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흡착 과정의 열역학. 흡착 과정의 열역학 흡착 중 열역학 함수의 변화

표면에 자발적인 분자 농도로서의 흡착은 시스템의 엔트로피 감소를 동반합니다. 과정의 자발성에 대한 기준은

∆N - T · ∆S = ∆G< 0,

∆Н에서만 흡착이 가능합니다.< 0 (экзотермический процесс). Равновесие определяется условием ∆Н = T· ∆S. 온도가 증가함에 따라 평형은 흡열 과정, 즉 탈착 쪽으로 이동합니다.

단단한 표면에 흡착

1. 단분자 흡착.

Langmuir의 이론에 따르면, 흡착질 분자는 흡착제 표면과 상호작용하여 결국 단분자층을 형성합니다. 이 경우 기체상에서 흡착하는 동안 표면에 흡착물질이 채워지는 정도( )

액체에서

여기서 K는 평형 상수(흡착 상수)입니다.

p는 흡착된 기체의 부분압이고;

c는 흡착 물질의 농도입니다.

p(또는 c)에 대한 β의 의존성은 그림 1에서 그래프(흡착 등온선, Т = const)로 표시됩니다. 1.3.

쌀. 1.3. 표면이 흡착물질로 채워지는 정도

낮은 농도와 부분 압력에서 흡착은 농도 또는 부분 압력에 비례합니다.

아르 자형<< 1, β ≈ К· 오리스<< 1, β ≈ К· s, 즉 등온선의 초기 단면은 대략 선형이고 tan α \u003d K(tg α는 p(또는 c) → 0: 또는 )에서 곡선의 기울기에 의해 결정됩니다.

If - 흡착제 1g 당 흡착 물질의 몰수; - 흡착제 1g당 흡착된 물질의 가능한 최대 몰수("단층 용량"), 다음

β를 식(1.3)에 대입하면(기체상 흡착의 경우 농도 ~와 함께방정식에서 압력으로 대체되어야합니다 아르 자형), 우리는 다음을 얻습니다:

(1.6)

이 흡착제-흡착제 쌍의 및 K는 일정하기 때문에(at 티= const), 종속성을 찾을 수 있으며 에게(그림 1.4).

쌀. 1.4. 흡착 방정식의 그래픽 솔루션

() = 0에 대한 실험적 선형 의존성을 외삽하여 얻습니다. 그리고, , 이후, , .

값은 흡착제의 비표면적을 결정하는 데 사용할 수 있습니다. UD(흡착제 1g당 m 2 단위), 흡착제의 한 분자가 표면에서 차지하는 면적 ω가 알려진 경우(분자의 크기에 따라 결정됨):

UD = · ω · 나, (1.7)

여기서 Na는 아보가드로 수(Na = 6.02 10 23)입니다.

차례로, SD의 알려진 값은 주어진 흡착제에 대한 흡착에 의해 어떤 물질의 또는 ω를 계산하는 데 사용할 수 있습니다.



2. 고분자 흡착.

방정식 (1.5)는 채도가 있는 곡선을 설명합니다. 즉, ~에

p (또는 c) → ∞는 (그림 1.5, a)와 같은 한계 값으로 경향이 있습니다.

그림 1.5. 흡착 등온선:

a - 포화 흡착; b - 고분자 흡착

그러나 어떤 경우에는 흡착 등온선이 그림 1과 같이 보입니다. 1.5b, 즉 높은 p(또는 c)에서도 한계에 도달하지 않습니다.

그림에 표시된 유형의 종속성. 1.5b는 고분자 흡착에 해당합니다. 일반적으로 이러한 등온선은 분자간 상호 작용이 강한 물질(예: 물)의 특징입니다. 흡착제 표면의 흡착 중심이 점유될 때(단분자층이 포화됨), 다음 흡착물 분자의 "착륙"은 이미 흡착된 분자와의 분자간 상호작용으로 인해 발생합니다(그림 1.6). 이러한 흡착열은 절대값에 가깝지만 해당 액체의 증발열과 부호가 반대입니다(이유 생각).

그림 1.6. 흡착 방식:

a - 단분자 흡착; b - 고분자 흡착

가까워질수록 아르 자형흡착된 물질의 포화증기압까지 도달하면 흡착제 표면에 응축되기 시작하여 결과적으로 증가함에 따라 급격히 증가한다. 아르 자형.

흡착 과정의 열역학.

매개변수 이름 의미
기사 주제: 흡착 과정의 열역학.
루브릭(주제 카테고리) 교육

흡착 공정을 분류하기 위한 기본 정의 및 방법.

흡착은 표면 에너지의 자발적인 감소의 결과로 발생하는 현상을 말합니다.

흡착- 표면층과 균질상의 부피 사이의 이기종 시스템 구성 요소의 자발적인 가역적 또는 비가역적 재분배 과정.

다성분 시스템에서는 계면 장력을 낮추는 성분이 표면층보다 바람직합니다. 단일 구성 요소 시스템에서 표면층이 형성되는 동안 구조가 변경됩니다(원자 및 분자의 특정 방향, 분극). 자가흡착.

흡착 상호 작용이 국한된 더 밀도가 높은 단계를 흡착제. 균질상의 부피와 표면층 사이에 재분배되는 물질은 '' 흡착물ʼʼ.

어떤 경우에는 흡착 과정이 가역적입니다. 이 경우 특정 조건에서 분자 운동 현상의 결과로 흡착된 분자의 일부가 표면층에서 상의 부피로 이동할 수 있습니다. 흡착의 역과정을 탈착.

흡착 공정 분류 방법.

상호 작용상의 응집 상태에 따른 흡착 과정의 분류.인접상의 집합체 상태에 대한 의존성을 고려하여 다음 유형의 흡착 공정이 구별됩니다.

고체 흡착제에 대한 가스 흡착;

'고체-액체' 및 '액체-액체' 계면에서 용해된 물질의 흡착;

'액체-기체' 계면에서 계면활성제의 흡착.

흡착제와 흡착물의 상호 작용 메커니즘에 따른 흡착 과정의 분류.흡착은 흡착제의 활성 중심과 흡착물 분자의 상호 작용으로 간주될 수 있습니다. 상호 작용 메커니즘에 따라 다음 유형의 흡착이 세분화됩니다.

1) 물리적(분자) 흡착- 흡착물 분자와 흡착제 사이의 상호 작용은 반 데르 발스 힘, 수소 결합으로 인해 수행됩니다(화학 반응이 발생하지 않음).

2) 화학 흡착(화학 흡착)- 흡착제의 활성 중심에 흡착물 분자의 부착은 다양한 유형의 화학 반응의 결과로 발생합니다(이온 교환 반응 제외).

3) 이온 교환 흡착(이온 교환) - 이온 교환 반응의 메커니즘에 따라 용액과 고체상(이온 교환기) 사이의 흡착 물질의 재분배.

흡착 공정의 정량적 설명을 위해 두 가지 양이 사용됩니다.

1) 절대흡착는 단위 표면적당 흡착물의 양(mol) 또는 질량(kg) 또는 흡착제의 질량입니다. 명칭 - A; 단위: mol/m 2 , mol/kg, kg/m 2 , kg/kᴦ.

2) 깁스(과잉) 흡착- 균질상의 부피에 대한 양에 비해 특정 두께의 표면층에 과량의 흡착 물질이 있는 것으로, 단위 표면적 또는 흡착제의 질량이라고 합니다. 명칭 - G; 단위: mol/m 2 , mol/kᴦ.

절대 흡착과 과잉 흡착 사이의 관계는 다음 방정식을 사용하여 설명할 수 있습니다.

G \u003d A-c * h (3.1)

여기서 c는 상의 부피에서 물질의 평형 농도, mol/m3입니다.

h는 조건부로 10-9m로 취한 표면층의 두께입니다.

다성분 불균일 시스템에서 하나 또는 다른 성분이 균질상의 부피와 표면층 사이에 재분배될 때 표면의 초과 내부 에너지에 대한 방정식은 유효합니다.

U = T * S + s * s + Sm i * n i (3.2)

방정식의 모든 항을 계면 표면의 단위 면적으로 가져오면 다음을 얻습니다.

U s = T * S s + s + Sm i * Г i (3.3)

여기서 Г i = n i / s는 표면층의 i 번째 구성 요소의 초과, 즉 Gibbs 흡착입니다.

1성분 시스템의 경우 방정식 (3.3)은 다음과 같은 형식을 취합니다.

G s = s + m * Г (3.4)

여기서 G s = U s - T * S s는 표면의 깁스 에너지 또는 표면의 단위 면적을 생성하는 작업입니다.

m * Г - 표면층에 흡착된 물질의 물질 압축.

방정식 (3.4)에 기초하여 흡착 동안 계면 표면을 생성하는 작업은 표면을 형성하는 작업(대량의 흡착질 상의 응집 결합 파괴)과 표면 층에서 물질을 압축하는 작업으로 구성된다는 결론을 내릴 수 있습니다.

흡착제와 흡착물 사이의 동적 평형 상태에서 이종 시스템의 깁스 에너지 변화 ΔG = 0, 흡착 과정의 열역학은 다음 방정식으로 설명됩니다. Gibbs 기본 흡착 방정식:

Ds = SГ i * dm i (3.5)

이 방정식은 모든 유형의 흡착 공정에 유효하기 때문에 보편적입니다.

Gibbs 흡착 방정식의 특정 경우.

1) 용액으로부터의 흡착.

"액체 - 고체 흡착제" 및 "액체 - 기체" 계면에서 흡착하는 동안 시스템의 i 번째 구성요소의 화학적 전위에 대해 방정식이 유효합니다.

m i = m i 0 + R*T*ln a i (3.6)

dm i = R*T* d ln a i (3.7)

여기서 m i 0 은 표준 조건에서 시스템의 i 번째 구성 요소의 화학 포텐셜입니다.

a i - 표준 조건에서 시스템의 i 번째 구성 요소의 활동.

이를 기반으로 Gibbs 흡착 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다.

Г i = - a i / R*T * (ds / da i) (3.8)

비 전해질 용액의 경우 i \u003d c i를 취한 다음 다음을 수행합니다.

Г 나는 \u003d - s / R * T * (ds / ds) (3.9)

전해질 용액의 경우:

Г i = - с ± n / R*T * (ds / dс ± n) (3.10)

여기서 c ±는 용액의 평균 이온 농도입니다.

n은 화학량론적 계수입니다.

2) 기체상 물질의 흡착.

Mendel-eev-Claiperon 방정식에 따르면:

P \u003d c * R * T (3.11)

이와 관련하여 고체 흡착제에 대한 가스 흡착에 대한 Gibbs 방정식은 다음 형식으로 작성됩니다.

Г i = - Р / R*T * (ds / dР) (3.12)

실제로 Gibbs 흡착 방정식을 사용하면 액체 농도 또는 평형 기체 압력의 다양한 값에서 표면 장력 측정에 따라 표면 장력이 결정되는 계면층의 물질 흡착량을 계산할 수 있습니다.

흡착 과정의 열역학. - 개념 및 유형. "흡착 과정의 열역학"범주 분류 및 특징. 2017, 2018.

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34. 흡착력의 성질

소위 흡착제의 표면과 흡착제의 분자 사이의 상호 작용. 물리적 흡착은 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있습니다. 그러면 하나의 흡착제 분자와 비극성 흡착제의 하나의 원자의 상호 작용을 결정하는 전위는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

θ = −크롬 6 +브르 12 ,

여기서 r은 입자 중심 사이의 거리입니다. C는 분산 인력 상수입니다. B는 반발력의 에너지를 특성화하는 상수입니다.

상대적으로 먼 거리에서는 인력이 우세하고 근거리에서는 반발력이 우세해야 함은 매우 분명합니다. 또한 특정 거리에서 이러한 힘은 동일해야 하며 이는 최소 자유 에너지에 해당합니다. 그러나 흡착하는 동안 분산력이 각 비극성 입자 사이에 동시에 작용한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

입자의 상호작용 에너지는 거리에 따라 급격히 감소할 수 있으므로 가장 가까운 흡착 원자에 대한 합산을 수행하여 흡착력의 잠재력을 결정하는 것으로 충분합니다. 복잡한 비극성 분자의 흡착의 경우 위치 에너지는 분자 단위의 모든 잠재적 흡착 에너지의 합으로 대략적으로 계산할 수 있다는 것이 중요합니다.

흡착제가 이온으로 구성된 경우 이미 알려진 분산력의 작용은 전기장에 의해 흡착제 분자에 유도되는 쌍극자의 인력 유도력의 작용으로 보완될 수 있으며, 이는 차례로 생성됩니다. 흡착제 격자의 이온에 의해.

이러한 상호작용으로, 흡착 상호작용에서 유도력의 비율은 흡착 분자의 분극성과 이 흡착제 표면의 전계 강도의 제곱에 비례할 수 있습니다.


반면에 극성 흡착제 분자가 극성 흡착제에 흡착되면 이 경우 쌍극자는 흡착제의 원자를 극성화합니다. 즉, 마치 전기 모멘트를 유도하는 것처럼 보입니다. 이 영향으로 인해 유도 상호 작용이 분산에 추가됩니다.

유도 상호 작용 자체는 일반적으로 작고 흡착 분자의 쌍극자와 흡착제의 분극성에 따라 큰 값에 도달할 수 있습니다. 분자가 표면에 이온 또는 쌍극자를 갖는 흡착제에 흡착되는 경우를 이른바. 흡착제 자체의 정전기장과 흡착제의 이온 또는 쌍극자의 상호 작용.

이 경우 흡착 분자는 흡착제 분야에서 스스로 배향할 수 있으며 배향 쿨롱 상호 작용이 발생합니다. 일반적으로 유도 및 배향 상호 작용의 에너지는 분산 상호 작용의 에너지보다 작으므로 분자간 인력의 에너지는 분산 인력의 에너지에 의해 결정된다고 가정합니다.

또한, 수소결합의 형성은 흡착의 원인이 될 수 있다. 이러한 유형의 결합은 표면에 물, 알코올, 암모니아 및 아민과 같은 분자의 수산기를 포함하는 흡착제에 흡착하는 동안 발생할 수 있습니다. 수소 결합이 형성되면 흡착제와 흡착제의 상호 작용 에너지가 상당히 클 수 있으며 이러한 흡착 중에 방출되는 열은 분자의 모양과 크기가 유사한 물질의 흡착열보다 훨씬 크며, 그러나 수소 결합을 형성하지 않습니다.

"흡착제 - 흡착제"경계에서 표면층의 열역학적 설명, 그 구조, 다양한 유형의 힘의 특성, 프로세스의 역학을 알고 있으면 더 복잡한 연구를 진행할 수 있습니다. 흡착 과정.

35. 계면 장력을 감소시키는 물질의 상 계면에 자발적인 농도로 흡착

계면 활성제는 두 개의 큰 그룹으로 나뉩니다. 활성 및 비활성물질.

계면활성제는 표면층에 축적될 수 있으며, 이 경우 양성 흡착이 발생합니다. G > 0.

이러한 종류의 물질은 용매의 표면 장력보다 낮아야 하는 표면 장력을 가져야 합니다. 그렇지 않으면 표면층에 물질이 축적되는 것이 바람직하지 않고 상대적으로 낮은 용해도를 가져야 합니다. 충분히 좋은 용해도를 가진 계면활성제 분자는 표면을 용액 깊숙이 남겨두는 경향이 있습니다. 따라서 계면활성제는 대량의 액체에서 표면으로 우선적으로 밀려납니다.

그러나 서로 약하게 상호 작용하는 이러한 물질 분자의 용액 경계에 물질이 축적되면 표면층의 분자간 상호 작용이 감소하고 표면 장력이 떨어집니다.

계면활성제수층과 관련하여 많은 유형의 유기 화합물, 충분히 큰 탄화수소 라디칼을 갖는 지방산, 이러한 산의 염(비누), 설폰산 및 그 염, 다양한 유형의 알코올 및 아민이 있습니다. 대부분의 분자의 특징은 양친매성입니다. 분자는 극성 그룹과 비극성 탄화수소 라디칼의 두 부분으로 구성됩니다. 중요한 쌍극자 모멘트와 수화 극성 그룹을 소유하면 수성 환경에 대한 계면활성제의 친화도를 결정할 수 있습니다. 그러나 탄화수소 라디칼은 이러한 화합물의 용해도를 낮추는 원인입니다.

표면 불활성 계면 활성제- 이러한 유형의 물질은 액체의 표면을 부피로 남겨 두는 경향이 있으며 결과적으로 소위 말하는 것입니다. 부정적인 흡착 G < 0. Поверностно-инактивные вещества также обладают значительным поверхностным натяжением, значительно большим, чем натяжение у растворителя (иначе эти вещества способны самопроизвольно накапливаться в поверхностном слое), также обладают высокой растворимостью, что способствует их стремлению уйти с поверхности жидкости в объем. Взаимодействие между молекулами поверхностно-инактивного вещества и растворителя всегда больше, чем взаимодействие между самими молекулами растворителя, поэтому они и стремятся перейти в объем раствора. 표면 불활성 물질물과 관련하여 산, 알칼리, 염과 같은 많은 무기 전해질이 있습니다. 표면 불활성 물질의 분자는 소수성 부분이 없으며 물에서 분해되어 수분이 많은 이온으로 변할 수 있습니다.

예표면 불활성 물질은 또한 분자의 비극성 부분이 없거나 매우 작은 일부 유기 화합물입니다. 이러한 물질에는 포름산, 아미노아세트산이 포함됩니다.

비수성 용매에서 무기 전해질도 표면 장력을 증가시킬 수 있으며 이는 용매에 따라 다릅니다.

예를 들어, 요오드화 나트륨을 메탄올에 도입하면 표면 장력이 크게 증가하고 에탄올의 경우 표면 장력이 약 2배 더 큽니다. 물질의 표면 활성은 물질의 특성뿐만 아니라 용매의 특성에 따라 달라질 수 있습니다. 용매의 표면 장력이 높으면 이 용질이 상당한 표면 활성을 나타낼 수 있습니다.

36. 흡착 이론

"고체 기체" 또는 "고체 용액" 계면에서 개별 유형의 흡착을 설명하는 가장 일반적인 흡착 이론을 살펴보겠습니다.

I. Langmuir의 단분자 흡착 이론.

1. 흡착은 국부적이며 화학적 힘에 가까운 힘에 의해 발생합니다.

2. 흡착은 활성 중심에서만 발생합니다 - 자유 원자가의 존재를 특징으로하는 흡착제 표면의 돌출부 또는 함몰. 활성 센터는 독립적이고 동일한 것으로 간주됩니다.

3. 각 활성 중심은 단 하나의 흡착물 분자와 상호 작용할 수 있습니다. 흡착된 분자의 한 층만 표면에 형성될 수 있습니다.

4. 흡착 과정은 가역적이며 평형입니다. 흡착된 분자는 활성 중심에 의해 얼마 동안 유지되고 그 후 탈착됩니다. 일정 시간이 지나면 동적 평형이 설정됩니다.

최대 가능한 흡착 값 G o 모든 활성 중심이 흡착물 분자에 의해 점유되는 조건에서 달성됩니다. 흡착 값과 관련된 단분자 흡착 등온선 방정식 G흡착제 농도로 와 함께, 다음과 같이 보입니다.



어디 비는 주어진 "흡착제-흡착물" 쌍(탈착 및 흡착 속도 상수의 비율)에 대한 상수 값으로, 활성 중심의 절반이 차지하는 흡착물 농도와 수치적으로 동일합니다.



Langmuir 흡착 등온선 그래프는 그림 2에 나와 있습니다. 상수 비점에서 흡착 등온선에 접선을 그려 그래픽으로 정의합니다. 와 함께= 0. 방정식에서 기체의 흡착 과정을 설명할 때 농도는 부분 압력의 비례 값으로 대체될 수 있습니다. 단분자 흡착 이론 I. 랭뮤어 흡착물의 낮은 압력(농도)에서 가스 및 용해된 물질의 흡착 과정을 설명하는 데 적용할 수 있습니다.

Polanyi의 고분자 흡착 이론 S자 모양의 흡착 등온선을 설명하며, 그 모양은 흡착된 분자와 흡착물의 가능한 상호 작용을 나타냅니다.

1. 흡착은 물리적인 힘에 의해 발생합니다.

2. 흡착제의 표면은 균질하고 활성 중심이 없습니다. 흡착력은 흡착제 표면 근처에서 연속적인 힘장을 형성합니다.

3. 흡착력은 흡착물 분자의 크기보다 큰 거리에서 작용합니다. 즉, 흡착 중에 흡착물 분자로 채워지는 흡착제 표면 근처에 특정 흡착 부피가 있습니다.

4. 흡착제 표면에 의한 흡착물 분자의 인력은 흡착 체적 내 다른 분자의 존재에 의존하지 않으므로 결과적으로 다분자 흡착이 가능합니다.

5. 흡착력은 온도에 의존하지 않으므로 온도 변화에 따라 흡착량은 변하지 않습니다.

프로인드리히 방정식.흡착제의 표면은 불균일하고 흡착된 입자 사이에 상호 작용이 발생하며 활성 중심은 서로 완전히 독립적이지 않습니다. G. 프레인드리히 흡착제의 단위 질량당 흡착된 기체 또는 용질의 몰수(소위 특정 흡착 엑스/중), 평형 압력(기체의 경우) 또는 흡착제의 평형 농도(용액에서 흡착된 물질의 경우)에 비례해야 하며, 이는 항상 1보다 작은 특정 전력으로 상승합니다.

엑스 / 중 = AP N 엑스 / 중 = 교류 N.

지수 N및 비례 계수 ㅏ실험적으로 결정.

37. 흡착 과정의 열역학. 깁스 흡착 방정식

"용액-기체" 경계에서 흡착 현상을 연구하려면 표면의 층에서 과잉 흡착 물질 사이의 관계를 설정할 필요가 있습니다( G), 용액 내 계면활성제 농도( ~와 함께) 및 표면 장력( σ ) "용액-기체" 상 경계에서. 열역학적 관점에서 현상을 고려하고 용질의 흡착을 표면의 자유 에너지 또는 표면 장력의 변화와 관련시키는 것이 더 편리합니다. 이 연결이 이루어졌습니다 W. 깁스~에 1876년, "깁스 흡착 방정식":

G = – ~와 함께 / RT엑스 dσ/직류.

당신은 여전히 ​​​​상상할 수 있습니다 깁스 방정식,등압-등온 전위를 사용하여 열역학 기반 G, 화학적 잠재력 μ 1그리고 μ 2 ,또한 사용 N 1 그리고 N 2 구성 요소의 몰 수. 엔트로피를 고려하여 분석하면 에스, 용량 V그리고 압력 피, 우리는 다음 방정식을 쓸 수 있습니다:

dG=– SDT+VDP+σds+ μ 1 일 n 1 + μ 2일 2 .

우리는 그것을 0과 동일시하고 일정한 온도와 압력을 고려하여 다음 형식의 방정식으로 단순화합니다.

SD σ + n 1 d μ 1 + n2d μ 1 = 0.

희석 용액의 경우 두 번째 성분의 화학적 잠재력이 다음과 같이 표현된다는 사실을 고려하면:

μ 2 = μ 2 0 +RT인 씨,

그리고 온도가 일정하다고 가정했을 때

dμ 2 =rtdnc,

이 방정식을



원하는 Gibbs 흡착 방정식을 얻습니다. 방정식에 기초하여 표면 장력이 σ 농도에 따라 증가 ~와 함께, 표면층의 용해된 물질의 농도는 용액의 부피보다 적으며(소위 음의 흡착), 표면 장력이 있는 경우 σ 농도가 증가함에 따라 감소 ~와 함께, 그러면 층의 농도가 부피보다 크며(양의 흡착), 마지막으로 다음과 같은 경우 σ 의존하지 않는다 ~와 함께, 그러면 표면의 층과 부피의 물질 농도가 동일합니다. Gibbs 방정식은 열역학을 사용하여 파생되었습니다. 이 방정식을 실제로 검증하는 것은 어려운데, 이는 적층된 표면에서 용존 물질의 농도를 결정하는 것이 복잡하기 때문입니다. 경험자 B. 맥벤 장치를 사용하여 용액의 표면에서 매우 얇은 액체 층이 절단되었음을 발견했습니다. Gibbs 방정식의 모든 매개변수에 대한 추가 결정은 실험적으로 발견된 흡착 값이 실험 오차 내에서 Gibbs 방정식을 사용하여 계산된 값과 일치함을 보여주었습니다. 액체 표면의 균질성과 부드러움으로 인해 표면의 흡착을 연구할 때 활성 중심에 대한 일반적인 아이디어는 완전히 적용할 수 없습니다. 임계 온도에서 인접한 상 사이의 차가 사라지고 일반적으로 표면 장력이 0이됩니다. 가스 및 증기의 흡착은 문헌, 특히 기술 문헌에서 고체 표면의 공정과 관련하여만 사용되는 이 개념을 찾을 수 있을 정도로 실제 적용 범위가 넓습니다.

깁스 방정식으로 간주되는 가장 일반적인 흡착 패턴과 이 개념은 모든 상 경계에 적용할 수 있습니다. Gibbs 방정식과 그로부터 발생하는 모든 규정을 사용하여 Г 값을 결정하면 흡착 등온선을 구성할 수 있습니다.

38. 미세 다공성 물질에 대한 흡착의 특성. 폴란의 잠재이론. 흡착 가능성

글레이드의 이론흡착제와 흡착물 사이의 반 데르 발스 힘에 직접 기인하는 비국소적 물리적 흡착을 고려합니다(이것이 첫 번째 위치로 간주될 수 있음). 이 이론의 두 번째 위치는 표면에서 상당한 거리에 걸쳐 확장되는 흡착제의 힘(또는 전위)장의 개념입니다. 이 분야에 나타나는 흡착층은 고분자입니다. 가스 흡착을 고려하면 이 층의 밀도는 표면의 특정 법선을 따라 감소합니다. 증기 흡착을 고려하면 표면에 특정 두께의 액체 층이 형성됩니다. Polanyi 이론의 필드는 일련의 등전위 표면으로 간주되며 각 표면은 전위의 특정 값에 해당합니다 ε , 각 후속 표면은 이전 표면보다 작아집니다. 공간의 이러한 각 표면은 다음과 같이 지정된 특정 볼륨의 레이어를 잘라냅니다. v 나는. Polanyi 이론의 임무는 등온선의 일반적인 좌표에서 전환을 찾는 것입니다( 엑스, 피) 필드 매개변수로 ε 나는그리고 v 나는, 이러한 주요 매개변수 간의 연결을 추가로 설정합니다. Polyani가 제시한 문제의 첫 번째 부분은 매우 복잡하고 많은 경우에 명확한 해를 가질 수 없지만 증기 흡착의 경우 문제의 이 부분은 첫 번째 근사에서 매우 간단하게 해결됩니다. 액체 흡착층의 경우 부피의 채워진 부분은 다음과 같습니다.

v 나는 \u003d x (M / d),

어디 디액체 상태의 물질의 밀도입니다.

그의 이론에서 M. Polyany는 소위 부재에 대한 또 다른 조항을 소개합니다. 흡착 과정에서 현장 스크리닝, 가치 ε 이 공간 이론에서 는 주어진 점과 고체 표면 사이에 특정 흡착물 분자가 존재하는지 또는 모든 공간이 비어 있는지 여부에 관계없이 일정한 값(중력 전위와 같은 것)입니다. Polyani는 개념을 소개합니다. 흡착 가능성 ε , 이는 평형 압력에서 증기가 전달될 때 증기를 압축하는 등온 일입니다. 아르 자형포화 증기압이 있는 표면에서 표면층 영역까지 벌크상에서 p 0잠재력을 결정하는 표현식은 다음과 같습니다.

ε = RT인 아르 자형 0 / 아르 자형.

이러한 방정식의 도움으로 좌표 x, p에서 좌표로 이동할 수 있습니다. ε 그리고 V"특성"이라고 하는 곡선을 얻습니다. Polanyi는 자신의 실험에서 얻은 등온선의 실험 데이터로 구성된 이러한 곡선이 다음과 같은 속성을 갖는다는 것을 발견했습니다. T에 대해 불변합니다. 즉, 이러한 유형의 모든 곡선이 하나의 곡선에 놓일 수 있습니다. ε −ε .

M. Polyany는 이 입장을 가정으로 받아들였습니다. 즉:



Polyani의 이러한 특성은 실제적으로 매우 중요하며 하나의 실험적 흡착 등온선으로부터 등온선 계열을 구성할 수 있습니다.

Polanyi의 이론은 등온선 또는 전위 대 부피의 함수에 대한 분석적 표현을 제공하지 않지만, 적어도 하나의 등온선이 알려진 경우 주어진 온도에 대한 좌표를 계산할 수 있습니다. 이 결과는 기술 계산에 매우 중요합니다. 동일한 흡착제의 유사한 가스에 대해 흡착 곡선이 서로 가까울 수 있고 많은 경우 중첩될 수 있기 때문입니다.

39. 흡착 특성 곡선. 특성 곡선의 온도 불변 및 친화도

흡착제의 표면에 나타나는 힘장은 중력장과 여러 면에서 유사할 수 있습니다. 흡착 필드에서 전위 표면, 즉 동일한 흡착 전위가 특징적인 표면을 나타낼 수 있습니다. 흡착 가능성의 개념에서 θ 는 필드의 특정 지점에서 특정 기체 상으로 1몰의 흡착물을 이동할 때 흡착력에 대해 수행된 작업에 불과한 것으로 이해되어야 합니다. 최대 흡착 잠재력은 "흡착제 - ​​흡착 부피" 경계에 존재합니다. 그러나 "부피 - 기체상" 경계(여기에서 흡착력의 작용이 종료됨)에서 흡착 전위는 0과 같아야 합니다. 흡착 부피의 변화에 ​​따른 흡착 전위의 변화는 곡선 형태로 나타낼 수 있습니다. 이것은 M. Polyani에 의해 처음 수행되었습니다. 이러한 유형의 곡선은 온도에 의존하지 않고 각각의 특정 흡착제의 특성일 수 있으며 이러한 유형의 곡선은 일반적으로 흡착 특성 곡선이라고 합니다. 고분자 흡착 이론은 기체 상태 방정식이 흡착량에 적용된다고 가정합니다. 결과적으로, 상이한 온도에 대한 부피에 대한 흡착물의 밀도 의존성을 특징짓는 등온선은 부피에 대한 압력 의존성의 등온선과 유사합니다. 낮은 온도에서 표면의 흡착력으로 인해 증기가 특정 밀도의 액체로 응축될 수 있습니다. 임계 온도보다 낮은 온도에서 응축 중에 전체 흡착 부피가 액체로 채워집니다. 이 경우 흡착 곡선은 가로축과 거의 평행하게 진행되며 이는 액체의 낮은 압축성과 관련이 있습니다. 그러면 "부피-기체상" 경계에서의 흡착 곡선이 급격히 아래로 떨어지고, 따라서 흡착물의 밀도는 기상의 특정 밀도 값에 도달합니다. 임계 온도보다 높은 온도에서 흡착제는 이상 기체처럼 행동할 수 있으며 그래프는 이상 기체에 대한 의존성의 등온선으로 표현됩니다. PV = RT. 이러한 조건에서 흡착된 가스는 흡착제의 바로 표면에서 최대 밀도를 가지며 기체 상태의 바로 근처에서 최소 밀도를 갖습니다. 더욱이, 이 경우 흡착층의 흡착물의 밀도는 액체 자체의 밀도에 도달하지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 온도가 임계값에 매우 가까우면 부피에 대한 밀도의 의존도가 등온선에 가까운 곡선으로 표현됩니다. 반 데르 발스 방정식.이 시나리오에서 흡착된 물질의 일부는 액체 상태의 흡착 부피에 있고 흡착된 물질의 일부는 기체 상태가 됩니다. 그러면 곡선은 액체에서 기체로의 전환에 해당하는 섹션에서 가장 급격히 감소합니다. 특성 곡선이 흡착제 중 하나의 실험적 흡착 등온선에서 구성되고 다른 흡착제에 대한 해당 친화 계수를 알면 흡착 등온선을 찾아 다른 흡착제에 대해 구성할 수 있습니다. 흡착 전위 이론을 사용하면 한 증기의 흡착 등온선에서 얻은 특성 곡선에 따라 동일한 흡착제에 대한 서로 다른 증기의 서로 다른 흡착 등온선을 계산할 수 있습니다. 흡착량에.

유연(라틴어 affinis에서 - "관련된") - 친화성 크로마토그래피. 단백질의 정제 및 분리 방법은 불활성 담체에 공유 결합된 리간드와의 선택적 상호작용(친화성 크로마토그래피)을 기반으로 합니다. 수용체에 대한 독성물질의 친화도를 측정하는 것은 사실 배양 배지에 첨가된 물질의 양과 상호작용의 결과로 형성된 독성-수용체 복합체의 양 사이의 관계에 대한 실험적 연구입니다.


흡착(라틴어 ad - on, at 및 sorbeo - I 흡수), 계면 근처의 물질 농도의 변화 (보통 - 증가) ( "표면의 흡수"). 원인 흡착- 표면 근처의 분자간 결합의 불포화, 즉. 흡착력장의 존재. 이러한 장을 생성하는 물체를 흡착제, 분자가 흡착될 수 있는 물질을 흡착물, 이미 흡착된 물질을 흡착물이라고 합니다. 프로세스 역순 흡착탈착이라고 합니다.

흡착 필드의 특성은 다릅니다. 흡착이 반 데르 발스 결합과 관련된 경우 흡착피지컬이라고 합니다. 이것이 원자가 결합인 경우, 즉. 흡착표면 화합물의 형성과 함께 통과 한 다음 흡착화학물질이라고 화학흡착. 중요한 기능 화학흡착표시: 비가역성, 높은 열 효과(수백 kJ/mol), 활성화된 특성. 많은 중간 유형이 있습니다 흡착물리와 화학 사이 흡착. 예를 들어, 흡착수소 결합의 형성으로 인해 발생합니다. 물리적인 종류도 다양하다. 흡착. 분산 분자간 인력의 가장 일반적인 발생은 화학적 성질의 표면을 가진 흡착제에 대해 거의 일정하기 때문에(비특이적 흡착). 물리적 흡착정전기력(이온, 쌍극자 또는 사중극자 간의 상호 작용)에 의해 발생할 수 있습니다. 여기서 흡착흡착제 분자의 화학적 성질에 의해 결정됩니다(소위 특이적 흡착). 인터페이스 기하학도 중요한 역할을 합니다. 표면이 평평하면 흡착열린 표면, 약간 또는 강한 곡선 표면의 경우 - 약 흡착흡착제의 기공에서.

이론에 의하면 흡착정역학(흡착제-흡착물 시스템은 열역학적 평형 상태에 있음)과 동역학(평형이 없음)을 구별합니다.

흡착 정적

흡착 열역학

.

열역학의 기초 흡착 70년대 J. Gibbs가 만들었습니다. 19 세기 Gibbs에 따르면 경계면 근처의 평형 2상 시스템에서 모든 광범위한 속성(부피 제외)의 로컬 값에 약간의 변화가 있습니다. 그러나 위상은 이를 분리하는 일부 기하학적 표면까지 균질한 것으로 간주됩니다. 따라서 전체 시스템에 대한 광범위한 속성의 값은 균질한 단계에서 이 속성 값의 합과 같지 않으며 . 차이는 분리 표면과 관련된 2차원 표면 위상에 기인합니다. 왜냐하면 표면 단계에는 두께가 없습니다. V0=+ 및 =-, 여기서 V-용량.

제시된 표현을 통해 기본 열역학 방정식을 다음 형식으로 줄일 수 있습니다.

여기서 G는 깁스 자유 에너지, S는 엔트로피, 계면 장력, s는 계면 면적, n 나- 해당 화학 포텐셜 및 몰 수 나- 그 구성 요소. 지수는 표면 단계에서 각 속성의 값을 나타냅니다. Legendre 변환을 통해 등온 조건에 대한 방정식 (1)을 수정할 수 있습니다.

양을 깁스라고 합니다. 흡착기호 G로 표시됩니다(mol/cm2로 표시). 2성분 시스템의 경우:

분할면의 위치는 임의로 선택할 수 있습니다. 특히, 이 조항의 선택은 조건 Г 1 =0을 만족할 수 있습니다. 이러한 표면을 등분자라고 합니다. 이를 위해 Г 2 = Г 2 (1)이라는 명칭이 도입되었습니다. 이것은 주요 Gibbs 흡착 방정식을 의미합니다.

흡착제가 두 단계 중 하나에서 완전히 불용성인 경우 =const이고 식 (2)에서 식 (3)으로의 전환은 조건 Г 1 =0을 필요로 하지 않습니다. 따라서 깁스는 흡착는 두 상이 분리 표면까지 엄격하게 균질한 시스템과 비교하여 실제 2상 시스템에서 이 구성요소의 초과분입니다. Gibbs 초과 수량에 추가로 흡착, 그녀의 이론에서 중요한 역할을 한다 흡착, 구성 요소의 전체 내용으로 이해됨 나우주에서 여, 흡착력을 나타냅니다. 를 통해 전체 내용을 나타냅니다. ㅏ그리고 구성 요소가 나벌크 상 중 하나에서 완전히 불용성인 경우:

어디서 c 나-집중 나- 벌크 단계의 th 구성요소. 작은 s의 경우 나:

흡착특히 유체-유체(액체-기체, 액체-액체) 또는 고체-유체(고체-기체, 고체-액체)의 계면에서 두 단계 사이의 모든 계면에서 발생할 수 있습니다. 유체-유체 시스템에서 α는 함수로 측정할 수 있으며 식 (3)을 사용하여 실험적으로 Г 2 (1)을 결정할 수 있습니다. 두 번째 경우, G 2 (1)을 결정하기 위해 어떤 방법으로든 측정됩니다 n 나 0 , , 및 이 볼륨에서 i 번째 성분의 농도. 여기에서 G가 계산됩니다. 나(하나) . 이 방법을 체적(또는 체적)이라고 합니다. 중량(중량)법으로 양을 직접 결정 나-인터페이스의 구성 요소.

흡착 등온선

.

평형 흡착 시스템에서 평형을 결정하는 매개변수는 나는부분압 아르 자형(또는 함께 나) 및 온도 티. 그들은 소위 열 방정식과 관련이 있습니다.

~에 흡착개별 흡착제( 나=1) 이 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다.

열 방정식의 세 가지 특별한 경우(때 티, r또는 ㅏ- 상수)는 이론에서 특별한 역할을 한다 흡착:

에이=- 등온 방정식 흡착,

티=- 등압선 방정식 흡착,

아르 자형-- 등변 방정식 흡착.

특정 유형의 기능은 고려 중인 시스템의 기능에 따라 결정됩니다. 예를 들어 그 중 하나가 값에 대해 알려진 경우 티= const, 그러면 분명히 다른 두 개도 알려지게 됩니다. 이 경우 종속성의 분석적 형식을 알 필요는 없습니다. 값의 집합으로 경험적으로 주어질 수 있습니다. 에이, r그리고 티.

이론에 의하면 흡착일반적으로 질문은 함수의 형식에 관한 것입니다. ㅏ=(p)r, 즉 등온 방정식에 대해 흡착. 이 문제는 수반되는 열 효과와 관련이 있습니다. 흡착. 전환의 경우 주요 열역학 함수 값의 변화를 계산할 때 DN평형 시스템에서 벌크상에서 표면상으로의 흡착제의 몰수 피 = const, 두 가지 경우가 가능합니다. 첫 번째 경우에는 흡착물이 흡착물로 변환되는 것만 고려됩니다. 흡착열역학적으로 변하지 않으며 그 역할은 흡착 필드의 소스 역할을 하는 것입니다. 두 번째에서는 흡착제의 변화도 고려됩니다.

시스템이 평형 상태에 있기 때문에 흡착 물질과 흡착 물질의 화학적 전위는 동일합니다. 분자의 이동성 감소로 인한 흡착 엔트로피 흡착흡착제의 엔트로피보다 작습니다. 따라서 불활성 흡착제의 경우 엔탈피는 항상 음수입니다. 흡착발열. 흡착제의 엔트로피 변화를 고려하면 이 결론이 바뀔 수 있습니다. 예를 들어, 고분자가 팽윤하는 물질의 고분자에 의한 수착 동안 후자의 엔트로피(거대분자의 이동성 증가로 인해)는 매우 강력하게 증가하여 흡착흡열이 된다. 다음에서는 발열체만 흡착.

적분, 미분, 등각 및 평균 열을 구별하십시오. 흡착. 통합 열 큐엔탈피 손실과 동일(at V= const - 일정한 내부 에너지) 변경 시 흡착~에서 1~ 전에 2(특정 경우에는 1 \u003d 0일 수 있음): Q \u003d - (H 2 - H 1). 이 값은 일반적으로 흡착제의 질량을 나타내며 J/kg으로 표시됩니다.

차열 큐(J / mol)은 엔탈피 손실과 같습니다. DH변경될 때 ㅏ에 다. 태도로 표현된다. q = - (dH/da). 그것은 분명하다

등변 열 q st는 다음과 같습니다.

여기서 는 흡착물과 흡착물의 몰 부피의 차이입니다. 임을 보여줄 수 있다 이상 기체 흡착제의 경우:

소개의 의미 qsi그 결정에 열량 측정 데이터가 필요하지 않다는 점에서(예: 큐그리고 큐) 측정 결과로부터 식 (9)에 의해 계산될 수 있다. 흡착. 우리는 또한 평균 열을 소개합니다 큐(J/mol):

성장과 함께 ㅏ매개변수 큐항상 증가하는, 큐감소, 증가 또는 변경되지 않을 수 있습니다. 성장과 함께 ㅏ균일하지 않은 표면으로 흡착덜 활동적인 영역에서 발생하여 감소합니다. 큐. 그러나이 경우 흡착 된 분자 사이의 평균 거리가 감소하여 결과적으로 흡착 된 분자 사이의 인력이 증가하고 큐증가합니다. 언급된 두 효과 사이의 비율은 의존성의 과정을 결정합니다. q=f(a). 매우 크게 ㅏ반발 세력도 이 지역에서 우세하기 시작합니다. 큐항상 성장과 함께 감소 ㅏ.

매우 작은 표면 범위의 경우 등온 방정식 흡착헨리 방정식의 형식을 가집니다.

여기서 K H는 헨리 계수입니다. 정말, 아주 작은 ㅏ흡착층은 2차원 이상 기체와 유사하므로 상태 방정식은 다음과 같습니다. RT,여기서 는 2차원 압력이고 는 물질 1몰이 차지하는 면적입니다. 따라서 =-를 고려하고 식 (3)을 사용하여 식 (12)를 얻습니다. 헨리 방정식은 다음을 요구합니다. 큐일정했다. 큰 충전물의 경우 이 방정식이 더 이상 유지되지 않습니다. 따라서 G. Freindlich(1906)는 등온선을 기술할 것을 제안했습니다. 흡착다음 실험 방정식(Freundlich 방정식):

어디 케이그리고 N- 상수. 이 방정식은 작은 경우에도 보간 공식으로 자주 사용됩니다. 아르 자형방정식 (12)에 들어가지 않으며 매우 크게 아르 자형경험과 일치하지 않는 무제한 증가로 이어집니다. ㅏ.

엄격한 등온선 이론 흡착 I. Langmuir(1914-18)가 만들었습니다. 이론은 다음을 기반으로 합니다. 모델: 1) 흡착제의 표면은 흡착제 분자가 흡착되는(국소화된) 에너지적으로 동일한 활성 중심 세트입니다. 2) 한 분자만 한 중심에 흡착됩니다. ~에 흡착하나의 흡착만 형성됩니다. 층(단층); 삼) 흡착이 센터에 영향을 미치지 않습니다 흡착다른 센터, 즉 상호 작용. 흡착된 분자는 무시할 수 있습니다.

Langmuir 모델이라고 합니다. 국부적인 단분자 흡착균일한 표면에 등온 방정식 흡착아마도 이 모델에 해당합니다. 의 도움으로 얻은 방법(분자 동역학, 열역학, 통계 열역학). 따라서 흡착 평형은 다음과 같이 표현될 수 있다. 계획:

무분자. 흡착 가스 + 흡착. 복합 위상 센터(비지 센터)

기체의 분자 농도는 자유 농도인 p에 비례합니다. 중심값( t-a),어디 그리고 ~총 중심 수, a-점유 중심 수, 흡착 농도. 콤플렉스 값 흡착따라서 평형 상수는 다음과 같습니다. K p \u003d p (a t -ㅏ)/ 흡착여기에서 우리는 Langmuir 방정식을 얻습니다.

어디 비-티. ~라고 불리는 흡착 계수 같음 Kp-1.기압이 매우 낮은 지역에서 bp " 1 및 a = (a m b)p,이는 Henry의 방정식에 해당하며, 여기서 KH= 엠 b.매우 높은 압력 영역에서 브 1 및 아아;여기서 흡착더 이상 압력에 의존하지 않습니다. 평형 상수 나-1반응의 등압 전위의 표준 값과 관련이 있습니다.

Langmuir 모델에는 diff가 필요합니다. 열과 엔트로피 흡착표면 충전 정도에 의존하지 않습니다.

식 (14)는 Langmuir 모델에 해당하는 엄밀한 표현이지만, 모델 자체가 이상화되기 때문에 실제로는 거의 정당화되지 않는다. 흡착교리 흡착 20대부터 20 세기 수단으로. 학위는 하나 또는 다른 Langmuir 가정을 약화시키거나 제거하는 것을 기반으로 구축되었습니다. 흡착

Langmuir는 이미 설명하는 방법을 제안했습니다. 흡착불균일한 표면에서(즉, 모든 중심이 동일하지 않다는 가정 하에). 동일한 중심을 그룹으로 결합하고 방정식 (14)가 각 그룹에 적용된다고 가정하면 다음과 같이 가정할 수 있습니다. 흡착전체 표면에 대한 식은 식 (14)의 항의 합으로 표현됩니다.

흡착 횟수를 가정하면 센터 수 자유 값 분포의 연속 함수로 설명됩니다. 에너지, Ya.B. Zel'dovich는 지수 함수에 대한 공식 (16)에서 얻은 유형의 방정식 (13)입니다.

흡착비균질 표면 - 이론의 큰 장 흡착그녀의 메인 적분 방정식의 작업 솔루션:

어디 f(p) - 소위. 경험적 등온선 흡착, -그것 또는 자유 값에 대한 중심 수 분포의 다른 f-tion. 에너지,( b, p)-국부 등온선 흡착, 이는 일반적으로 Langmuir 등온선으로 간주됩니다. 흡착

Langmuir의 두 번째 가정을 거부하려는 많은 시도가 있었습니다. 흡착이 경로에서 고분자 이론 흡착, S. Brunauer, P. Emmet 및 E. Teller 제안(BET 이론). 이론은 임계 온도 이하의 온도에서 각 분자가 첫 번째 층에 흡착된다고 가정합니다(흡착열 나는,), 두 번째 층을 형성하는 분자의 중심 등입니다. 열이 나는 것으로 추정된다. 흡착첫 번째 층을 제외한 모든 층에서 는 응축열과 같습니다. 이 모델은 다음 방정식으로 이어집니다.

어디 c =특급[(q 1 -)/RT]. 좌표 a의 방정식 (18), p/p 초 S자 곡선에 해당합니다. 좌표에서 p/p s ,

등온선 흡착방정식 (18)에 따르면 선형이어야 합니다. 이 직선의 기울기(보통 0.05 p/p s 0.30 범위)와 y축에서 이 직선에 의해 잘린 선분은 값 resp를 제공합니다. 에그리고 와 함께. BET 이론의 광범위한 사용은 사실 그 저자들이 다음을 고려한다는 사실에 기인합니다. 흡착현지화되지 않은 상수 식별 에개별 흡착제의 수가 아닙니다. 중심에 있지만 가장 가까운 패킹의 첫 번째 층에 있는 흡착물 분자의 수( 아르 자형= 추신).따라서이 층에서 한 분자가 차지하는 면적에 대한 아이디어를 도입하면 다음과 같이 받아들입니다.

어디 에스-흡착 표면적 흡착일반적으로 등온선은 이를 위해 측정됩니다. 흡착질소는 분자 = 0.162 nm 2입니다. 일반적으로 수행되는 유사한 계산 에스 Langmuir 모델에 따르면 정확하지 않습니다. 이 방법은 분명히 현지화되지 않은 경우에만 적용됩니다. 흡착

고분자 이론에서 흡착 J. de Boer는 모든 표면에 대한 평균 층 수(첫 번째 것보다 많은 것)의 의존성이 화학적 측면에서 가깝다는 것을 실험적으로 보여준 J. de Boer에 의해 큰 공헌을 했습니다. 자연, 에서 p/p 초는 보편적인 곡선(소위 t-곡선)으로 표현됩니다. 또한 흡착제의 표면적을 추정할 수 있습니다.

Langmuir 모델에서도 상호 작용을 고려하려는 시도가 있었습니다. 흡착제 사이. 분자. 따라서 T. Hill과 J. de Boer는 흡착 상태의 방정식을 믿습니다. 층은 반 데르 발스 방정식의 2차원 유사체이므로 다음을 얻었습니다. 등온 방정식 흡착:

어디에= 에이, 에이및 반 데르 발스 방정식의 b 상수 흡착 R. Fowler 및 E. Guggenheim, 상호 작용을 고려합니다. 흡착기 분자, 방정식 유도:

여기서 는 분자의 쌍방향 상호작용과 관련된 상수입니다.

추가로 이어지는 또 다른 메커니즘이 있습니다. 흡착임계치 이하의 흡착제. 상대적으로 높은 값에서 다공성 흡착제의 온도 p/p s .이것은 모세관 응축입니다. 오목한 흡착 메니스커스가 기공에 형성되면 그 안에서 응축이 시작됩니다. p/p s 켈빈 방정식에 따르면:

여기서 흡착물의 표면 장력, V는 -그의어금니 부피, 반월상 연골의 곡률 반경 흡착모세관 응축은 등온선의 급격한 상승으로 이어집니다. 흡착이 경우 소위 말하는 것이 종종(항상 그런 것은 아니지만) 관찰됩니다. 흡착 히스테리시스, 즉 흡착 불일치. 그리고 탈착. 등온선의 가지. 일반적으로 이것은 메니스커스의 모양이 흡착및 탈착이 일치하지 않습니다.

모세관 응축은 흡착제의 기공 크기를 결정하는 데 사용됩니다. 흡착각 값에 대한 식 (22)에 따르면 p/p 초메니스커스의 곡률 반경 계산 흡착그것으로부터 흡착의 두께가 주어집니다. 레이어(예: t-곡선을 따라), 레이어에서 메니스커스로의 전이 영역 모양 및 매우 작은 r에서 곡률에 대한 의존성 , 주어진 위치에서 채워진 기공의 선형 크기(유효 반경 ref)를 구합니다. p/p s .이러한 모공의 부피는 성장에 의해 결정됩니다. 흡착이 시점에서 등온선. 얻은 데이터를 사용하여 반지름을 따라 기공 부피 분포 곡선이 작성됩니다. 이 방법은 ref 1.5 nm에서 적용할 수 있습니다. 일반적으로 계산은 탈착에 의해 수행됩니다. 등온선의 가지이지만 더 엄격한 현대. 이론에서는 곡선을 구성하기 위해 두 가지를 모두 고려해야 합니다.

흡착의 잠재적 이론 및 미세 기공의 부피 충전 이론.모델 흡착, Langmuir와 근본적으로 다른, M. Polyaki가 1914년에 제안했습니다. 이 모델에 따르면 흡착제 표면 근처에 잠재적인 흡착이 있습니다. 표면으로부터의 거리에 따라 감소하는 힘 필드. 결과적으로 표면에서 멀리 떨어진 p와 같은 흡착제의 압력은 표면 근처에서 증가하고 일정 거리에서 흡착제가 응축되는 값 p s에 도달합니다. 인터페이스와 지오메트리 사이의 레이어 볼륨입니다. 점의 장소 피 = p s , 액체로 채워져 있으며 이는 물리적 인 정상적인 값에 기인합니다. 대량 액체 속성. 가역 등온 작업 전자 흡착. 방정식 = RTlnp / p s에 의해 결정되는 힘이 호출됩니다. 흡착 잠재적이고 전체 개념은 잠재적인 이론입니다. 흡착주어진 볼륨에 대해 V흡착 층은 온도에 잠재적으로 의존합니다(온도에 대한 분산력의 독립성으로 인해). 이 온도 불변성을 통해 다시 계산할 수 있습니다. 흡착하나의 t-ry에서 다른 t-ry로, 비록 등온선 방정식 흡착명시된 이론에 근거하여 추론하는 것은 불가능했습니다. Polyani 모델은 많은 사람들이 광범위하고 성공적으로 사용했습니다. 그러나 저자는 두 가지 매우 취약한 조항을 포함했습니다. 1) 가장 미세한 흡착이라는 가정. 필름은 정상적인 물리적 가치를 가지고 있습니다. 벌크 액체의 특성(이 가정은 실험에 의해 확인되지 않음); 2) 함수의 온도 불변성 =f(V),기초 이론은 매우 미세한 다공성 흡착제에 대한 실험에 의해 대략적으로 확인되었습니다.

잠재적 이론을 사용하여 M.M. Dubinin은 미세 기공의 체적 충전 이론(TOZM)을 제안하고 개발했습니다. 이 이론은 미세다공성 흡착제에만 적용되는 것으로 가정되었습니다. 기공의 선형 치수가 r1 nm인 이러한 흡착제의 특징은 기공의 전체 부피가 흡착제로 "채워진다"는 것입니다. 들. 따라서 언제 흡착그들은 층으로 채워지지 않고 체적으로 채워집니다. 고려중인 경우의 값은 흡착이 아닙니다. 잠재력, 화학 물질의 표시까지. 화학물질 수준에서 측정한 흡착 전위. 동일한 온도에서 일반 액체의 전위. 흡착제 기공의 전체 세트는 세 가지 클래스로 나뉩니다. 아르 자형 0.6 nm), 중간 기공(0.6 nm-20 nm) 및 거대 기공( 아르 자형 20nm). 흡착미세 기공에서 TOZM 계획에 따라 발생합니다. 체적으로, 메조 기공에서 - 모세관 응축에 의해 완성되는 층별 충전 메커니즘에 따라. 흡착 중 거대 기공. 균형은 아무런 역할을 하지 않습니다.

화학 물질의 값에 대한 기공 부피의 f-tsii 분포 개념을 소개합니다. 그것들의 흡착 가능성, M.M. Dubinin과 L. V. Radushkevich는 TOZM 흡착 등온선에 대한 방정식을 얻었으며 일반적으로 다음과 같이 작성됩니다. 형태:

어디 엔, 전자및 0 매개변수( 0 = 에이~에 피 =추신). 온도 의존성 ㅏ 0:

어디에= -(da 0 /dT); 0 0 = 0 T \u003d T 0에서. 옵션 피그리고 이자형온도와 거의 무관합니다. 대부분의 경우에 피= 2. 초기 가열의 경우에만 흡착매우 큰 n > 2.등온선을 다시 계산하려면 흡착하나의 흡착제에서 다른 흡착제로 대략 다음과 같이 가정합니다. E 1 /E 2 P 1 /P=그리고 a 01 /a 02 V 1 /V 2 , 여기서 P 나- 낙하산, 비-흡착제의 몰 부피 흡착

각 미세 다공성 흡착제는 TOZM에 따라 두 가지 매개변수로 특성화됩니다. 여-미세기공 부피( 승 0 = = 0V 0) 및 E 0 - 특성. 에너지; W0 E0는 표준 흡착제, 일반적으로 벤젠을 나타냅니다.

실제 흡착제에는 다양한 크기의 기공이 있다는 개념을 사용하여 값 분포 도입 에스 F. Stekli는 Dubinin-Stöckli 방정식이라고 하는 방정식(23)의 일반화를 제안했습니다.

어디 B0-와 관련된 상수 이자형식 (23)에서, y= . 왜냐하면 흡착에서 나이브의 기술. 미세 다공성 흡착제(활성탄, 제올라이트, 미세 다공성 xerogels)가 널리 보급되었으며 TOZM은 물리적 및 화학적 용도뿐만 아니라 사용됩니다. 연구뿐만 아니라 엔지니어링 계산에서도 마찬가지입니다.

기체 및 액체 혼합물의 흡착. 실제로, 그들은 항상 개별 흡착제가 아니라 가스 또는 액체 용액의 혼합물을 처리합니다. 따라서 이론의 일반화가 필요하다. 흡착다성분 흡착제의 경우 흡착원칙적으로 모든 모델에서 시작할 수 있습니다. 흡착이 경우까지 확장합니다. ~에 흡착가스 혼합물, 이것은 방정식의 더 큰 복잡성뿐만 아니라 방정식에 추가를 도입함으로써 달성됩니다. 경험적 상호작용과 관련된 매개변수. 이질적인 분자 또는 더 일반적으로 계수에 대한 일부 인-인의 영향이 있습니다. 다른 사람의 활동. Langmuir 모델만이 등온선 방정식을 얻을 수 있습니다. 흡착방정식에 포함되지 않은 매개변수가 없는 혼합물 흡착개인입장. 이렇게 하려면 혼합물에서 k번째 성분을 흡착하는 동안 나흡착의 구성 요소 부분. 센터 수 다른 분자가 차지합니다. 그래서:

언제 흡착액체 용액은 농도에 관계없이 흡착제의 전체 표면이 다음으로 채워집니다. 흡착그것에 의하여 흡착 k 번째 구성 요소의 분자는 나머지 구성 요소의 특정 수의 분자의 변위, 즉 흡착경쟁력이 있습니다.

분자와 이온의 구별 흡착솔루션. 첫 번째는 다음과 같은 경우에 발생합니다. 흡착비전해질 용액, 전해질의 두 번째 용액. 분자 흡착, 일반적으로 중복 값으로 표시됩니다. 경쟁적인 성격 흡착값을 유발합니다 ㅏ엠비. 긍정적이고 부정적인 모두. 표현 흡착 나-용액 x의 몰 분율의 f-tion으로 해당 성분의 나-, 우리는 그 G를 가지고 나= X에서 O 나= 0과 x 나= 1(흡착층에서 물질의 부피 변화는 무시됨). 따라서 등온선 흡착하나 이상의 과격한 수단.

등온 방정식 흡착열역학적으로 확실하게 입증된 비전해질의 이원 용액은 다음과 같은 형태를 갖습니다.

여기서 인덱스 s는 흡착을 나타냅니다. 단계, - ( DNS 2 / DNS 1)는 두 번째 성분의 몇 몰이 첫 번째 성분의 1몰에 의해 변위되었는지, 화학물질의 용어(표준 부분) 간의 차이를 나타냅니다. 온도에만 의존하는 전위.

기본 이것과 다른 많은 등온 방정식을 사용하는 문제 흡착-계수의 의존성 결정. 흡착에 있는 성분의 활동. 구성에서 레이어 흡착지원서에서 가장 중요한 질문 흡착물질의 분리 또는 정제용 - 이 성분 용액과 관련된 선택적 흡착제의 선택 흡착

이온 흡착, 일반적으로 동등하지 않습니다. 흡착 Preim은 전해액에서 표면에 흡착됩니다. 양이온 또는 음이온. 전기 덕분에 (쿨롱) 힘이 표면에 형성됨 전기 이중층.

흡착제가 이온 또는 표면 작용을 포함하는 경우. 주어진 용매에서 이온화할 수 있는 그룹이 있으면 흡착제와 전해질 용액 사이에서 이온 교환이 발생합니다. 이 경우 흡착제라고 합니다. 이온 교환기.

흡착 역학

흡착, 모든 실제 프로세스와 마찬가지로 시간이 지나면 발생합니다. 그래서 완전한 이론 흡착동역학에 대한 섹션을 포함해야 합니다. 흡착초등 행위 흡착거의 즉시 수행됩니다(화학 흡착 제외). 따라서 시간 종속성 흡착메인에서 정의 확산 메커니즘, 즉 사이트에 흡착제 공급 흡착만약 흡착열린 표면에서 이러한 과정은 외부 확산 영역에서 발생합니다. 확산 법칙은 특정하지 않지만 흡착다공성 흡착제의 경우 ext. 확산, 중요한 역할이 vnutr를 재생하기 시작합니다. 확산, 즉 농도 구배가 존재하는 흡착제의 기공에서 흡착제의 이동. 이러한 이동의 메커니즘은 흡착물의 농도와 기공 크기에 따라 달라질 수 있습니다.

분자, Knudsen 및 표면(Volmer) 확산이 있습니다. 길이가 자유로우면 분자 확산이 수행됩니다. 기공에 있는 분자의 범위는 기공 크기보다 작으며 Knudsen 길이는 이 길이가 기공 크기를 초과하는 경우입니다. 표면 확산 동안 분자는 벌크 상으로의 전환 없이 흡착제 표면 위로 이동합니다. 그러나 계수 값 확산은 다른 확산 메커니즘에 대해 동일하지 않습니다. 많은 경우에, 확산이 어떻게 발생하는지 실험적으로 정확히 확립하는 것은 불가능하므로 소위 말하는 것입니다. 유효 계수. 확산, 전체 과정을 설명합니다.

기본 실험적인 동역학에 대한 자료 흡착소위 서비스합니다. 운동 곡선, 즉 f-tion \u003d / 같음 \u003d f(t) 상대적인 위치 흡착흡착의 현재 값의 비율과 동일 ㅏ에게 ㅏ당시의 가치와 동일 티.동역학을 해석하려면 가장 단순한 경우의 곡선에서 흡착제 입자는 부피가 완전히 균일한 다공성 구조를 갖는다고 가정합니다(이 모델을 준균질이라고 함). 수단. 준 균질 모델의 개선 - 각 입자가 더 크고 미세한 기공을 가진 영역을 포함한다는 개념. 이러한 곡물의 확산은 2 dec로 설명됩니다. 계수.

열린 표면의 경우 Langmuir 모델을 취하면 동역학을 쉽게 구할 수 있습니다. 방정식 흡착평형에 접근하는 속도는 속도의 차이입니다. 흡착및 탈착. 역학에서 평소와 같이 프로세스 속도가 반응 물질의 농도에 비례한다고 가정하면 다음과 같습니다.

여기서 k 광고 및 k dec는 각각 비율 상수입니다. 흡착및 탈착. 기체상의 압력은 일정하다고 가정합니다. 이 방정식을 적분할 때 티= 0에서 임의의 값 티우리는 얻는다:

따라서 f에 대해:= 같음. 그래서 우리는 마침내:

여기서 k = k 광고 + k 12월.

속도에 대한 온도의 영향 흡착 Arrhenius 방정식과 유사한 방정식으로 표현 흡착온도가 증가하면 k 광고가 기하급수적으로 증가합니다. 왜냐하면 흡착제 기공의 확산은 활성화 극복과 관련이 있습니다. 장벽, k 광고 및 k des의 온도 의존성은 동일하지 않습니다.

확산 속도에 대한 지식은 이론뿐만 아니라 중요합니다. 흡착, 뿐만 아니라 무도회 계산을 위해. 흡착 프로세스. 이 경우 일반적으로 흡착제의 개별 입자가 아니라 층을 처리합니다. 레이어에서 프로세스의 역학은 매우 복잡한 종속성으로 표현됩니다. 주어진 시간에 레이어의 각 지점에서 값은 흡착등온 방정식의 형식에 의해서만 결정되는 것이 아닙니다. 흡착그리고 공정의 동역학 법칙뿐만 아니라 공기역학적 또는 유체역학적 법칙. 곡물 주위의 기체 또는 액체의 흐름에 대한 조건. 단일 입자의 역학과 대조적으로 흡착제 층에서 공정의 역학을 호출합니다. 역학 흡착, 문제 해결을 위한 일반적인 계획은 다음과 같습니다. 미분 시스템이 컴파일됩니다. 층의 특성을 고려한 편도함수의 방정식, 등온선 흡착, 확산 특성(확산 계수, 층을 따라 그리고 입자 내부의 물질 전달 유형), 공기 및 유체 역학. 흐름 기능 흡착초기 및 경계 조건이 설정됩니다. 이 방정식 시스템의 솔루션은 원칙적으로 양의 값으로 이어집니다 흡착레이어의 주어진 지점에서 주어진 시간에. 일반적으로 분석적 가장 간단한 경우에만 해를 구할 수 있으므로 이러한 문제는 컴퓨터의 도움을 받아 수치적으로 해결됩니다.

역학에 대한 실험적 연구에서 흡착지정된 특성을 가진 기체 또는 액체 흐름이 흡착제 층을 통과하고 나가는 흐름의 구성이 시간의 함수로 조사됩니다. 층 뒤에 흡수된 물질의 모습이라고 합니다. 돌파구 및 돌파구 - 보호 조치의 시간. 호출된 시간에 대한 레이어 뒤의 이 구성 요소 농도 의존성. 출력 곡선. 이 곡선은 주요 역할을 합니다. 실험적인 역학의 패턴을 판단할 수 있게 하는 재료 흡착

흡착 공정의 하드웨어 설계

많은 기술이 있습니다. 흡착 기술. 프로세스. 널리 퍼진 순환. (주기적인) 고정 흡착제 베드가 있는 설치, osn. 노드가 하나 또는 여러 개입니다. 입상 흡착제로 채워진 속이 빈 기둥 형태로 만들어진 흡착기. 흡착된 성분을 포함하는 기체(또는 액체) 스트림은 돌파구가 될 때까지 흡착제 베드를 통과합니다. 흡착그 후, 흡착기의 흡착제가 재생되고 가스 흐름이 다른 흡착기로 보내집니다. 흡착제 재생에는 여러 단계가 포함되며 그 중 주요 단계는 탈착입니다. 흡착제에서 이전에 흡수된 물질의 방출 흡착탈착은 가열, 기체상 감압, 치환(예: 생증기) 또는 이러한 방법의 조합에 의해 수행됩니다. 시간 때문에 흡착재생이 일치하지 않는 경우 전체 프로세스가 연속적으로 진행되도록 동시에 작동하고 재생된 흡착기의 수를 선택하십시오.

기술에 따르면. 경제적이고 재생성은 끝나지 않았다 흡착따라서 흡착제의 작업 용량은 주어진 조건에서 얻을 수 있는 최대값의 차이와 같습니다. 흡착및 재생 후 흡착제에 남아 있는 흡착물의 양. 결과적으로 등온선 흡착흡착기의 프로세스에 해당하는 높이가 너무 가파르지 않아야 합니다.

설명된 방식에서 두 가지 옵션이 가능합니다. 1) 목표 생성물이 가스 스트림에서 거의 완전히 흡착된 다음 탈착물에 포함되어 어떤 방식으로든 추출됩니다. 2) 목표 생성물은 가스 혼합물의 다른 성분보다 더 심하게 흡착되어 나가는 가스 흐름에 포함됩니다. 예를 들어 첫 번째 옵션에 따르면 비스코스 공장의 회수 장치가 작동하여 배기 가스에서 캡처하고 CS 2를 사이클로 되돌립니다. 이러한 설비의 생산성은 시간당 수십만 m3의 정화된 가스에 이릅니다. 너무 미세하지 않은 미세 기공이 있는 흡착제 활성탄, 즉 일정한 석탄 이자형 TOZM(위 참조)에 따르면 20-25 kJ/mol입니다. 이 값 이자형 0은 너무 가파르지 않은 등온선에 해당하며 좋은 재생 조건을 제공합니다. 이러한 석탄은 회복. 탈착은 생증기로 수행됩니다. 에너지를 절약하기 위해 냉기 및 고온 가스 흐름이 열교환기를 통과합니다.

석유 가스와 같은 가스 및 액체는 처리 또는 특성 전에 건조하는 것이 매우 중요합니다. 운송 전 가스; 실리카겔 흡착제 또는 제올라이트. 탈착은 가열에 의해 수행된다. 제올라이트의 탈착은 높은 에너지 비용과 관련이 있기 때문에 결합된 흡착제가 사용됩니다. 수분의 덩어리는 쉽게 재생되는 실리카겔에 의해 흡수되고, 제올라이트에 의해 깊은 후 건조됩니다.

열 재생 중 전체 주기에는 다음이 포함됩니다. 흡착, 흡착제 가열, 탈착 및 냉각. 많은 수의 단계가 프로세스의 낮은 강도와 ​​높은 에너지 강도를 결정합니다. 흡착따라서 소위. 짧은 주기 설치, 전체 주기에는 여러 개가 소요됩니다. 분. 그들에서 가스는 평균에 따라 흡착기에 공급됩니다. 압력이 가해지면 방출되고 탈착됩니다. 전체 프로세스는 거의 등온입니다(등온에서 벗어나는 것은 열 방출에 의해서만 발생합니다. 흡착및 탈착 중 열 흡수). 주기 단계: 흡착, 감압, 탈착, 압력 상승. 산소가 풍부한 공기를 생산하기 위해 제올라이트가 있는 공장이 그 예입니다.

이동하는 흡착제 층이 있는 설비(소위 hypersorber에서)에서 후자는 중력의 영향으로 천천히 하강하고 바닥에서 제거됩니다. 흡착기의 일부가 소위 들어갑니다. 흡착과 평행한 수직 파이프인 공수기. 열. 공기 흐름은 이 파이프를 통해 아래에서 위로 이동하여 흡착제 입자를 위로 올립니다. 칼럼의 일부. 처리된 가스 흐름은 흡착기의 중간 부분으로 들어가고 흡착제에 대해 역류로 이동합니다. 열 상단에는 연속 흡착, 하단 - 흡착제의 재생(또한 참조 흡착 청소).

유동화("비등") 흡착제 베드가 있는 플랜트에서 아래에서 흡착기로 들어가는 가스 흐름은 흡착제를 현탁 상태로 만듭니다. 이것은 흡착제와 기체 사이의 물질 전달 효율을 급격히 증가시키고 지속 시간을 감소시킵니다. 흡착및 탈착. 이러한 설치는 생산성이 높습니다. 모피에 대한 높은 요구 사항으로 인해 광범위한 분포가 방해받습니다. 흡착제 입자의 강도(강도가 충분하지 않으면 마모 및 장치로부터의 비말동반으로 인해 흡착제의 상당한 손실이 발생함).

기본 흡착제 요구사항: 대형 흡착제. 용량, 즉 그들은 큰 비트로 몸을 흩어 져야합니다. 표면 또는 큰 기공 용적; 화학 표면의 특성은 효과적인 흡착이러한 조건에서 데이터 입력; 화학 그리고 열. 내구성, 재생성, 가용성. 최대 활성탄, 일부 산화물의 크세로겔(실리카 겔, 알루미나 겔 등), 제올라이트가 널리 보급되었습니다. 비 다공성 흡착제 기술에서. 탄소(그을음) 및 고도로 분산된 SiO 2(에어로실, "백색 그을음").

흡착 기술의 적용 분야

현상에 대하여 흡착많은 사람들이 설립한 유해한 불순물로부터 공기를 정화하는 방법(참조. 가스 청소),물(참조 물 처리),뿐만 아니라 설탕 제조용 설탕 시럽, 과일 주스 및 식품의 기타 액체. prom-sti, 폐 윤활유. 고체 흡착제를 사용하여 기체 및 액체에서 유해한 불순물인 수분을 제거하는 것은 흡착의 중요한 분야 중 하나입니다. 기술(참조 가스 건조).

흡착 중. 공정은 물질 혼합물의 미세한 분리와 복잡한 혼합물에서 특정 성분의 분리를 기반으로 합니다. 예로는 계면활성제 생산을 위한 일반 탄화수소를 얻기 위한 알칸의 이성질체 분리, 자동차 연료 생산에서 오일 분리가 있습니다. 흡착 가스 혼합물용. 분리 방법은 산소가 풍부한 공기를 얻는 데 사용됩니다(거의 순수한 O 2까지). 많은 경우에 이러한 방법은 증류와 성공적으로 경쟁합니다(참조. 공기 분리).

흡착제의 응용 분야가 빠르게 발전하고 있습니다. 혈액에서 유해 물질을 추출하는 역할을 하는 의료 기술(혈흡착법) 등 fiziol. 액체. 무균에 대한 높은 요구 사항은 적합한 흡착제를 선택하는 매우 어려운 작업입니다. 여기에는 특별히 준비된 활성탄이 포함됩니다.

문학.: Brunauer S., 기체 및 증기의 흡착, 트랜스. 영어, vol.1, M., 1948; de Boer Ya, 흡착의 동적 성질, 트랜스. 영어, M., 1962에서; 흡착 및 다공성, ed. M. M. Dubinina[et al.], M., 1976; Keliev N.V., 흡착 기술의 기초, 2판, M., 1984; Young D.M., Crowell A.D., 기체의 물리적 흡착, L., 1962. M.M. 더비닌, V.V. 세르핀스키.

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두 원자의 상호작용의 경우:

U는 상호 작용 에너지입니다.

유 = 유 + U 풀.

- 레나드-존스 방정식 , c, b, m = 상수

고체 표면과 원자의 상호 작용의 경우 모든 상호 작용을 요약할 필요가 있습니다.

x는 표면까지의 거리

r - 인력의 작용 반경

dV - 볼륨

n은 표면 분자의 수

U 광고. 흡착 상호작용 에너지

흡착의 경우 인력이 향상됩니다. 그리고 비극성-무극성 유형의 상호 작용의 경우 흡착은 주로 함몰부에 국한됩니다.

정전기 상호 작용.

    극성 흡착제 - 비극성 흡착물

    비극성 흡착제 - 극성 흡착물

    극성 흡착제는 극성 흡착물입니다.

중 흡착물 분자는 쌍극자로 표시되고 흡착제는 전도체로 표시되며, 여기서 흡착물 분자는 주어진 분자에 대해 쌍극자 거울을 대칭적으로 유도합니다.

X - 중앙까지의 거리

상호 작용할 때 잠재력이 발생합니다.

, 쌍극자 모멘트이다.

잠재력은 최대 값을 취하는 경향이 있습니다. 쌍극자는 표면에 수직으로 배향하는 경향이 있습니다.

온도의 증가는 브라운 운동의 성장을 촉진하기 때문에 흡착 과정의 감속을 초래합니다.

정전기적 상호작용의 경우 흡착물은 주로 돌출부에 국한됩니다.

기본 흡착 방정식.

흡착의 경우 성분이 재분배되어 화학 포텐셜이 변경됩니다. 흡착 과정은 표면 에너지가 화학 에너지로 전환되는 것으로 간주할 수 있습니다.

층 부피 = 0, 열역학 법칙의 일반화된 방정식 I 및 II:

T = 상수; (1) = (2) =>

2성분 시스템의 경우:

,
,

=>

=>
- 깁스 흡착 방정식 .

TV 흡착의 경우. 몸 - 가스:,

,

- 등온선

- 등압선

- 이소피크네

- 등배선

등온선, 등배선, 등배선은 서로 관련되어 있습니다.

왜냐하면 흡착 기능

헨리 등온선 랑뮤어 등온선

열역학. 흡착.

압축 매체의 경우:

,
,

- 깁스 에너지의 적분 변화 .

곡면 위의 P 압력, P 평평한 표면 위의 S 압력

- 흡착 가능성

엔트라피의 미분 변화

, Г = 상수

- 미분 엔트로피 변화

- 차등 흡착 엔탈피

- 등방성 흡착열

- 결로의 열

- 순 흡착열

,


Qa는 적분 흡착열이며,

Qra는 적분 순 흡착열이며,

헨리의 방정식

흡착 연구는 표면의 불균일성에 의해 방해를 받기 때문에 균질한 표면에 대해 가장 단순한 규칙성이 얻어집니다.

기체가 부피의 평형 상태에서 표면의 평형 상태로 이동할 때 기체와 고체 표면의 상호 작용을 고려합시다. 이 경우는 중력장에서 기체의 평형과 유사합니다.

,
, =>
-헨리의 방정식

- 분포 계수

흡착 과정에서 화학 포텐셜의 변화가 발생합니다.

대량 단계의 경우:

표면 가스의 경우:

평형 상태에서
, 즉.

Henry 방정식에서 상수는 농도에 의존하지 않습니다.

Henry 방정식은 저압 및 농도 영역에서 유효합니다. 농도가 증가함에 따라 Henry의 법칙에서 두 가지 유형의 편차가 가능합니다.

1 - 양의 편차, D 감소, A 감소

2 - 음의 편차, D - 증가, A - 증가.

편차 유형은 하나 또는 다른 유형의 흡착제-흡착물 상호작용의 우세에 의해 결정됩니다.

강한 접착 상호 작용으로 활동 계수가 증가하여 양의 편차가 발생합니다. 응집 상호 작용의 경우 음의 편차가 관찰됩니다.

단분자 흡착.

랑뮤어 등온선

가장 단순한 규칙성은 Henry의 이론에서 얻었습니다. Langmuir는 흡착이 준 화학 반응으로 간주되는 이론을 제안했습니다. 여기서:

    표면은 에너지적으로 균일합니다.

    흡착은 국부적이며, 각 흡착 센터는 하나의 흡착물 분자와 상호 작용합니다.

    흡착질 분자는 서로 상호 작용하지 않습니다.

    흡착은 단층입니다.

- 표면, - 흡착물,
- 흡착 복합체.

, 다음 흡착 사이트의 농도:
,
- 흡착을 제한합니다.

, 반응 상수:

- 랭뮤어 방정식.

흡착 대 농도

1)

,

2) 고농도 영역

- 흡착제한, 단분자층 형성

깁스 에너지의 경우: .

g는 엔트로피 인자입니다.

Henry 등온선의 경우 Gibbs 에너지는 흡착질이 부피의 표준 상태에서 표면의 표준 상태로 전환되는 특성을 나타냅니다. Langmuir 등온선의 경우
흡착제와 흡착물의 친화도를 나타냅니다.

van't Hoff isobar에서 찾았습니다.

, 그 다음에
, 그 후
.

- 표면 충전 정도.

- 공석 수, - 점유 장소의 수.

,

저것들. 고농도 영역에서 자유 부위의 수는 흡착물의 양에 반비례합니다.

균질한 표면에 기체 혼합물의 흡착.

이 경우 흡착 과정은 두 개의 병렬 반응으로 간주됩니다.

(1)

(2)

불균일한 표면에 기체 혼합물의 흡착.

    균일하지 않은 표면의 경우 중간 충전재로 제한해서는 안 됩니다.

    경쟁의 결과, 다양한 유형의 사이트에서 다양한 흡착물의 현지화가 가능합니다.

이 경우 관계
.

, 흡착물의 포화증기압이다.

, 흡착열이다.

"+" - 공생 의존성, "-" - 반향 의존성, "H" - 상관 관계 없음.

"+" - 동일한 메커니즘에 따라 흡착이 진행됩니다. 가장 에너지적으로 유리한 영역에서는 표면에 대한 친화도가 높은 가스가 주로 흡착됩니다.

"-" - 흡착은 다양한 메커니즘을 통해 진행되며 특정 시점까지는 표면에 대한 경쟁이 없습니다.

단분자 흡착은 낮은 값에서 기체의 물리적 흡착 동안 주로 실현됩니다. 피, 뿐만 아니라 액체/기체 인터페이스에서.

고분자 흡착.

내기 이론(Brunauer, Emmet, Teller).

단층의 형성이 표면 에너지를 보상하기에 불충분한 경우 흡착은 다분자이며 표면력의 작용하에 강제 응축의 결과로 간주될 수 있습니다.

기본 조항:

    흡착물 분자가 점유된 부위에 닿으면 다중 세트가 형성됩니다.

    가까워질수록 피에게 피 에스자유 흡착 부위의 수가 감소합니다. 처음에는 싱글, 더블 등이 차지하는 자리의 수가 증가했다가 감소합니다. 키트.

    ~에 피 =피 에스 흡착이 응축으로 바뀝니다.

    수평적 상호작용이 없습니다.

    첫 번째 레이어에 대해 Langmuir 등온선이 수행됩니다.

표면은 흡착 사이트 세트로 간주됩니다. 동적 평형 조건이 유효합니다. 자유 장소의 응축 속도는 점유된 장소의 증발 속도와 같습니다.

a는 응축 계수(표면에 응축된 분자의 비율)입니다.

,

Zm은 최대 여유 좌석 수입니다.

- 표면에 수직인 방향의 원자 진동 주파수.

첫 번째 레이어의 동적 평형 조건은 다음과 같습니다.

, 그 다음에

- 랭뮤어 방정식.

두 번째 레이어는 true가 됩니다.

i번째 레이어의 경우:

단순화를 위해 와 ν는 첫 번째 레이어를 제외한 모든 레이어에 대해 동일하다고 가정합니다. 첫 번째 층을 제외한 모든 층의 흡착열은 일정합니다. 마지막 층의 경우 흡착열은 응축열과 같습니다. 결과적으로 방정식

(*)

씨- 끊임없는,

BET 이론의 경우 상수 와 함께순수 흡착의 Gibbs 에너지를 특성화합니다. 방정식에는 상수가 하나만 포함되며 이 방정식은 흡착제의 비표면적을 결정하는 데에도 매우 중요합니다.

흡착의 결과로 열이 방출되기 때문에 비표면적의 측정은 낮은 온도에서 수행됩니다.

????????????

이론의 주요 결함- 수평적 상호작용을 무시하고 수직적 상호작용을 선호합니다.

방정식은 범위에 있습니다. 0.05에서 0.3으로.

어디에 < 0,05 – существенное влияние оказывает неоднородность поверхности.

> 0.3 - 흡착물의 상호 작용 - 흡착물의 영향.

흡착물-흡착물 상호작용에 대한 설명.

분지 분자 또는 분자의 비극성 표면에 흡착하는 동안 상호 작용이 나타납니다. 협회를 형성할 수 있습니다. 이 경우 흡착 등온선의 모양이 변경됩니다.

하지만 흡착제는 극성이 아닙니다.

그래프 1은 흡착물-흡착물, 흡착물-흡착물의 약한 상호작용에 해당합니다.

그래프 2는 강한 흡착물-흡착물 상호작용, 강한 흡착물-흡착물 상호작용에 해당합니다.

그래프 3은 강한 흡착물-흡착물 상호작용, 약한 흡착물-흡착물 상호작용에 해당합니다.

,

흡착질 분자 간의 상호작용의 경우 활성 계수의 변화를 고려해야 합니다. 그리고 이 방정식은 다음과 같이 작성됩니다.

- Frunkin, Fowler, Guggenheim의 방정식.

케이매력 상수입니다.

폴란의 잠재이론.

이 이론은 어떤 유형의 흡착 등온선도 유도하지 않지만 다른 온도에서 등온선을 계산하는 것을 가능하게 합니다.

흡착는 다른 분자의 존재에 의존하지 않고 표면과 흡착물 분자 사이의 거리에 의존하는 흡착 전위의 작용으로 인해 흡착제의 표면에 대한 흡착물의 인력의 결과입니다.

, - 흡착 가능성.

표면이 불균일하기 때문에 거리는 흡착 부피로 대체됩니다. .흡착량는 표면과 주어진 값에 해당하는 점 사이에 둘러싸인 부피입니다. .

흡착 가능성주어진 흡착 체적 외부의 흡착물 1몰을 흡착 체적의 주어진 지점으로 옮기는 작업(또는 흡착 물질이 없을 때 액체 흡착물과 평형을 이루는 1몰의 흡착물의 포화 증기를 옮기는 작업) 흡착제, 흡착제와 평형을 이루는 증기상으로).

특성 곡선

- 흡착 가능성,

주어진 흡착제 및 다양한 흡착물의 경우 다음이 참입니다.

다양한 유형의 흡착제용
,

어디
상대 압력에서 흡착 등온선의 가능성 흡착물 1 및 흡착물 2의 경우 이 비율은 일정한 값입니다.

- 친화 계수

모세관 응축 이론.

흡착 과정의 과정은 다공체의 구조에 크게 의존합니다.

미세다공성

전이 다공성

거대다공성

미세다공성 흡착제의 경우 흡착력 영역이 겹칩니다. 거대다공성 흡착제의 경우, 기공은 수송 채널로 작용합니다. 응축 과정은 일시적인 다공질체에서 가장 중요합니다. 모세관 응축은 특정 값에서 시작됩니다. 피그리고 표면 에너지의 일부가 이미 보상되었을 때. 필요한 조건은 표면이 자립해야 한다는 것입니다. 프로세스가 설명되어 있습니다 톰슨-켈빈 방정식.

- 젖음의 경우 곡률 중심은 기체 상태입니다.

모세관 응축의 경우 흡착 등온선은 히스테리시스 형태를 갖습니다. 아래쪽 가지가 흡착 과정에 해당하고 위쪽 가지가 탈착 과정에 해당합니다.

모든 유형의 모공은 세 가지 유형으로 줄일 수 있습니다.

원추형

한쪽 끝이 닫힌 원통형

두 개의 열린 끝이 있는 원통형

공정 충전은 기공의 바닥에서 수행됩니다.

이 경우 흡착 등온선과 탈착 등온선은 일치하는데, 이는 흡착 과정이 구체에서 시작되고 탈착 과정도 일부 구체의 소멸과 함께 시작되기 때문입니다.

↓

히스테리시스가 없습니다. 정방향 및 역방향 스트로크는 다음 방정식으로 설명됩니다.

어디에도 바닥이 없으며 기공을 채우는 것이 실린더의 벽을 따라 갈 것입니다.

- 구,

실린더:
,

등온선이며 히스테리시스 형태를 갖습니다.

↓

에 습윤 조건에서 응축은 더 낮은 압력에서 발생하므로 에너지적으로 유리합니다. 탈착 지점에서 기공 크기 분포 곡선을 얻습니다.

미분 곡선의 최대값은 적분의 변곡점을 기준으로 왼쪽으로 이동합니다. 작은 기공의 총 부피는 작지만 표면적이 넓습니다. 기공 크기가 증가함에 따라 부피가 다음과 같이 증가합니다. , 그리고 면적 , 이로 인해 미분 곡선의 최대값의 이동이 관찰됩니다.

고체-액체 계면에서의 흡착.

고체-기체 계면에서의 흡착의 경우, 우리는 한 성분을 무시했습니다. 고체-액체 계면에서의 흡착의 경우, 흡착물은 흡착제 표면에서 용매 분자를 대체합니다.

,

올바른 방정식은 다음과 같습니다.

,

N 1, N 2 - 용매 및 성분의 몰 분율, N 1 + N 2 \u003d 1, 그런 다음

, =>
, 다음 - 상 경계 고체 - 액체에 대한 흡착 방정식.

흡착(G) > 0에서 < 0

값이 성분과 용매가 매우 다르기 때문에 이 경우 의존성 G~에서 N값에 극한값이 있습니다. N ~ 0,5.

이자형 만약 유사한 값을 가지며 이 경우 흡착 표시가 변경될 수 있습니다. 탐닉 G~에서 N x축을 가로지른다

함수 교차 G(N) 가로축이 있는 이름은 흡착 공비혼합물. 이는 이 흡착제에서 두 성분을 분리할 수 없음을 의미합니다.

교환 상수가 있는 흡착 등온선 방정식.

고체-액체 계면에서 흡착하는 동안 성분은 흡착제의 표면과 용액의 부피 사이에 지속적으로 재분배됩니다.

- 구성 요소(- - 표면 참조)

,
,
.

,

액체-기체 계면에서의 흡착

아르 자형 액체-기체 경계면이 교차할 때 농도 프로파일의 변화를 고려해 보겠습니다. 구성 요소 2를 휘발성으로 설정합니다.

Cs는 표층의 농도입니다.

과잉흡착의 정의에 근거

구성 요소가 휘발성이 아닌 경우 흡착 값은 다음과 같이 기록됩니다.

피
리

방정식에서
물질의 성질은 도함수에 의해 설명된다 .

표면 장력 등온선은 1 또는 2 형식일 수 있습니다.

1 - 계면 활성제

2 - 계면 활성제

표면 활동 g는 시스템의 표면 장력을 줄이는 물질의 능력입니다.

- 표면층의 두께

씨 에스는 표면층의 성분 농도입니다.

와 함께– 부피 농도

상동 계열의 경우 규칙이 있습니다.

- Traubeau Duclos 규칙

동종 시리즈의 경우 흡착 등온선은 다음과 같습니다.

표면층에서 흡착이 과도하기 때문에 A 대신 D를 씁니다.

표면 장력 등온선:

는 순수한 용매의 표면 장력입니다.

- 기본 흡착 방정식;

- 랭뮤어 방정식.

함께 해결해 봅시다.

- Shishkovsky의 방정식.

비는 상동 급수에 대한 상수입니다.

ㅏ- 한 상동체에서 다른 상동체로 이동할 때 3-3.5배 증가합니다.

1 - 저농도 영역

2 - 평균 농도

3 - 단분자층

계면활성제는 양친매성 분자입니다. 극성기 및 비극성 탄화수소 라디칼을 포함한다.

o는 분자의 극성 부분입니다.

| 분자의 비극성 부분입니다.

극성 용매에서 계면 활성제 분자는 분자의 극성 부분이 용매를 향하고 비극성 부분이 기체 상으로 밀려나는 방식으로 배향됩니다.

Shishkovsky 방정식에서
, 상동 급수에 대해 상수입니다.

Surface-active action은 다음과 같이 나타나기 시작합니다. N>5. 단분자층의 농도보다 높은 농도에서는 계면활성제 용액에서 미셀화가 발생합니다.

교질 입자- 양친매성 계면활성제 분자의 집합체라고 하며 탄화수소 라디칼이 코어를 형성하고 극성기가 수상으로 변합니다.

미셀 질량 - 미셀 질량.

시간
분자의 수는 응집의 수입니다.

구형 미셀

미셀화의 경우 용액에 평형이 설정됩니다.

CMC는 임계 미셀 농도입니다.

미셀을 별도의 단계로 간주하기 때문에:

상동 계열의 경우 다음과 같은 경험적 방정식이 있습니다.

ㅏ는 작용기의 용해 에너지이다.

비는 흡착 전위 증분, 메틸렌 단위당 흡착 작업입니다.

미셀에 탄화수소 코어가 있으면 물에 불용성인 화합물이 계면활성제의 수용액에 용해될 수 있습니다. 이러한 현상을 가용화라고 합니다(용해되는 것은 가용화, 계면활성제는 가용화).

진흙은 완전히 비극성일 수 있고 극성 및 비극성 부분을 모두 포함할 수 있으며 계면활성제 분자처럼 배향됩니다.

어느 경우든 가용화 과정에서 가용화물의 포함뿐만 아니라 평형 상태를 유지하기 위해 필요한 계면활성제 분자의 수가 증가하기 때문에 미셀 질량 및 응집 수의 증가가 발생한다.

가용화는 가용화물의 분자량이 낮을수록 더 효과적입니다.

~ 72mN/m.

~ 33mN/m.

계면활성제의 효과는 CMC의 크기에 따라 다릅니다.

2D 표면층 압력

→ -표면 장력의 힘.

- 2차원 압력.

표면층은 깨끗한 표면을 향한 계면활성제 용액과 순수한 용매의 표면 장력의 차이와 같은 힘입니다.

용액과 표면층 사이에 평형이 설정됩니다.

~에
있는 지역이 있습니다
농도에 선형적으로 의존합니다.

G [몰 / m 2].

물질 1몰이 차지하는 면적

그러면 2차원 압력 등온선은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

는 2차원 압력 등온선입니다.

탐닉
에스엠에서:

~에
- 2차원 압력이 급격히 증가합니다. ~에
2차원이 변형되어 급격한 성장을 유발합니다.
.

동일한 위상에 의해 제한된 양면의 필름을 양면이라고 합니다. 이러한 필름에서 모액의 일정한 움직임이 관찰됩니다.

두께가 5nm 미만인 필름을 흑색 필름이라고 합니다.

흡착층은 점도와 용이한 이동성, 유동성 및 탄성의 두 가지 특성을 가져야 합니다.

마랑고니 효과는 자가 치유입니다.

깁스 삼각형,
- 과압.

필름이 늘어나고 액체의 일부가 사라졌기 때문에 계면 활성제가 자유 공간으로 돌진합니다. 깁스 삼각형.

신체의 흡착 강도의 영향.

필름 표면에는 항상 흡착층이 있습니다.

랭뮤어 방정식:



2차원 압력으로

- Shishkovsky 방정식의 유사체

동전기 현상. 이중 전기층(DES).

헬렘홀츠 모델. Gouy-Chapman 이론.

1808 비행

유 – 2 개의 전극에 담근 모양의 튜브. 용기 통신의 법칙을 위반하고 튜브의 액체 레벨에 변화가 있습니다 - 동전기 현상.

운동 현상:

    전기영동

    전기삼투

    흐름(흐름) 전위

    침전 가능성

1과 2는 전위차가 적용될 때 발생하고, 3과 4는 콜로이드 입자의 펀칭 및 침강으로 인해 전위차가 발생합니다.

전기삼투 는 전류의 작용하에 정지된 분산상에 대한 분산매의 이동이다.

전기영동 는 전류의 작용 하에 고정된 분산 매질에 대한 분산상의 입자 이동입니다.

피 동전기 현상이 발생하는 이유는 전하의 공간적 분리와 이중 전기층의 출현 때문입니다.

전기 이중층은 평평한 커패시터로, 한 판은 전위 결정 이온에 의해 형성되고 다른 판은 반대 이온에 의해 형성됩니다. 이온은 또한 전위를 결정하는 co-ion이 용액의 대부분으로 밀려나면서 오염됩니다. 판 사이의 거리 . 전위는 선형으로 떨어지고 전위차는
.

외부 전위차로 인해 전단 계수가 나타납니다. 고체의 표면을 따라 작용하는 단위 면적당 한 쌍의 힘입니다.

평형 상태에서 전단 계수는 점성 마찰 계수(
).

우리의 조건에서
,

- 헬렘홀츠-스말루코프스키 방정식

- 선형 속도 변위 i 단계.

이자형는 전기장 강도입니다.

- 판 사이의 전위차

- 전기 영동 이동도 [m 2 /(V * s)].

Helemholtz 모델은 분자의 열 운동을 고려하지 않습니다. 실제로는 이중층의 이온 분포가 더 복잡합니다.

Gouy와 Chapman은 DES의 다음 원인을 확인했습니다.

    평형이 확립될 때 한 상에서 다른 상으로 이온의 전이.

    고체상 물질의 이온화.

    분산매에 존재하는 이온에 의한 표면의 완성.

    외부 전류 소스의 분극.

전기 이중층은 흐릿하거나 확산된 구조를 가지고 있습니다. 이온은 확산층 전체에 고르게 분포되는 경향이 있습니다.

확산 층은 반대 이온으로 구성되며 층의 길이는 운동 에너지에 의해 결정됩니다. 절대 영도에 가까운 온도에서 반대 이온은 가능한 한 전위 결정 이온에 가깝습니다.

이 이론은 다음 두 방정식을 기반으로 합니다.

볼츠만 방정식

- 정전기 상호 작용의 힘에 대항하여 작동합니다.

벌크 전하 밀도입니다.

푸아송 방정식

DEL 두께가 입자 크기보다 훨씬 작기 때문에 평면 DEL의 경우 좌표에 대한 미분 그리고 폐지된다.

y와 y에 대해<<1 функцию можно разложить в ряд Маклорена:

우리는 시리즈의 두 멤버로 제한하고 다음을 수행합니다.

- DEL 두께는 DEL 전위가 감소하는 거리입니다. 이자형한번.

온도가 낮을수록 . Т→0에서 – 플랫 DES. 농도가 높을수록 I가 많을수록 .


"-"는 거리에 따라 전위가 감소함을 의미합니다. =>

=>

,
- 잠재력이 기하급수적으로 감소합니다.

표면 전하 밀도의 가능성:

표면 전하는 거리에 걸쳐 적분된 반대 부호가 있는 공간 전하입니다.



=>

포텐셜이 2.7배 감소하는 경우 -

더블 레이어 용량

이론의 단점은 Helemholtz 레이어의 존재가 고려되지 않는다는 것입니다. 고려하지 않는다 , 따라서 주요 매개변수를 결정할 때 오류가 발생합니다. 또한 전기 이중층의 두께에 대한 다른 성질의 이온의 영향을 설명하지 않습니다.

스턴의 이론. 콜로이드 미셀의 구조.

전기 이중층은 밀도와 확산의 두 부분으로 구성됩니다. 포텐셜 형성 이온과 특별히 흡착된 이온의 상호 작용의 결과로 조밀한 층이 형성됩니다. 일반적으로 이러한 이온은 부분적으로 또는 완전히 탈수되며 전위 결정 이온과 같거나 반대 전하를 가질 수 있습니다. 정전기 상호 작용 에너지의 비율에 따라 다릅니다.
및 특정 흡착 가능성
. 조밀한 층의 이온은 고정되어 있습니다. 이온의 다른 부분은 확산층에 있으며, 이 이온은 자유롭고 용액 속으로 깊숙이 이동할 수 있습니다. 농도가 높은 영역에서 농도가 낮은 영역으로. 총 전하 밀도는 두 부분으로 구성됩니다.

- 헬름홀츠 층 전하

-확산층 전하

표면에는 특정 수의 흡착 중심이 있으며 각각은 하나의 반대 이온과 상호 작용합니다. 이러한 준화학 반응의 상수는 다음과 같습니다.

, 어디 - 용액에서 반대이온의 몰 분율

헬름홀츠 분포

전위는 선형적으로 감소합니다.

Gouy 잠재적 분포. 조밀한 층이 없으며 전위는 값에서 기하급수적으로 감소합니다.

선미 유통.

처음에는 잠재적인 감소가 선형이고 그 다음에는 기하급수적으로 감소합니다.

전기영동의 경우 전기장을 가하면 직접 움직이는 것은 고체상의 입자가 아니라, 주위에 이온층이 있는 고체상의 입자이다. DES는 분산상의 입자 모양을 반복합니다. 전위가 인가되면 확산층의 일부가 벗겨집니다. 브레이크 라인은 슬라이딩 경계.

확산층의 일부가 박리되어 슬립 경계에서 발생하는 전위를 동전기 전위(제타 전위 ).

반대 이온 층과 이중 전기 층을 둘러싸고 있는 분산상의 입자를 교질 입자.

콜로이드 미셀 작성 규칙:


1-1 충전 전해질

T는 분산상의 입자이다.

AA는 조밀한 부분과 확산된 부분 사이의 경계입니다.

BB는 슬립 경계입니다.

슬립 경계는 라인 AA와 일치하거나 일치하지 않을 수 있습니다.

제타 전위가 0일 때의 pH 값을 등전점.

CaCl 2 + Na 2 SO 4 → CaSO 4 ↓ + 2NaCl

1. CaCl 2 초과

CaCl 2 ↔ Ca 2+ + 2Cl -

(CaSO 4 m∙nCa 2+ 2( n-x)Cl - ) 2 엑스 + 엑스 Cl -- 기록 미셀.

CaSO 4 m - 골재.

CaSO 4 m∙nCa 2+가 핵심입니다.

CaSO 4 m∙nCa 2+ 2( n-x)Cl - 입자.

2. Na 2 SO 4 초과

Na 2 SO 4 ↔2Na + + SO 4 2-

(CaSO 4 m∙nSO 4 2- 2(n-x)Na + ) 2x- 2xNa + - 미셀

CaSO 4 m - 골재.

CaSO 4 m∙nSO 4 2 +가 핵심입니다.

CaSO 4 m∙nSO 4 2- 2(n-x)Na + - 입자

헬렘홀츠-스몰루쇼프스키 방정식

- 경계 변위의 선형 속도(전기 삼투).

- 축전기 판의 전위차(전기 삼투).

- 용액의 체적 유량, 에스셀의 단면적입니다.

이자형는 전기장 강도입니다.

(전기삼투용).

유동 전위의 경우:

- 잠재적인

- 막압

일반적으로 전기 영동 이동도 및 전기 삼투 이동도의 값은 계산된 값보다 작습니다. 이것은 ~ 때문이다:

    이완 효과(분산상의 입자가 이동하는 동안 이온성 분위기의 대칭이 위반됨).

    전기 영동 제동(반대 이온의 움직임으로 인한 추가 마찰 발생).

    전기 전도성 입자의 경우 유선의 왜곡.

표면장력과 전위의 관계. 립만 방정식.

DEL의 형성은 표면 에너지를 줄이려는 시스템의 욕구로 인해 자발적으로 발생합니다. 불변의 맥락에서 티그리고 피열역학 제1법칙과 제2법칙의 일반화 방정식은 다음과 같습니다.

(2)

(3), (1)=(3) =>

=>

- 1차 리프만 방정식.

는 표면 전하 밀도입니다.

- 차동 커패시턴스.

- 2차 리프만 방정식.

와 함께- 용량.

1차 Lippmann 방정식과 기본 흡착 방정식을 풉니다.

,

, 그 다음에

- 네른스트 방정식

,
,

- 전기모세관 곡선(ECC)의 방정식.

에
:
, 하지만

양이온성 계면활성제(CSAS)는 ECC의 음극 분지를 감소시킵니다.

음이온성 계면활성제(ASS)는 ECC의 양극 분지를 감소시킵니다.

비이온성 계면활성제(NSA)는 ECC의 중간 부분을 감소시킵니다.

분산 시스템의 안정성. 쐐기 압력.

분산 시스템은 다음과 같이 나눌 수 있습니다.

열역학적으로 불안정한 시스템은 준안정 상태로의 전환으로 인해 동역학적으로 안정적일 수 있습니다.

두 가지 유형의 안정성이 있습니다.

    침전 안정성(중력에 대한).

    총체적 안정성. (고착과 관련하여)

응집입자가 서로 달라붙어 응집 안정성을 상실하는 과정입니다. 응고는 온도, pH, 교반, 초음파의 변화로 인해 발생할 수 있습니다.

응고를 구별하십시오:

    거꾸로 할 수 있는.

    뒤집을 수 없는.

응고는 전해질의 도입으로 진행됩니다.

응고 규칙:

필름- 이것은 두 인터페이스 사이에 위치한 시스템의 일부입니다.

해체 압력접근하는 표면 층의 상호 작용의 결과로 필름 두께가 급격히 감소하면서 발생합니다.

«-» - 필름 두께가 감소하면 분리 압력이 증가합니다.

P 0 는 중간층의 연속인 벌크 상의 압력입니다.

P 1은 필름의 압력입니다.

안정성 이론. DLFO(Deryagin, Landau, Fairway, Overbeck).

DLVO 이론에 따르면 분리 압력에서 두 가지 구성 요소가 구별됩니다.

    정전기 PE(양수, 정전기 반발력 때문임). 필름 두께가 증가함에 따라 깁스 에너지의 감소에 해당합니다.

    분자 PM(인력의 작용으로 인해 음수). 이는 화학적 표면력으로 인한 필름의 압축으로 인해 발생하며, 힘의 작용 반경은 400kJ/mol 정도의 에너지로 1/10 nm입니다.

총 상호작용 에너지:

- 시스템이 전체적으로 안정적입니다.

- 불안정한 시스템

피 긍정적인 성분.

증가는 박막을 압축하는 동안 위치 에너지가 증가하기 때문입니다. 두꺼운 필름의 경우 초과 이온 에너지가 보상되며 대량의 분산 매질에서 에너지 상호 작용과 동일합니다.

만약
(- 필름 두께, -이온 반경) 필름이 얇아지면 표면 에너지가 최소인 분자와 이온이 사라지고 감소합니다. 인접한 입자의 수가 감소하여 필름에 남아있는 입자의 위치 에너지가 증가합니다.

DLVO 이론은 입자의 상호 작용을 판의 상호 작용으로 간주합니다.

입자는 상호 작용하지 않습니다

- 라플라스 방정식,
,

약하게 대전된 표면용

고도로 대전된 표면의 경우:

분자 구성 요소는 두 원자의 상호 작용입니다.

~

원자와 표면의 상호 작용:

두 개의 레코드를 가져오겠습니다.

디 분자 성분을 얻으려면 오른쪽 판과 왼쪽 판 원자의 모든 상호 작용 에너지를 합산해야 합니다.

어디
- Hamaker의 상수(상호작용하는 물체의 성질을 고려함).

저것. 시스템에서 입자의 상호 작용 에너지는 전위 곡선을 사용하여 표현할 수 있습니다.

I는 1차 잠재 최소값입니다. 이것은 돌이킬 수없는 응고 영역이며 인력이 우세합니다.

II - 총체적 안정성 영역, 반발력이 우선합니다.

III - 2차 전위 최소값(또는 응집 영역). 분산상의 입자 사이에는 전해질 층이 있으며 입자는 분리되어 응집 안정성 영역으로 이동할 수 있습니다.

곡선 1 - 시스템이 전체적으로 안정적입니다.

곡선 2는 영역 I에서 안정적이고 영역 II에서 안정적이지 않습니다.

곡선 3 - 시스템에서 응고가 발생했습니다.

곡선 4 - 점 4에서 상호작용의 총 에너지 U=0,
, 이 극한점은 빠른 응고의 시작에 해당합니다.

두 가지 경우가 있습니다.

1. 표면이 약하게 충전됨:

U \u003d U E + U M \u003d 0

(1)

2)

(2)



- 이것은 응고 과정의 시작에 해당하는 층의 두께입니다.

- 약하게 대전된 표면용

그 다음에

2. 고도로 대전된 표면의 경우:

(1)

2)

(2)

(3)

,

제곱하자 (3)

응집:

특정 흡착에서 이온은 표면이 전하를 변경할 수 있는 방식으로 초당량으로 흡착될 수 있습니다. 표면이 재충전되고 있습니다.

특이적 흡착의 경우 부호가 반대인 이온뿐만 아니라 하나의 이온도 흡착할 수 있다.

표면과 같은 부호의 이온이 흡착되면 표면층에서 전위가 떨어지지 않고 성장합니다.

    중화 응고(약하게 하전된 입자의 참여로 발생하며 응고 전해질의 전하뿐만 아니라 조밀하고 확산된 층의 경계에서의 전위에도 의존함).

Smoluchowski의 빠른 응고 이론.

전해질 농도에 대한 응고 속도의 의존성.

나 – 응고율이 낮고,

II - 응고 속도는 실질적으로 전해질 농도에 비례합니다.

III - 빠른 응고 영역, 속도는 실질적으로 농도와 무관합니다.

기본 조항:

    초기 졸은 단분산이며 유사한 입자는 구형입니다.

    모든 입자 충돌이 유효합니다.

    두 개의 1차 입자가 충돌하면 2차 입자가 형성됩니다. 2차 + 1차 = 3차. 1차, 2차, 3차 - 다중성.

화학적 역학의 관점에서 응고 과정은 다음 방정식으로 설명할 수 있습니다.

솔루션은 다음 방정식이 됩니다.

- 반 응고 시간. 졸 입자의 수가 2배 감소하는 시간이다.

,
,

,

다중도가 증가함에 따라 응고 곡선의 최대값이 더 큰 값으로 이동합니다. .

단점:

    단분산성 가정.

    모든 충돌의 효율성에 대한 가정.

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