2. Адсорбція на межі тверде тіло – розчин.

При вивченні адсорбції із розчинів на твердих адсорбентах розрізняють молекулярну адсорбцію (адсорбцію неелектролітів і слабких електролітів) та адсорбцію електролітів.

Молекулярна адсорбція із розчинів

При молекулярній адсорбції система має як мінімум три компоненти: адсорбент і дві речовини, які утворюють розчин. Яка із речовин буде переважно адсорбуватися, залежить від інтенсивності взаємодії адсорбент—кожний із компонентів розчину, а також взаємодії цих компонентів між собою. Можна спостерігати три випадки. Якщо розчинена речовина адсорбується сильніше за розчинник, то відбувається позитивна адсорбція. Якщо ж, навпаки, розчинник адсорбується твердим тілом сильніше за розчинену речовину, говорять про негативну адсорбцію речовини. Вона виявляється у концентрованих розчинах, де концентрація розчиненої речовини стає сумірною із концентрацією розчинника. Нарешті, адсорбція може бути відсутньою, тобто концентрації розчиненої речовини на межі поділу фаз і в об'ємі розчину будуть однаковими.

Експериментальне вивчення адсорбції здебільшого провадять, помішуючи у рівні за об'ємом розчини з різною концентрацією речовини певні рівні кількості твердого адсорбенту, і після встановлення адсорбційної рівноваги при даній температурі знаходять рівноважну концентрацію с. Знаючи початкову концентрацію розчину С₀, об'єм розчину V і масу адсорбенту т, розраховують кількість адсорбованої речовини:

Г = ((с₀ – с) * V )/ m

Адсорбція електролітів

Закономірності адсорбції сильних електролітів мають деякі особливості. Адсорбція електролітів рідко має молекулярний характер (еквівалентна адсорбція катіонів та аніонів), як правило, вона вибіркова. Іони (катіони або аніони), вибірково адсорбовані твердою поверхнею, надають їй певного електричного заряду. Внаслідок електростатичного притяжіння, іони протилежного знаку утворюють другий електричний шар.

Адсорбція іонів залежить від їх заряду, розмірів та здатності до сольватації (гідратації). Чим вища валентність іона, тим більшій мірі він адсорбується. Адсорбція іонів однакової валентності буде тим більша, чим більше його радіус (звідси, більша поляризація і менша гідратація). Адсорбційна здатність зростає в ряду іонів, утворених елементами І групи періодичної системи:

Li+ < Nа+ < К+ < Rb+ < Сs+

Двовалентні катіони стоять в аналогічному ряду:

Ме2+ < Са2+ <Sr2+ <Ва2+

Адсорбційна здатність одновалентних аніонів збільшується в ряду:

Сl- < Вг- < NО3 - < І- < NCS-

Такі ряди називаються ліотропніши, або рядами Гофмейстера.

Важливу роль для колоїдної хімії, зокрема для встановлення будови міцели гідрофобного золю, відіграли дослідження адсорбції іонів на поверхні кристалу, до складу якого входять іони тієї ж природи. В такому разі адсорбцію розглядають як добудову кристалічної решітки адсорбованим іоном.

Панет та Фаянс сформулювали правило, згідно з яким кристали добудовуються лише тими іонами або атомами, які входять до їх складу. Наприклад, на поверхні кристалів АgСІ, внесених у розчин АgNОз, будуть адсорбуватися іони срібла. Добудовувати кристалічну решітку здатні не тільки ті іони, що входять до складу решітки, але й ізоморфні з ними, а також атомні групи, близькі до атомних груп, які містяться на поверхні.

Якщо в контакт з адсорбентом, на поверхні якого вже адсорбовані іони електроліту привести інший електроліт, то, як правило, відбувається обмін іонами між поверхнею адсорбенту і розчином (або іонообмінна адсорбція). До обміну здатні також іони, які утворюються із самого адсорбенту в результаті дисоціації його молекул.Такі тверді речовини, здатні до іонного обміну, називають іонообмінниками або іонітами. Іоніти мають структуру у формі каркасу (матриці), «зшитого» ковалентними зв'язками. Матриця має позитивний або негативний заряд, який компенсують протилежно заряджені рухомі іони — протиіони.. Вони й можуть замінятися на інші іони з

зарядом того ж знаку. Каркас грає роль полііону і зумовлює нерозчинність

іоніту в розчинниках. Систему зафіксовані іони — рухомі протиіони

прийнято називати обмінним комплексом.

Іоніти класифікують за різними ознаками:

а) за походженням — на природні та синтетичні;

б) за складом — на неорганічні та органічні;

в) за знаком заряду обмінюваних іонів — на катіоніти, аніоніти та амфоліти. Останні взалежності від умов здатні до обміну як катіонів, так і аніонів.

До основних властивостей іонітів, що визначають їх якість як сорбентів, належать ємність, кислотно-основні властивості, селективність, набухання, хімічна стійкість та механічна міцність