1/1голь Симкаеель
а б
Рис
7 Ориентация дифильных молекул на
поверхности адсорбента
При
адсорбции на твердом адсорбенте
дифильные молекулы растворенного
вещества ориентируются на его поверхности
так, чтобы полярная группа молекулы
была обращена к полярной фазе, а
неполярная - к неполярной. Так, при
адсорбции органической кислоты из
водного раствора на неполярном адсорбенте
- угле молекулы её будут ориентироваться
«хвостами» к адсорбенту (рис.7а). При
адсорбции этой же кислоты из раствора
в бензоле (неполярный растворитель) на
полярном адсорбенте - силикагеле
ориентация будет другой (рис.7б).
Следовательно,
гидрофобные адсорбенты (уголь, тальк)
лучше адсорбируют органические
(дифильные) вещества из водных растворов,
а гидрофильные адсорбенты (силикагель,
глины) лучше адсорбируют их из неполярных
и слабополярных жидкостей.
Адсорбция
из водных растворов, как правило,
происходит таким образом, что на твердом
адсорбенте преимущественно ионы одного
вида. Избирательная адсорбция ионов -
это процесс фиксации на твердой
поверхности ионов противоположного
знака. Поглощаться будет в основном
тот ион, который имеет большее химическое
сродство к веществу твердой фазы и
химический потенциал которого в растворе
выше, чем в твердой фазе. Избирательную
адсорбцию следует считать химическим
процессом, т.е. хемосорбцией, поскольку
она происходит под действием сил
остаточных валентностей и скорость её
с повышением температуры в большинстве
случаев возрастает.
Избирательная
адсорбция ионов подчиняется правилу,
сформулированному Ф. Панетом и К.Фаянсом,
согласно которому:
на поверхности кристаллов из раствора
преимущественно адсорбируются те ионы,
которые могут образовать с ионами
противоположного знака, входящими в
кристаллическую решетку, труднорастворимое
соединение или достраивать кристаллическую
решетку•
Преимущественно
адсорбция из раствора или катиона, или
аниона зависит от природы адсорбента
или от природы ионов - их заряда, радиуса
и степени гидратации. Чем больше заряд
иона, лучше он адсорбируется. Из ионов
с одинаковым зарядом лучше адсорбируется
ион. Имеющий наибольший радиус, так как
он имеет наименьшую степень гидратации.
Гидратная оболочка
146
§ 5 Адсорбция из растворов электролитов
препятствует
адсорбции ионов, и чем она меньше, т.е.
чем меньше степень гидратации, тем она
адсорбируется лучше.
Катионы
и анионы одинакового заряда можно
расположить в так называемые лиотропные
ряды (ряды Гофмейстера) в порядке
уменьшения их сродства к воде (каждый
последующий ион гидратируется хуже,
чем предыдущий):
Li+>Na+>K+>Rb+>Cs+
Для
двухзарядных катионов лиотропный ряд
имеет вид:
Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+
Однозарядные
анионы располагаются в следующем
порядке:
CL>Br>N03>I>SCN>0H"
Рассмотрим
адсорбцию ионов раствора KI
на
поверхности кристалла Agl
(рис.8а).
На поверхности кристаллов иодида
серебра в определенном порядке
расположены ионы Ag+
и
Г. Иодид-ионы, которые могут образовать
с ионами- серебра, находящимися в
кристаллической решетке, малорастворимое
соединение, адсорбируются на поверхности
создавая на ней избыток отрицательных
зарядов. Ионы калия не адсорбируются,
так как они не образуют с ионами иода
нерастворимое соединение, но под
действием электростатического притяжения
они располагаются вблизи поверхности.
Иодид-ионы, сорбированные поверхностью,
и ионы калия, находящиеся в жидкой фазе,
образуют двойной электрический слой.
Рис
8 Схема адсорбции иодид-ионов (а) и ионов
серебра (б) на поверхности кристалла
иодида серебра: А - двойной электрический
слой
Если
кристаллы Agl
находятся
в контакте с раствором AgN03,
то
на поверхности кристаллов будут
адсорбироваться ионы Ag+,
ионы
N03"
остаются
в жидкой фазе (рис.8б).
Таким
образом, на поверхности кристаллического
твердого тела из раствора адсорбируются
тот ион, который входит в состав
кристаллической решетки или может
образовывать с одним из ионов решетки
малорастворимое соединение.
147
