Растворение твёрдых и газообразных веществ в жидкостях.
Экспериментально была установлена формула скорости растворения твёрдого тела в жидкости:
– площадь
поверхности соприкосновения твёрдого
тела с жидкостью;
– константа при данных условиях;
-
концентрация насыщенного раствора
вблизи границы раздела фаз;
- концентрация растворяющегося раствора в глубине объёма жидкой фазы;
Скорость растворения тем больше, чем больше площадь поверхности твёрдого тела и разность концентраций. Нернстом было предложено, что жидкость возле поверхности твёрдого тела образует диффузионный слой, за пределами которого при условии постоянного перемешивания концентрация растворённого вещества постоянна. При чём скорость растворения твёрдого тела будет больше скорости диффузии, следовательно, вблизи поверхности тела раствор близок к насыщенному.
Процесс растворения газа в жидкости по сравнению с твёрдым телом имеет ряд особенностей:
Около поверхности раздела фаз возникает два диффузионных слоя:
Первый: расположен в газовой фазе обеспечивает подвод к поверхности жидкости молекул газа;
Второй: слой обеспечивает переход молекул газа в глубину объёма жидкой фазы;
В зависимости от соотношения скоростей диффузии в этих слоях суммарный процесс может лимитироваться процессом, протекающим в одном из слоёв или в двух слоях одновременно.
Растворение:
Газ хорошо растворим: градиент концентрации в газовой фазе обеспечивает предельную скорость диффузии, которая может быть увеличена за счёт перемешивания газовой фазы.
Газ плохо растворим: предельное значение достигает градиент концентрации в жидкой фазе, и суммарный процесс будет минимизироваться диффузией в жидкой фазе.
Диффузия у поверхности раздела фаз будет зависеть от системы поверхности, т.к. кроме внешней диффузии, протекает и внутренняя диффузия в порах поверхности тела. Характер внутренней диффузии зависит от размера пор, формы и количества.
Адсорбция на границе раздела твёрдое вещество-газ.
Данный вид характеризуется тем, что поверхность адсорбента неоднородна, на ней имеются активные центры, которые равномерно распределены по всей поверхности.
Каждый активный центр может адсорбировать только 1 молекулу, не реагирующую с подобными. При заполнении всех активных центров адсорбция достигает предельного значения ( ) и при этом наступает адсорбционное равновесие:
Пусть
– активная площадь адсорбента, тогда
– свободная активная поверхность.
- часть активной поверхности, занятой молекулам адсорбата; отношение количества адсорбированного вещества к максимально возможной адсорбции.
В момент равенства:
Где
– давление
газа, который адсорбируется на твёрдой
поверхности, при которой величина
.
В области низких давлений (p<< ) наблюдается линейная зависимость адсорбции от давления газа, это область Генри.
При давлении большем давления насыщенного пара, величина адсорбции стремиться к .
Адсорбционные силы действуют на расстоянии превышающих диаметр молекул. Адсорбционный слой полимолекулярный, и изотермы адсорбции имеют S-образный вид.
На участке ОА наблюдается образование мономолекулярного слоя, а на участке АВ - полимолекулярная адсорбция. В случаи обратной адсорбции, изотермы прямого и обратного процесса совпадут.