Коллоидная химия

2.5.11.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАССМОТРЕННЫХ ЯВЛЕНИЙ

Адсорбция на границе "твердое тело - жидкость" имеет огромное практическое значение. Она лежит в основе:

• гетерогенного катализа;

• хроматографии;

• крашения;

• стирки;

• процессов извлечения примесей и очистки жидкостей;

• разрушения дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой;

• промышленного производства пищевых продуктов (очистки этанола, осветления пива и вина и т.д., а также домашнего производства пищи).

Для осветления бульонов и отваров используется сырой яичный белок. В горячем бульоне он "свертывается", образуя твердую пористую массу, на которой адсорбируются вещества, придающие бульону мутность.

Следует отметить, что наши вкусовые ощущения связаны с адсорбцией веществ на определенных участках языка. Большое практическое значение имеет смачивание:

• в текстильной технологии хорошее смачивание волокна и тканей является условием качественного крашения, отбеливания, стирки и т.д.;

• хорошее смачивание важно для успешного применения инсектофунгицидов, так как листья растений и шерстяной покров животных всегда гидрофобны;

• смачивание соответствующими жидкостями металлов облегчает их механическую обработку (резание, сверление, шлифовку, полировку);

• бурение нефтяных скважин в горных породах облегчается, если применять специальные бурильные растворы, содержащие смачиватели;

• при лужении, спайке и сварке металлов, а также склеивании твердых тел необходимо хорошее смачивание поверхности;

• на явлениях избирательного смачивания основана флотация - важнейший метод обогащения руд и т.д.

Наряду со смачиванием для многих процессов играет большую роль адгезия. К таким процессам относятся:

• склеивание материалов;

• нанесение лакокрасочных и гальванических покрытий;

• получение материалов на основе связующих и наполнителей (бетон, резина, стеклопластики и т.д.);

• сварка и пайка металлов;

• печатание;

• крашение.

Адгезия в значительной степени определяет качество и изделий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Молекулярная адсорбция из растворов - процесс более сложный по сравнению с адсорбцией на границе "жидкость - газ". Наряду с силовым полем твердой фазы необходимо принимать во внимание межмолекулярные взаимодействия в жидкости, которые часто играют решающую роль.

При рассмотрении адсорбции газов и паров на твердом адсорбенте исходят из того, что в начальный момент поверхность адсорбента свободна, а затем по мере увеличения давления газа постепенно заполняется адсорбтивом. При адсорбции из раствора поверхность адсорбента всегда полностью занята молекулами растворителя и растворенного вещества. Растворенное вещество может адсорбироваться, только вытесняя с поверхности молекулы растворителя, т.е. происходит обменная молекулярная адсорбция. Таким образом, в молекулярной адсорбции из растворов участвуют как минимум два компонента и между ними имеет место конкуренция за места в поверхностном слое.

Адсорбция ПАВ на границе "твердое тело - жидкость" имеет много общего с адсорбцией на границе жидкость - газ. Так, к обоим видам адсорбции применимы уравнения Генри, Фрейндлиха, Ленгмюра и правило Дюкло-Траубе. Вместе с тем, имеются существенные различия. На границе жидкость-газ молекулы ПАВ ориентированы всегда одинаково: гидрофильные полярные части молекул направлены к воде, а гидрофобные неполярные радикалы - к воздуху. Ориентация молекул ПАВ на границе "твердое тело - жидкость" происходит в соответствии с правилом уравнивания полярностей Ребиндера.

Молекулярная адсорбция из растворов существенно зависит от свойств растворенного вещества, растворителя и адсорбента. Так, а) вещество адсорбируется тем лучше, чем оно менее растворимо в данном растворителе; б) на твердых поверхностях адсорбируются только вещества, обладающие полярностью, промежуточной между полярностями фаз; в) неполярные твердые тела лучше адсорбируют неполярные адсорбтивы и наоборот. Существует также ряд других частных закономерностей.

Из растворов сильных электролитов на поверхности твердых веществ адсорбируются ионы. Адсорбция увеличивается с увеличением кристаллического радиуса и заряда иона, противоположного заряду поверхности. На поверхности кристаллов избирательно сорбируются ионы, способные достраивать кристаллическую решетку (правило Панета - Фаянса).

Некоторые твердые вещества - иониты способны обменивать свои ионы на ионы того же знака в растворе. Между ионами в растворе и в ионите устанавливается ионообменное, равновесие, константа которого отражает свойства обменивающихся ионов и селективность ионита.