Коллоидная химия

Коллоидная химия, будучи наукой о поверхностных явлениях и свойствах дисперсных систем, создает теоретическую основу для научного обоснования многих технологических процессов пищевой промышленности. В дисперсном состоянии находятся многие готовые пищевые продукты, сырье и полуфабрикаты. Приготовление майонеза, соусов, кремов основано на процессах эмульгирования, получение простокваши и сыра является процессом коагуляции, при приготовлении теста огромное значение имеют явления набухания. Теоретические закономерности этих и других процессов изучает коллоидная химия.

5. Адсорбция

Адсорбция- процесс самопроизвольного концентрирования газов или растворенных веществ на поверхности раздела фаз.

Вещества, которые могут адсорбироваться, называются адсорбтивом, уже адсорбированное вещество –адсорбатом, а вещества, которые адсорбируют на своей поверхности –адсорбенты. Процесс, обратный адсорбции, называютдесорбцией.

Для количественного описания адсорбции применяют три величины:

1. Избыточная (гиббсовская) адсорбция (Г_i)характеризует избыток адсорбата в поверхностном слое единицы поверхности по сравнению с глубинным слоем в растворах, [Г_i] =;

, (5.1)

где С_i^s– молярная концентрация вещества в поверхностном мономолекулярном слое, моль/м²;

С_i– молярная концентрация вещества в мономолекулярном слое, моль/м²;

2. Абсолютная адсорбция (А_i)– общее количество адсорбата в поверхностном слое единицы поверхности, [A_i] =:

, (5.2)

где g_i^s– количество вещества в поверхностном слое, моль.

S_1,2– площадь поверхности адсорбента, м².

3. Удельная адсорбция (а).

Если измерить площадь поверхности S_1,2трудно, то количествоn– компонента относят к массе адсорбента,[а]=;

, (5.3)

где т – масса адсорбента, кг;n- количество адсорбата, моль.

В зависимости от природы контактирующих фаз различают адсорбцию на границах: газ – жидкость; газ – твердое тело; жидкость – твердое тело.

График зависимости количества адсорбированного вещества от его равновесного парциального давления или от равновесной концентрации в растворе называется изотермой адсорбции. Уравнение, описывающее изотерму адсорбции, называется уравнением изотермы адсорбции.

Изотерма адсорбции на границе газ-жидкостьописываетсяуравнением Гиббса:

_(5.4)

где Г – избыточная (гиббсовская) адсорбция растворенного вещества, моль/м²;

С – равновесная концентрация вещества в растворе, моль/л;

R –универсальная газовая постоянная, Дж/мольК;

- изменение поверхностного натяжения раствора при изменении его концентрации на величинуdC.

Изотерма адсорбции на границе газ-твердое телов области низких и высоких давлений описываетсяуравнением Ленгмюра(5.5), а в области средних давлений адсорбтивауравнением Фрейндлиха(5.6).

_(5.5)

где а – удельная адсорбция при парциальном давлении компонента в газовой фазер, моль/кг;- емкость адсорбционного мономолекулярного слоя, моль/кг;К – константа адсорбционного равновесия.

_(5.6)

где К и - константы, зависящие от природы адсорбента и адсорбтива, а также от условий адсорбции.

Постоянные К и nнаходят из опытных данных. Для этого проводят серию опытов, определяяа_iпри различных p_iи уравнение Фрейндлиха представляют в логарифмическом виде:

_(5.7)

В координатах lna–lnCуравнение прямой не проходит через начала координат. Тангенс угла наклона равен, а отсечение на оси ординат -lnK.

Процесс ионообменной адсорбции описывается уравнением Никольского:

_(5.8)

где Г₁иГ₂ – удельные адсорбции 1-го и 2-го иона при их равновесной концентрации в раствореС₁ иС₂;К – константа, зависящая от природы веществ в системе и от условий адсорбции.

Литература:[4] –c.15 – 77.