл дегеніміз адсорбция көмірсутек радикалының ұзындығына тәуелді емес екенін көрсетеді. Айта кететін жай жоғары концентрациялардағы осы тәуелділіктердің іс жүзін сызықтық сипатта (қисықтардың төменгі аймағы) болуы адсорбцияның тұрақтылығын көрсетеді (16.2 теңдеуге сәйкес).

Мономолекулалық адсорбция үшін адсорбцияланған заттың мөлшері адсорбцияланған А молекуласының көлденең қимасының ауданына кері пропорционал болады. Қарым-қатынас мынадай түрде болады:

A(A²/моль)=

Мұндағы Г-адсорбция, мкмоль/м² болып өрнектеледі:

16.5-сурет. Ұзын тізбекті спирттердің судағы ерітіндісінің концентрацияларына беттік керілудің тәуелділігі. Pearson Educational [R. Defay, I. Prigogine, A. Bellemans and D. H. Everett, Surface Tension and Adsorption, Longmans, London, 1996]-рұқсатымен.

Гидрофобтық радикалдардың ұзындығына қарамастан қалыпты спирттер молекуладағы адсорбционды қабатта бірдей ауданда болатыны 16.5-суретте қисық сызықтың еңгіштігімен бірдей болатыны көрсетілген. Орташа ұзындықтағы гидрофобтық радикалдары бар спирттер үшін молекуланың беттік қабатындағы ауданның тұрақтылығы беттегі молекулалық реттіліктенуіне сәйкес келеді: полярлы топтар су жаққа бағытына, ал полярлық емес гидрофобтық тізбектер ауа жаққа бағытталған.

Иондық БАЗ жағдайындаБАЗ молекулаларымен қарсы иондармен ассоциацияланған және бетте түгел дерлік электробейтарап болуын ескеру қажет. Ол кезде (16.1) және (16.2)-теңдеулер мынадай түрге келеді.

Г⁽¹⁾=- (16.1б)

Г⁽¹⁾=- (16.1б)

Алайда тұз артық болған жағдайда (16.1а) және (16.1б)-теңдеулерін пайдалану қажет. Себебі, тұздардың артық мөлшері беттегі қарсы иондармен әсерін болдырмайды және БАЗ бетке қарсы иондарсыз жеке құрамдас ретінде адсорбцияланады.