Явление поглощения одним веществом других веществ называется сорбцией. Сорбция в толще поглотителя называется абсорбцией. Повышение концентрации газообразного или растворенного вещества на поверхности раздела фаз, например, на поверхности раздела твердое тело – газ, твердое тело – раствор, жидкость – газ (воздух) называется адсорбцией. Газ или растворенное вещество, концентрирующееся на поверхности, называется адсорбтивом, а вещество, на поверхности которого происходит адсорбция – адсорбентом.
Различают физическую адсорбцию, когда частицы адсорбированного вещества не образуют химических связей с адсорбентом, и хемосорбцию, когда адсорбционные силы имеют химическую природу.
Величина адсорбции зависит от природы поглощаемого вещества и поглотителя, от температуры, давления поглощаемого газа, концентрации раствора, из которого осуществляется адсорбция.
Количество адсорбированного вещества пропорционально площади поверхности тела. Поэтому вещества в мелкораздробленном состоянии, имея большую поверхность, обладают значительной адсорбционной способностью. К эффективным адсорбентам можно отнести уголь, силикагель, глину, каолин, а также целлюлозу, фильтровальную бумагу, хлопчатобумажную ткань, натуральный шелк, шерсть и другие материалы.
Зависимость адсорбции от давления газа (его концентрации) или содержания адсорбируемого вещества в растворе при данной температуре может выражаться уравнением адсорбции Лэнгмюра (изотермой Лэнгмюра)
(1),
где Г и Г¥ - количества адсорбированного вещества на единице поверхности адсорбента, выражаются в моль/м2, Г - адсорбция в состоянии адсорбционного равновесия, Г¥ - максимально возможная адсорбция; С - концентрация (моль/л) адсорбируемого вещества в растворе в состоянии адсорбционного равновесия (равновесная концентрация); К – константа Лэнгмюра. Изотерма адсорбции Лэнгмюра представлена на рис. 1.
Рис. 1. Изотерма адсорбции Лэнгмюра.
В некотором интервале концентраций, для не слишком разбавленных, но и не очень концентрированных растворов, адсорбция может быть описана эмпирическим уравнением Фрейндлиха:
(2),
где х - количество растворенного вещества, адсорбированного массой m поглотителя и находящегося в равновесии с раствором концентрации С, а и n - эмпирические константы, характерные для данного процесса адсорбции в определенных пределах, n характеризует кривизну изотермы адсорбции (рис. 2), обычно имеет значения от 0,1 до 0,6.
Рис. 2. Изотерма адсорбции Фрейндлиха
Величина адсорбции (А) измеряется в моль/г. Строго говоря, количество адсорбированного вещества следует относить не к единице массы, а к единице площади поверхности, но для мелкораздробленных веществ и однородных суспензий (например, взмученный порошок активированного угля) поверхность растет пропорционально обшей массе.
Для нахождения значений эмпирических констант а и n по экспериментальным данным нужно прологарифмировать уравнение (2), тогда оно примет вид:
(3).
Полученное уравнение есть уравнение прямой линии (рис.3). По оси ординат откладывают величины lg(x/m), а по оси абцисс – Ig C. Прямая отсекает на оси ординат отрезок, равный lg a, a n – это тангенс угла наклона полученной прямой.
Рис. 3. Логарифмическая изотерма адсорбции Фрейндлиха
Если адсорбция какого-либо вещества данным адсорбентом значительно превосходит адсорбцию других, то говорят об избирательной адсорбции. В организме часто наблюдаются явления избирательной сорбции токсинов и других веществ различными тканями и клетками. Так, например, токсины возбудителей столбняка, ботулизма и другие поражают прежде всего клетки центральной нервной системы, при сыпном тифе поражаются преимущественно сосуды кожи, мозга и отчасти сердца.
На явлении избирательной адсорбции основан хроматографический метод анализа Н.С.Цвета. Если через колонку, заполненную адсорбентом, пропускать раствор, содержащий вещества, различающиеся по адсорбируемости, а затем чистый растворитель, то в верхней части колонки будут задерживаться молекулы сильно адсорбируемого вещества, а слабо адсорбируемое будет вымываться растворителем в нижние слои. Таким образом, происходит разделение компонентов исходной смеси. Хроматографические методы анализа находят широкое применение в медико-биологических исследованиях и клинической практике. Примером может служить анализ крови на присутствие в ней алкоголя, наркотиков, летучих веществ, вызывающих токсикоманию и др.
В медицинской практике известна и так называемая адсорбционная терапия. Она заключается во введении больному адсорбентов для поглощения вредных веществ. Так часто применяют активированный уголь (карболен), лигнин, альгиновую кислоту для связывания ядов, токсинов, попавших в желудочно-кишечный тракт.
Цель работы.
1. Наблюдать адсорбцию на границе жидкой и твердой фаз.
2. Построить изотерму адсорбции.
3. Найти значения а и n в уравнении Фрейндлиха.
Реактивы.
· Активированный уголь (12 таблеток по 0,25 г).
· Уксусная кислота СН3СООН, растворы с концентрациями 0,12 М, 0,05 М, 0,2 М.
· Гидроксид натрия NаОН, раствор 0,1 н.
· Фенолфталеина (индикатор), раствор.
Оборудование и посуда:
· Шесть конических колб на 50 мл.
· Бюретка на 50 или 25 мл.
· Измерительный цилиндр.
· Пипетки на 50 мл и 10 мл.
· Три воронки для фильтрования.
· Фильтровальная бумага.
Выполнение работы.
1. В пронумерованные колбы (№1, №2, №3) цилиндром наливают по 100 мл растворов уксусной кислоты концентраций 0,012 М, 0,05 М и 0,2 М соответственно.
2. В каждую колбу добавляют по 1 г предварительно растертого в ступке активированного угля (по четыре таблетки). Тщательно взбалтывают все колбы в течение 10 минут.
3. Отфильтровывают содержимое каждой колбы через бумажные фильтры в чистые пронумерованные колбы (№1’, №2’, №3’). Использованные колбы №1, №2, №3 моют, споласкивают дистиллированной водой.
4. В них отбирают пипеткой пробы из фильтратов: из колб №1’и №2’ по 50 мл, из колбы №3’ – 10 мл.
5. Пробы титруют 0,1 н раствором NаОН в присутствии фенолфталеина до бледно-розовой окраски для определения концентрации уксусной кислоты после адсорбции.
Обработка результатов.
1. Концентрацию уксусной кислоты после адсорбции С (моль/л) вычисляют по формуле
,
где 0,1 – концентрация раствора NаОН, н; Vщ – объем раствора щелочи, пошедший на титрование пробы фильтрата; V – объем фильтрата, взятый для титрования.
2. Для всех трех проб рассчитывают значения х = (Со – С)∙ 0,1 (моль).
3. Далее расчитывают величину адсорбции 
(моль/г), где m - масса угля, взятого для адсорбции.
4. Результаты заносят в таблицу.
| № колбы | Со | С | х =(Со – С)∙ 0,1 | lg C | lg (x/m) |
| 1. | |||||
| 2. | |||||
| 3. |
5. Строят изотерму адсорбции. Для этого результаты наносят на график, откладывая по оси абсцисс значения С (моль/л), а по оси ординат – значения х/т (моль/г).
6. Для графического определения значений а и п в уравнении Фрейндлиха, строят график зависимости lg (x/m) от lg C. Полученные точки должны лежать на прямой. Рассчитывают величину тангенса угла наклона прямой к оси абцисс. что дает величину п. Расстояние точки пересечения прямой с осью ординат от начала координат соответствует значению величины lg а.
Контрольные вопросы.
1. Какие явления называют сорбцией, что такое сорбтив, сорбент?
2. В чем заключается разница между адсорбцией и абсорбцией, физической адсорбцией и хемосорцией?
3. От каких факторов зависит величина адсорбции?
4. Какие уравнения описывают адсорбцию? Единицы измерения величины адсорбции.
5. Вид изотерм адсорбции Лэнгмюра и Фрейндлиха.
6. Какое значение имеют явления адсорбции для медицины?
7. Что такое избирательная адсорбция? Избирательная сорбция токсинов.
8. Каким образом можно определить константы уравнения Фрейндлиха?
9. Хроматографический метод анализа и его применение в медицине
10. Абсорбционная терапия
