Адсорбция. Механизмы адсорбции. Термодинамика адсорбции. Лекция 5

Адсорбция
Адсорбция – изменение концентрации вещества у границы раздела фаз по сравнению с концентрацией в объеме фазы .
Фаза, на которой идет адсорбция – адсорбент. Адсорбируемое вещество – адсорбат.

Силы Ван-дер-Ваальса

Теория Гамакера и Де-Бура
Энергия взаимодействия для двух частиц:
Энергия взаимодействия для двух поверхностей:
- энергия взаимодействия между протяженными телами обратно пропорциональная не 6 степени (как для индивидуальных атомов), а квадрату расстояния между ними!!!
- константа Гамакера

Метод избыточных величин
Сущность: свойства фаз считаются неизменными до произвольно проводимой границы раздела, где происходит резкий скачок. Разница с реальной ситуацией приписывается поверхностному слою. Поверхностный слой рассматривается как не имеющий толщины и объема.
f
fα
fβ
Геометрическая разделяющая поверхность
Фаза α
Фаза β
Поверхн. слой
Gα
Gβ
σSпов
Площадь заштрихованной области зависит от положения разделяющей поверхности. Она соответствует поверхностной энергии только при одном положении (эквимолярная поверхность)

Уравнение Гиббса - вывод
Исходные данные:
2 контактирующие фазы
Есть поверхностный слой
Используется метод избыточных величин Гиббса
Фаза α
Фаза β
Поверхн. слой
Для внутренней энергии поверхности:
Объем поверхностного слоя по методу избыточных величин равен нулю:
(1)
Внутренняя энергия:
Полный дифференциал:
(2)

Уравнение Гиббса - вывод
- Гиббсовская адсорбция (избыточная!). ni – избыток количества вещества по сравнению с объемной фазой:
Пусть
Из сравнения (1) и (2):
- уравнение Гиббса
Изменение поверхностного натяжения связано с изменением химической энергии (!)

Уравнение Гиббса - анализ
Пусть в адсорбции участвует только один компонент. Тогда для этого компонента:
Химический потенциал:
(c - концентрация)
В предельно разбавленной системе:
- для предельно разбавленной системы

Уравнение Гиббса - анализ
Для двухкомпонентной системы:
- уравнение Гиббса
Химический потенциал растворителя в разбавленной системе:
- уравнение Гиббса для предельно разбавленной бинарной системы
- для адсорбции из газовой фазы

Поверхностная активность
- уравнение Гиббса для предельно разбавленной бинарной системы

Поверхностная активность
- поверхностная активность
Для гомологических рядов спиртов и жирных кислот:
- правило Дюкло - Траубе