Absorbsiya və adsorbsiya fərqi nümunələri. Adsorbsiya nümunəsi
Adsorbsiya(lat. ad - on, ilə və sorbeo - udmaqdan), k.-l-in udulması. maye və ya bərk səth təbəqəsi olan qaz mühitindən və ya məhluldan olan maddələr. Məsələn, sirkə turşusunun sulu məhlulunda bir parça kömür yerləşdirsəniz, onda A. baş verəcək - məhlulda turşunun miqdarı azalacaq, turşu molekulları kömürün səthində cəmləşəcəkdir. A. və udma - bədən həcmində udma ümumi terminlə birləşdirilir sorbsiya. A. fenomeni 18-ci əsrin 2-ci yarısında öyrənilməyə başlandı. ( Scheele, 1773), şübhəsiz ki, bəşəriyyətin əməli fəaliyyətində Ə. A.-nın doktrinası çoxkomponentli heterojen sistemlərin daha ümumi nəzəriyyəsinin bir hissəsidir, onun əsasları U. Gibbs(1876). A. hadisəsi maddənin səth qatında olan xüsusi xassələri ilə sıx bağlıdır. məsələn, maye-buxar fazasının interfeysində yerləşən molekullar mayenin içinə çəkilir, çünki onlar mayenin həcmində yerləşən molekulların konsentrasiyası konsentrasiyadan dəfələrlə az olan buxar molekullarından daha çox cəlb olunurlar. mayenin. Bu daxili cazibə səthin büzülməsinə səbəb olur və kəmiyyətlə ölçülür səthi gərginlik. Eyni səbəbdən səthə yaxın olan hər hansı digər maddənin molekulları ona çəkiləcək və A meydana çıxacaq.A.-dan sonra daxili cazibə adsorbsiya təbəqəsindən gələn cazibə ilə qismən kompensasiya olunur və səthi gərginlik azalır. . Gibbs A-nın dəyərini səth gərginliyindəki dəyişikliklərlə əlaqələndirən bir düstur çıxardı. Səthi gərginliyin çox azaldığı maddələrə adətən səthi aktiv deyilir.
Səthində udulması baş verən maddə adsorbent, kütləvi fazadan udulan maddə isə adsorbat adlanır. Adsorbat molekulu ilə adsorbent arasında qarşılıqlı təsirin xarakterindən asılı olaraq, udma adətən fiziki udma və kimyosorbsiyaya bölünür. Daha az davamlı fiziki oksigen adsorbat molekullarında əhəmiyyətli dəyişikliklərlə müşayiət olunmur. Mayelərdə və bəzi kristallarda molekulları bağlayan və yüksək sıxılmış qazların davranışında özünü göstərən molekullararası qarşılıqlı təsir qüvvələri səbəb olur. Kimyosorbsiya zamanı adsorbat və adsorbent molekullar kimyəvi birləşmələr əmələ gətirir. Tez-tez atomlaşma həm fiziki, həm də kimyəvi qüvvələr tərəfindən müəyyən edilir, ona görə də atomlaşma və kimyosorbsiya fizikası arasında aydın sərhəd yoxdur.
Fiziki adsorbsiya olunmuş molekullar səth üzərində az və ya çox sərbəst hərəkət edir və onların xassələri çox vaxt çox nazik qaz təbəqəsinin xassələrinə bənzəyir. iki ölçülü qaz. Onlar iki ölçülü maye və ya iki ölçülü bərk təbəqə əmələ gətirərək qruplar halında toplaya bilərlər. Adsorbsiya edilmiş molekullar gec-tez səthi tərk edir - desorb. Molekulun səthdə olduğu vaxt A vaxtı adlanır. Vaxt A. çox geniş hüdudlarda dalğalana bilər. Absorbsiya sürəti (müvafiq olaraq, desorbsiya sürəti) vahid vaxtda adsorbsiya olunan (və ya desorbsiya olunan) molekulların sayıdır; kəmiyyətlərin hər iki dəyəri adsorbentin vahid səthinə və ya kütləsinə bağlıdır. Kimyosorbsiya sürəti, hər hansı bir kimyəvi prosesin sürəti kimi, tez-tez artan temperaturla artır (aktivləşdirilmiş A., bax. Kimyasorbsiya). Əgər udma və desorbsiya sürətləri bir-birinə bərabərdirsə, o zaman adsorbsiya tarazlığının qurulduğunu deyirlər. Tarazlıq vəziyyətində, xarici şərtlər (təzyiq, temperatur və s.) dəyişməz qalarsa, adsorbsiya olunmuş molekulların sayı qeyri-müəyyən uzun müddətə sabit qalır.
Adsorbsiya olunmuş molekullar təkcə adsorbentin səthi boyunca hərəkət etmir, həm də salınır, bəzən səthə yaxınlaşır, bəzən də ondan uzaqlaşır. Temperatur nə qədər yüksək olarsa, vibrasiya hərəkəti bir o qədər intensiv olur və buna görə də belə vibrasiyalar zamanı molekulla səth arasındakı əlaqənin pozulması və molekulun desorbsiyaya uğraması ehtimalı bir o qədər yüksəkdir. Buna görə temperaturun artması ilə udma vaxtı və adsorbsiya olunan molekulların tarazlıq sayı azalır.
Həcmdə adsorbatın konsentrasiyası və ya təzyiqinin artması ilə adsorbentin səthinə adsorbat molekullarının vurma tezliyi artır; ona mütənasib olaraq udma sürəti artır və adsorbsiya olunan molekulların tarazlıq sayı artır. Sabit temperaturda tarazlıq oksigeninin adsorbatın konsentrasiyası və ya təzyiqindən asılılığının əyriləri oksigen izotermləri adlanır.
Adsorbat səthi bir molekul qalınlığında bir təbəqə ilə örtürsə, adsorbat monomolekulyar adlanır. Monomolekulyar oksigenin ən sadə izotermi, koordinatların mənşəyindən uzanan düz xəttdir, burada adsorbat təzyiqi absis oxuna çəkilir. R, ordinat oxunda isə səthin doldurulma dərəcəsi , yəni səthin adsorbsiya olunmuş molekullarla örtülmüş hissəsi. Bu sözdə Henri izotermi:
Mütənasiblik əmsalı k əsasən temperaturdan və adsorbent-adsorbat qarşılıqlı təsirinin xarakterindən asılıdır.
Henri tənliyi homojen bir səth üçün çox aşağı doldurma dərəcələrində etibarlıdır. Doldurma dərəcəsi artdıqca, adsorbsiya edilmiş molekullar arasındakı qarşılıqlı əlaqə və onların səthinin hərəkətliliyinin intensivliyi getdikcə daha vacib rol oynamağa başlayır. Əgər adsorbat molekulları bir-birinə cəzb olunursa, onda hər bir yeni adsorbsiya edilmiş molekul həm adsorbat, həm də əvvəllər adsorbsiya edilmiş molekullar tərəfindən cazibə hiss edəcək. Buna görə də, səth doldurulduqca, adsorbsiya edilmiş molekulu saxlayan qüvvələr artacaq və udma şəraiti getdikcə daha əlverişli olacaqdır. Bu vəziyyətdə, artan təzyiqlə izoterm daha dik və dik qalxır (bax. əyri 1 ). Bununla belə, səth yeni adsorbsiya olunmuş molekullarla dolduqca, səthdə sərbəst (digər adsorbat molekulları tərəfindən tutulmayan) yer tapmaq getdikcə çətinləşir. Buna görə də artan təzyiqlə A. artımı yavaşlayır və əhatə dərəcəsi birliyə bərabər sabit dəyərə meyl edir (bax. əyri 2 , adsorbat molekullarının qarşılıqlı cazibəsinin olmaması ilə xarakterikdir). Bu amillərin hər ikisi təsir edərsə, onda konkav-qabarıq izotermlər əldə edilir (bax. əyri 3 ).
Qabarıq izotermlər (bax əyri 2 ) tez-tez Lenqmuir tənliyi ilə təsvir olunur
Burada a -- adsorbsiya əmsalı fiziki mənasına görə Henri sabiti k ilə oxşardır . Lenqmyur tənliyi homojen səthdə monomolekulyar oksigen üçün etibarlıdır, əgər adsorbat molekullarının öz aralarında cazibəsi və onların səth boyunca hərəkətliliyi nəzərə alınmazsa.
Təzyiqin daha da artması ilə ikinci, üçüncü və s. təbəqələr doldurulur, yəni polimolekulyar A meydana gəlir.Adsorbent dar məsamələrə malikdirsə və adsorbat tərəfindən islanırsa (bax. Islatma), sonra məsamələrdə adsorbatın doymuş buxar təzyiqindən aşağı təzyiqlərdə kondensasiya baş verə bilər. Bu fenomen deyilir kapilyar kondensasiya. Bərk cisimlərin səthi adsorbentlərçox vaxt adsorbsiya xüsusiyyətlərində heterojendir: səthin bəzi sahələri daha yaxşı, digərləri daha pis adsorbsiya olunur. Aşağı təzyiqlərdə səthin ən aktiv sahələrində oksigen üstünlük təşkil edir, artan təzyiqlə daha az aktiv sahələr doldurulur. Bununla belə, ciddi şəkildə desək, atomizasiya bütün səthdə eyni vaxtda baş verir və təcrübi olaraq əldə edilən izoterm hər biri müəyyən bir səth növünə uyğun gələn izotermlərin cəmidir. Buna görə monomolekulyar alüminiumun eksperimental izotermləri əyrilərdən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənə bilər.
Demək olar ki, həmişə aşınma prosesi alüminium istiliyi adlanan istiliyin ayrılması ilə müşayiət olunur.Aşınmanın istiliyi aşınmanın möhkəmliyini xarakterizə edən yeganə amil olmasa da, daha tez-tez aşındırıcı nə qədər güclüdürsə, bir o qədər çox olur. istilik. Xemosorbsiya istiliyi adətən bir neçə onlarla olur kkal/mol, fiziki istilik nadir hallarda 10-dan çox olur kkal/mol(40 kJ/mol). Bircins olmayan səth doldurulduqca atmosferin istiliyi adətən azalır. Polimolekulyar oksigen bölgəsinə keçərkən, oksigenin istiliyi adsorbatın kondensasiya istiliyinə yaxın bir dəyərə qədər azalır.
A. qaz, maye və bərk cisimlər arasında istilik mübadiləsində mühüm rol oynayır. məsələn, isti səthdə adsorbsiya olunan qaz molekulları səthin temperaturuna uyğun enerji alır və desorbsiyadan sonra bu enerjini digər qaz molekullarına ötürür, onu qızdırır. Bu, istilik köçürməsinin yeganə, lakin vacib mexanizmidir.
A. kolloid sistemlərin sabitləşməsinin həlledici amillərindən biridir (bax. Dispers sistemlər, Misel, Koaqulyasiya) və heterogen sistemlərdə, xüsusən də heterojen katalizdə reaksiyaların ən mühüm mərhələlərindən biridir (bax. Topokimyəvi reaksiyalar, Kataliz). Bioloji sistemlərdə A. ətraf mühitdən müxtəlif maddələrin submikroskopik kolloid strukturlar, orqanoidlər, hüceyrələr və toxumalar tərəfindən udulmasının, bioloji membranların fəaliyyətinin, fermentlərin substratla qarşılıqlı təsirinin ilk mərhələlərinin, qoruyucu reaksiyaların birinci mərhələsidir. zəhərli maddələr, udma prosesləri - bütün bunlar A. ilə əlaqəli bir çox adsorbentlər (aktivləşdirilmiş karbon, kaolin, ion dəyişdiricilər və s.) mədə-bağırsaq traktına daxil olan zərərli maddələri udmaq və bədəndən çıxarmaq üçün antidot kimi xidmət edir. A. qaz və maye qarışıqlarını ayırmaq, qazları və mayeləri qurutmaq və təmizləmək üçün istifadə olunur (məsələn, qaz maskalarında havanın təmizlənməsi). A.-nın ən qədim istifadələrindən biri şərabın təmizlənməsidir. Elm və texnikada analiz edilən qarışığın komponentlərinin müxtəlif oksidləşmə qabiliyyətinə əsaslanan xromatoqrafik analiz metodu böyük əhəmiyyət kəsb etmişdir (bax. Xromatoqrafiya). A. bioloji aktiv maddələrin - vitaminlərin, fermentlərin, hormonların, antibiotiklərin və s. istehsalı və təmizlənməsi üçün də istifadə olunur.
Parçaların rənglənməsi zamanı çap sənayesi A. boya molekulları ilə məşğul olur. Polimerlərin istehsalında adsorbentlər doldurucu kimi istifadə olunur. Vakuum texnologiyasında, nasosla çıxarılan avadanlığın divarlarında alüminium nasosun sürətini ləngidir və vakuumu pisləşdirir, lakin digər tərəfdən, müxtəlif sorbsiya nasoslarının fəaliyyəti alüminium fenomeninə əsaslanır.Radioelektronik sənayedə alüminium yarımkeçirici cihazların elektrik xüsusiyyətlərini sabitləşdirmək üçün istifadə olunur. Ümumiyyətlə, səth xüsusiyyətləri əhəmiyyətli olan bütün hadisələr və proseslərdə alüminium mühüm rol oynayır.
Absorbsiya(latınca absorptio - udma, absorbeo sözündən - udmaq), qaz qarışığından maddələrin mayelər tərəfindən udulması. Texnologiyada atomizasiya adətən qaz qarışığından komponent çıxarmaq üçün istifadə olunur. Absorbsiya, daha dəqiq desək, mayedən hər hansı komponentin maye ilə çıxarılması əvvəllər də A. adlanırdı; İndiki vaxtda bu proses adlanır çıxarılması. A. ilə absorbent bütün həcmini udur. Absorbsiya dərəcəsi qaz qarışığında udulmuş qazın konsentrasiyasının bu komponentin məhlulun üstündəki konsentrasiyasını nə qədər aşmasından asılıdır. Qaz qarışığında həll olunan komponentin konsentrasiyası onun maye üzərindəki konsentrasiyasından azdırsa, həll olunan komponent məhluldan ayrılır (bax. Desorbsiya). A. tez-tez udulmuş maddənin absorberlə kimyəvi qarşılıqlı təsiri ilə müşayiət olunur (bax. Kimyasorbsiya). A. artan təzyiq və temperaturun azalması ilə yaxşılaşır.
Bir çox mühüm sənaye prosesləri alüminiuma əsaslanır, məsələn, azot, xlorid və sulfat turşularının istehsalı (qaz halında olan azot dioksidi, hidrogen xlorid və kükürd anhidridinin su ilə udulması), soda istehsalı (karbon qazı) və sənaye tullantıları qazlarının zərərli çirklərdən (hidrogen sulfid, kükürd dioksidi, karbonmonoksit, karbon qazı və s.) təmizlənməsi, karbohidrogen qazlarının və çirklərinin (məsələn, qaz benzini, krekinq və piroliz qazları) çıxarılması, həmçinin fərdi karbohidrogenlərin izolyasiyası kimi. A. əsas aparatının olduğu udma qurğularında aparılır absorber.
Sorbsiya(latınca sorbeo - udmaq), bir maddənin ətraf mühitdən bərk və ya maye tərəfindən udulması. sorucu bədən adlanır sorbent, onun tərəfindən udulmuş maddə sorbatdır (və ya sorbsiya). Maye sorbentin bütün kütləsi ilə maddənin udulması arasında fərq qoyulur ( udma); bərk və ya maye sorbentin səth qatı ( adsorbsiya). Bir maddənin qaz mühitindən bərk və ya ərimənin bütün kütləsi ilə udulmasına da deyilir tıxanma. Sorbentin udulmuş maddə ilə kimyəvi qarşılıqlı təsiri ilə müşayiət olunan S. adlanır kimyosorbsiya. Yüksək məsaməli cisimlər tərəfindən S. buxarları tez-tez baş verdikdə kapilyar kondensasiya. Sorbsiya proseslərində müxtəlif növ S. adətən eyni vaxtda baş verir. (S.-nin istifadəsi üçün bax Səth hadisələri, İon mübadiləsi, Xromatoqrafiya. Bioloji sistemlərdə hüceyrələrin və hüceyrədaxili strukturların membranlarının səthində müəyyən maddələrin udulması (adsorbsiya edilməsi), həmçinin hüceyrə orqanelləri və biopolimer molekulları tərəfindən udulması mühüm rol oynayır. Bioloji sistemlər sorbent molekullarının məkan konfiqurasiyasının xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilən sorbentin yüksək spesifikliyi (selektivliyi) ilə xarakterizə olunur. Bunlar makromolekullar müvafiq sorbat üçün reseptor rolunu oynayır. S.-yə misal olaraq bitkilərdə fotosintez zamanı CO 2 molekullarının xloroplastlar tərəfindən, amin turşularının onları toxuma hüceyrələrinə daşıyan eritrositlər tərəfindən bağlanması, ona həssas olan bakteriya hüceyrələrinin səthinə faqın bağlanması və s.
Səthi gərginlik, Fazalar (bərk cisimlər) arasındakı interfeysin ən vacib termodinamik xarakteristikası, bu səthin vahid sahəsi üçün geri çevrilən izotermik formalaşma işi kimi müəyyən edilir. Maye interfeysi vəziyyətində, P. n. Onu səth konturunun vahid uzunluğuna təsir edən və verilmiş faza həcmləri üçün səthi minimuma endirməyə meylli qüvvə kimi də hesab etmək qanunauyğundur. Asanlıqla hərəkət edən səthlərə gəldikdə, hər iki tərif ekvivalentdir, lakin birinciyə üstünlük verilir, çünki daha aydın fiziki məna daşıyır. P.n. iki qatılaşdırılmış fazanın sərhəddində adətən fazalararası gərginlik deyilir. Yeni bir səth yaratmaq işi molekullararası birləşmə qüvvələrinin öhdəsindən gəlməyə sərf olunur ( birlik) maddənin molekullarının cismin həcmindən keçidi zamanı səth təbəqəsi. Səth təbəqəsində molekullararası qüvvələrin nəticəsi sıfıra bərabər deyil (bədənin həcmində olduğu kimi) və daha çox birləşmə ilə fazanın içərisinə yönəldilir. Beləliklə, P. n. -- səth (interfaza) təbəqəsində kompensasiya olunmamış molekullararası qüvvələrin ölçüsü və ya eyni olan, artıq olan pulsuz enerji təmasda olan fazaların həcmlərində sərbəst enerji ilə müqayisədə səth qatında. P. n təriflərinə uyğun olaraq. şəklində ifadə olunur j/m 2 və ya n/m(erg/sm 2 və ya dyn/sm).
P. n-ə təşəkkür edirəm. xarici qüvvə təsirləri olmadıqda, maye minimum səth sahəsinə və buna görə də sərbəstin ən kiçik dəyərinə uyğun gələn bir top şəklini alır. səth enerjisi. P.n. fazaların həcmləri molekulların ölçüləri ilə müqayisədə kifayət qədər böyükdürsə, səthin ölçüsü və formasından asılı deyil; artan temperaturla, eləcə də təsir altında səthi aktiv maddələr azalır. Metal ərimələri mayelər arasında ən yüksək dəyərə malikdir; məsələn, 2000 °C-də platin üçün bu 1820-dir. din/sm, 20 ° C-də civə üçün - 484. P. n. Ərinmiş duzlar əhəmiyyətli dərəcədə azdır - bir neçə onlarla 200-300-ə qədər. P.n. 20 ° C-də su - 72,8 və ən çox üzvi həlledicilər - 20-60 daxilində. Otaq temperaturunda ən aşağı P. n. -- 10-dan aşağı -- bəzi flüorokarbon mayeləri var.
Çoxkomponentli sistemlərin ümumi vəziyyətində Gibbs termodinamik tənliyinə uyğun olaraq adsorbsiya zamanı P. n-nin dəyişməsi. burada G 1, G 2,... 1, 2,... komponentlərinin səthi artıqlıqlarıdır, yəni onların səth qatında konsentrasiyalarının və məhlulun (və ya qazın) həcminin fərqi, a. d? 1 ,d? 2 ,... -- müvafiq komponentlərin kimyəvi potensialının dəyişməsi (mənfi işarə P.-nin müsbət adsorbsiya ilə azaldığını göstərir). P. n-dəki fərq. saf maye və adsorbsiya monolayı ilə örtülmüş maye müəyyən edilir səth təzyiqi.
Asanlıqla hərəkət edən sərhədlərdə maye - qaz (buxar) və ya maye - maye P. n. bir çox üsulla birbaşa ölçülə bilər. Beləliklə, P. n.-nin təyini üsulları geniş yayılmışdır. şaquli borunun ucundan çıxan damlanın kütləsi ilə (stalagmometr); qaz qabarcığını mayeyə məcbur etmək üçün tələb olunan maksimum təzyiqlə; düz səthdə yatan damcı (və ya qabarcıq) formasına görə və s. P. n-nin eksperimental təyini. bərk cisimlərin molekulları (və ya atomları) sərbəst hərəkət edə bilmədiyi üçün hərəkət etmək çətindir. İstisna, ərimə nöqtəsinə yaxın temperaturda metalların plastik axınıdır. Baxımından anizotropiya kristallar P. n. müxtəlif kristal üzlərində fərqlidir. P. n anlayışları. və bərk cisimlər üçün sərbəst səth enerjisi eyni deyil. Kristal qəfəs qüsurları, əsasən dislokasiyalar, Kristalların kənarları və təpələri, səthə uzanan polikristal cisimlərin taxıl sərhədləri sərbəst səth enerjisinə töhfə verir. P.n. bərk maddələr adətən molekullararası və atomlararası qarşılıqlı təsirlərə əsaslanaraq dolayı yolla müəyyən edilir. P. n-nin ölçüsü və dəyişiklikləri. çoxluğuna görə səth hadisələri, xüsusilə dispers sistemlərdə (həmçinin bax Kapilyar hadisələr),
Kimyasorbsiya, kimyəvi sorbsiya, kimyəvi birləşmələrin əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunan maye və ya bərk maddələrin ətraf mühitdən udulması. Daha dar mənada xrom maddənin bərk cismin səthi tərəfindən kimyəvi udulması, yəni kimyəvi maddə kimi qəbul edilir. adsorbsiya. İstilik zamanı əhəmiyyətli miqdarda istilik ayrılır: adətən istilik istiliyi 84-126 aralığında olur. kJ/mol (20--30 kkal/mol) və bəzi hallarda, məsələn, oksigen metallarda oksidləşdikdə, 420-dən çox ola bilər. kJ/mol (100 kkal/mol). Kimyəvi reaksiyalar kimi kimyəvi reaksiyalar da adətən əhəmiyyətli aktivləşdirmə enerjisi tələb edir. Buna görə də, temperatur yüksəldikcə kimyəvi reaksiya sürətlənir (sözdə aktivləşdirilmiş adsorbsiya). Kimya seçicidir, yəni adsorbsiya edilmiş maddənin bərk cismin səthinə kimyəvi yaxınlığından asılıdır. Xromun tədqiqi üçün fiziki üsullardan istifadə olunur: spektroskopiya, elektron paramaqnit və nüvə maqnit rezonansı, elektron və ion proyektorları, aşağı enerjili elektron difraksiyası və s.Xrom heterogen katalizdə, qazın təmizlənməsində, vakuum texnologiyasında və s. mühüm rol oynayır.
islatma, mayenin bərk və ya digər mayenin səthi ilə təmasda olması zamanı baş verən hadisə. Xüsusilə, mayenin qaz (buxar) və ya digər maye ilə təmasda olan bərk səth üzərində yayılması, məsaməli cisimlərin və tozların hopdurulması və bərk səthdə mayenin səthinin əyriliyi ilə ifadə edilir. Beləliklə, S. sferik əmələ gəlməsinə səbəb olur menisk kapilyar boruda, bərk səthdə damcı şəklini və ya mayeyə batırılmış cismin səthinə yapışan qaz qabarcığının formasını təyin edir. S. tez-tez üç fazanın (cisimlər, media) təmas zonasında molekullararası (van der Waals) qarşılıqlı təsirinin nəticəsi hesab olunur. Bununla belə, bir çox hallarda, məsələn, maye metallar bərk metallar, oksidlər, almaz və qrafitlə təmasda olduqda, karbon qazı molekullararası qarşılıqlı təsirdən deyil, kimyəvi birləşmələrin, bərk və maye məhlulların əmələ gəlməsi nəticəsində yaranır. islanmış cismin səth qatında diffuziya prosesləri. Mayenin islanmış səthlə təması ilə müşayiət olunan istilik effektinə islanma istiliyi deyilir.
S.-nin ölçüsü adətən S.-nin perimetrində nəmlənmiş səthlə mayenin səthi arasındakı təmas bucağıdır ( düyü. 1). Bucaq maye tərəfdən ölçülür. Statik (tarazlıqda) S. ilə əlaqələndirilir səthi gərginlik maye, bərkin səthi gərilməsi və bərk-maye sərhəddində Yanq tənliyi ilə fazalararası gərginlik. Bucaq qiymətləndirmək üçün istifadə olunur liofillik Və liofobiya müxtəlif mayelərə münasibətdə səthlər. Liyofil səthdə maye yayılır, yəni qismən (0°< _< 90°) или полное С; на лиофобной -- растекания не происходит (_>90°) (bax düyü. 2). Təmas bucağı maye molekulları ilə islanmış cismin molekulları və ya atomları arasındakı yapışma qüvvələrinin nisbətindən asılıdır ( yapışma)
və maye molekulları arasında yapışma qüvvələri ( birlik).
Yapışma və birləşmənin geri çevrilən işi tənliklərdən istifadə edərək müvafiq olaraq hesablanır və artan W nisbəti ilə
S. təbiətdə, sənaye texnologiyasında və məişətdə mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Yaxşı S. rəngləmə və yuyulma üçün lazımdır (bax. Təmizləmə hərəkəti), fotomaterialların emalı, lak-boya örtüklərinin vurulması, lifli materialların hopdurulması, yapışdırılması, lehimlənməsi, birləşməsi və s. hidrofobik örtüklər, hidroizolyasiya materialları və s. bəzi hallarda, məsələn, zaman flotasiya və bərk emulqatorlarla emulsifikasiya, müəyyən diapazonda təmas bucaqlarını saxlamaq lazımdır. S. maye mühitdə bərk maddələrin dispersiyası zamanı metallurgiya proseslərində birinci dərəcəli rol oynayır. Qrunt sularının paylanmasına, torpağın rütubətinə, müxtəlif bioloji və digər təbii proseslərə təsir göstərir. P. A. S. nəzəriyyəsinin inkişafına və tətbiqi məsələlərinin inkişafına böyük töhfə verdi. rebinder, A.N. Frumkin, B.V. Deryagin və s
Kapilyar kondensasiya, məsaməli cisimlərin kapilyarlarında və mikro çatlarında və ya yaxından bitişik bərk hissəciklər arasındakı boşluqlarda buxarın kondensasiyası. K.K. üçün zəruri şərtdir islatma bədənin maye səthi (hissəciklər). K.K. ilə başlayır adsorbsiya buxar molekulları səthdə sıxlaşır və mayenin menisküsünü əmələ gətirir. Menisküslərin konkav forması ilə, onların üstündəki doymuş buxar təzyiqinə görə Kelvin tənliyi, doymuş buxar təzyiqindən aşağıdır səh o düz bir səth üzərində. Nəticədə, laxtalanma doyma təzyiqindən daha aşağı buxar təzyiqlərində baş verir səh o . Məsamələrdə qatılaşdırılmış mayenin həcmi xarici buxar təzyiqində məhdudlaşdırıcı dəyərə çatır p = p O . Bu halda, maye-qaz interfeysi sıfır əyriliyə malikdir (müstəvi katenoid), Məsaməli bir cismin mürəkkəb kapilyar quruluşu kapilyar histerezə səbəb ola bilər - məsamələrdə kondensasiya olunmuş maye miqdarının təkcə buxar təzyiqindən deyil, həm də prosesin tarixindən, yəni bu vəziyyətin necə əldə edildiyindən asılılığı: zamanı. kondensasiya prosesi və ya mayenin buxarlanması zamanı K.K. udulmanı artırır ( sorbsiya) məsaməli cisimlər tərəfindən buxarlar, xüsusilə buxar doyma nöqtəsinə yaxın. KK sənayedə incə məsaməli cisimləri olan mayeləri tutmaq üçün istifadə olunur ( sorbentlər). K. torpaqların, tikinti materiallarının və digər məsaməli materialların quruması və nəm saxlaması proseslərində də mühüm rol oynayır (bax. Kapilyar hadisələr).
Dispers sistemlər, aralarında yüksək inkişaf etmiş interfeysə malik iki və ya daha çox fazadan (orqanlardan) ibarət birləşmələr. D. s. fazalardan ən azı biri - dispers faza - kiçik hissəciklər (kristallar, saplar, filmlər və ya lövhələr, damcılar, baloncuklar) şəklində digər, davamlı fazada - dispersiya mühitində paylanır. D. s. əsas xarakteristikaya görə - hissəcik ölçüsü və ya (eynidir) dispersiya(fazalararası səthin ümumi sahəsinin dispers fazanın həcminə nisbəti ilə müəyyən edilir) - qaba (aşağı) dağılmış və incə (yüksək) dispersli və ya bölünür. kolloid sistemlər(kolloidlər). Kobud sistemlərdə hissəciklərin ölçüləri 10-4 arasında dəyişir santimetr və daha yüksək, kolloidlərdə - 10 -4 --10 -5-dən 10 -7-yə qədər santimetr. Dispersiya mühitinin aqreqasiya vəziyyətinə görə qaz dispers sistemləri fərqləndirilir - aerozollar(duman, siqaret), toz; maye dispers -- sols, süspansiyonlar, emulsiyalar, Köpük; bərk - kiçik bərk hissəciklərin, maye və ya qaz baloncuklarının damcılarının daxil olduğu şüşə və ya kristal cisimlər (cədvələ bax). Toz, suspenziyalar, liofob emulsiyalar (bax. Liyofilik və liofob kolloidlər) - qaba sistemlər; bir qayda olaraq (sıxlıq fərqi olduqda) onlar qeyri-sabit çöküntüdür, yəni onların hissəcikləri cazibə qüvvəsinin təsiri altında çökür və ya yuxarı qalxır. Sollar tipik yüksək dispersli kolloid sistemlərdir, dispers faza hissəcikləri ( misellər) iştirak edir Brown hərəkəti və buna görə də çökməyə davamlıdır. Davamlı fazanın nazik təbəqələri ilə ayrılmış qaz qabarcıq hüceyrələrindən ibarət maye və bərk köpüklər strukturlaşdırılmış hüceyrə sistemlərinin xüsusi qrupunu təmsil edir (aşağıya bax).
Fazaların molekulyar qarşılıqlı təsirinin intensivliyinə əsasən liofil və liofob D.lər fərqləndirilir. Liyofil sistemlərdə fazalar arasında molekulyar təsir kifayət qədər güclüdür və xüsusi sərbəst səth enerjisi ( səthi gərginlik) interfeysdə çox kiçikdir. Liyofil sistemlər özbaşına əmələ gəlir və son dərəcə yüksək dispersiyaya malikdir. Liofob sistemlərdə müxtəlif fazaların molekulları arasında qarşılıqlı təsir liyofil sistemlərə nisbətən xeyli zəifdir; İnterfasial səth gərginliyi yüksəkdir, bunun nəticəsində sistem dispers faza hissəciklərini kortəbii şəkildə böyütməyə meyllidir (bax Şəkil 1). Koaqulyasiya Və Koalessensiya). Liofobik D. s-nin mövcudluğu üçün ilkin şərt. -- stabilizatorların, interfeysdə adsorbsiya olunan və dispers fazanın hissəciklərinin bir-birinə yaxınlaşmasının qarşısını alan qoruyucu təbəqələr əmələ gətirən maddələrin olması.
D. s. struktursuz (sərbəst səpələnmiş) və strukturlu (əlaqəli şəkildə dağılmış) ola bilər. Strukturlaşdırılmış D. s. dispers fazanın bir-birinə bağlı hissəciklərinin (damcıların, qabarcıqların) mesh-çərçivəsi ilə nüfuz edir, bunun nəticəsində bərk maddələrin bəzi mexaniki xüsusiyyətlərinə malikdirlər (ətraflı məlumat üçün bax. Dağılmış quruluş, Gellər). D.-nin xarakterik xüsusiyyəti. -- yüksək inkişaf etmiş interfasial səth nəticəsində yüksək sərbəst enerji; buna görə də D. s. adətən (liyofil D. sistemləri istisna olmaqla) termodinamik cəhətdən qeyri-sabitdir. Onların artan adsorbsiya qabiliyyəti, kimyəvi və bəzən bioloji aktivliyi var. D. s. -- əsas tədqiqat obyekti kolloid kimya.
D. s. təbiətdə, texnologiyada və gündəlik həyatda geniş yayılmışdır. D. s nümunələri. qayalar, torpaqlar, tüstü, buludlar, yağıntılar, bitki və heyvan toxumaları xidmət edə bilər; tikinti materialları, boyalar, yuyucu vasitələr, lif məhsulları, zəruri ərzaq məhsulları və bir çox başqaları.
Hər bir fazanın səthində yerləşən hissəciklər, xüsusiyyətləri fazanın daxili bölgələrinin xüsusiyyətlərindən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənən xüsusi bir səth fazası təşkil edir. Səthdə yerləşən hissəciklər həm bircins hissəciklərlə, həm də fərqli növlü hissəciklərlə qarşılıqlı təsir göstərir (şək. 6.1).
düyü. 6.1. Yoğunlaşmış vəziyyətdə olan maddənin səth təbəqəsi
Bu hadisənin nəticəsi ondan ibarətdir ki, faza interfeysində yerləşən hissəciyin orta enerjisi g s fazanın həcmində eyni hissəciyin orta enerjisindən fərqlənir g v .. Səth fazasının mühüm xarakteristikası səth enerjisi G s-dir. - səthdə yerləşən hissəciyin orta enerjisi ilə fazanın həcmində yerləşən hissəciklərin N səthindəki hissəciklərin sayına vurulan fərqi:
G s =N(g s -g v)
Altında səth enerjisi Gibbs enerjisinə (Gs) - səthin əmələ gəlməsinə aiddir. Xüsusi səth enerjisi σ və interfasial sahə S məhsuluna bərabərdir:
Xüsusi səth enerjisi (J/m2) sərbəst səth sahəsinin vahidini yaratmaq üçün tələb olunan işə bərabərdir. Xüsusi səth enerjisi müəyyən bir maddənin təbiəti ilə müəyyən edilir. Maddənin hissəcikləri arasında qarşılıqlı təsir enerjisi nə qədər yüksək olarsa, xüsusi səth enerjisi bir o qədər yüksək olar. Temperaturun artması ilə səthin xüsusi enerjisi azalır. Kritik temperatura yaxın səth gərginliyi sıfırdır.
Səth enerjisi termini qaz-bərk interfeysinə tətbiq olunur. Fazalərarası enerji termini kondensasiya olunmuş fazalar (maye - maye, maye - bərk) arasındakı interfeys üçün istifadə olunur. Maye-qaz (buxar) faza sərhədi üçün adətən səth gərginliyi adlanan xüsusi səth enerjisi termini istifadə olunur.
Səthi gərginlik σ- interfeysin ən vacib termodinamik xarakteristikası, bu səthin vahid sahəsi üçün geri çevrilən izotermik formalaşma işi kimi müəyyən edilir. Maye interfeysi vəziyyətində, sərbəst səth konturunun vahid uzunluğunu artırmaq üçün lazım olan iş kimi də səthi gərginlik hesab edilə bilər:
burada ΔL - sərbəst səth konturunun uzunluğunun artması, m;
σ – səthi gərginlik, n/m.
Səth gərginliyinə görə, xarici qüvvə təsirləri olmadıqda, maye minimum səth sahəsinə və deməli, sərbəst səth enerjisinin minimum dəyərinə uyğun gələn kürə şəklini alır. Sərbəst səth enerjisini azaltmağın yollarından biri sorbsiyadır.
Sorbsiya(latınca sorbeo - udmaq) - maddənin ətraf mühitdən bərk və ya maye tərəfindən udulması. Absorbent cisim sorbent, onun tərəfindən sorulan maddə sorbat (və ya sorbent) adlanır. Bir maddənin maye sorbentin bütün kütləsi ilə udulması arasında fərq var - bu absorbsiyadır; bərk və ya maye sorbentin səth qatıdır adsorbsiya.
Absorbsiya qaz qarışığından maddələrin mayelər tərəfindən udulmasıdır. Texnologiyada udma adətən qaz qarışığından komponenti çıxarmaq üçün istifadə olunur. Artan təzyiq və temperaturun azalması ilə absorbsiya yaxşılaşır.
Adsorbsiya bir maddənin fazaların həcmindən onların interfeysində konsentrasiyası prosesidir.
Adsorbent başqa bir maddəni adsorbsiya edə bilən maddədir. Adsorbent adsorbsiya oluna bilən bir maddədir. Adsorbat adsorbsiya olunan bir maddədir.
20 nömrəli mühazirə
Adsorbsiya qazların, buxarların və mayelərin bərk məsaməli cisimlər tərəfindən udulmasına adsorbentlər deyilir; qaz və ya mayedə olan adsorbsiya olunmuş maddə adlanır adsorbtiv və adsorbent fazaya keçdikdən sonra – adsorbat etmək. Təcrübədə istifadə olunan adsorbentlər bərk materialların xüsusi emalı və ya sintezi nəticəsində əmələ gələn yüksək inkişaf etmiş daxili səthə (1000 m 2 /q-a qədər) malikdir.
Adsorbsiya prosesinin mexanizmi udma mexanizmindən fərqlənir, çünki maddənin çıxarılması maye uducu deyil, bərk tərəfindən həyata keçirilir.
Adsorbsiya iki növə bölünür: fiziki və kimyəvi. Fiziki adsorbsiyaƏsasən adsorbsiya olunan molekulların ölçüsünü əhəmiyyətli dərəcədə aşan məsafələrdə özünü göstərən səth van der Waals qüvvələri ilə əlaqədardır; buna görə də adsorbentin səthində adsorbat molekullarının bir neçə təbəqəsi adətən saxlanılır. At kimyəvi adsorbsiya udulmuş maddə səthində adi kimyəvi birləşmələrin əmələ gəlməsi ilə adsorbentlə kimyəvi qarşılıqlı əlaqəyə girir.
Səth atomlarının və molekullarının qüvvə sahəsi qonşu hissəciklərin qarşılıqlı təsir qüvvələri ilə tarazlaşdırılmadığı üçün adsorbentin səthində cəlbedici qüvvələr yaranır. Fiziki təbiətinə görə, udulmuş maddənin molekulları ilə adsorbent arasında qarşılıqlı təsir qüvvələri əsasən dispersivdir, yaxınlaşan molekullarda elektronların hərəkəti nəticəsində yaranır. Bəzi adsorbsiya hallarında elektrostatik və induktiv qüvvələr, həmçinin hidrogen rabitələri böyük əhəmiyyət kəsb edir.
Adsorbentin səthinin adsorbatla doldurulması səth qüvvələrini qismən tarazlaşdırır və nəticədə səth gərginliyini (sərbəst xüsusi səth enerjisi) azaldır. Buna görə də adsorbsiya kortəbii bir prosesdir, onun gedişi sistemin sərbəst enerjisinin və entropiyasının azalması ilə müşayiət olunur.
Adsorbsiya prosesləri seçici və geri dönəndir. Əks adsorbsiya prosesi adlanır desorbsiya, udulmuş maddələri buraxmaq və adsorbanı bərpa etmək üçün istifadə olunur.
Çıxarılan maddələrin aşağı konsentrasiyası olan qarışıqları emal etmək üçün adsorbsiyadan istifadə etmək ən rasionaldır. Bu halda, adsorbsiya aparatının işləmə müddəti artır - adsorber– desorbsiyaya keçməzdən əvvəl adsorbsiya mərhələsində.
Adsorbsiyanın tipik nümunələri qazların və mayelərin susuzlaşdırılması, karbohidrogen qarışıqlarının ayrılması, həlledicilərin bərpası, ventilyasiya emissiyalarının və tullantı sularının təmizlənməsi və s. Son zamanlar, xüsusilə ekoloji problemlərin həlli və yüksək təmiz maddələrin alınması problemləri ilə əlaqədar olaraq, adsorbsiyanın əhəmiyyəti əhəmiyyətli dərəcədə artmışdır.
8.1. Əsas sənaye adsorbentləri və onların xassələri
Əsas sənaye adsorbentləri böyük həcmdə mikroməsamələri olan məsaməli cisimlərdir. Adsorbentlərin xassələri onların hazırlandığı materialın təbiəti və məsaməli daxili quruluşu ilə müəyyən edilir.
Sənaye adsorbentlərində udulmuş maddənin əsas miqdarı mikroməsamələrin divarlarında sorulur ( r < 10–9 м). Роль переходных пор (10–9 < r < 10–7 м) и макропор (r> 10–7 m) əsasən adsorbsiya olunmuş maddənin mikroməsamələrə daşınmasına düşür.
Adsorbentlər öz xüsusiyyətləri ilə xarakterizə olunur udma, və ya adsorbsiya, bacarığı, adsorbentin vahid kütləsi və ya həcmi üçün adsorbentin maksimum mümkün konsentrasiyası ilə müəyyən edilir. Absorbsiya qabiliyyətinin miqdarı adsorbentin növündən, məsaməli strukturundan, udulmuş maddənin təbiətindən, konsentrasiyasından, temperaturundan, qazlar və buxarlar üçün isə onların qismən təzyiqindən asılıdır. Verilmiş şəraitdə adsorbentin mümkün olan maksimum udma qabiliyyəti şərti adlanır tarazlıq fəaliyyəti.
Kimyəvi tərkibinə görə bütün adsorbentləri bölmək olar karbon Və qeyri-karbon. Karbon adsorbentləri daxildir aktiv(aktivləşdirilmiş) karbonlar, karbon lifli materiallar və bəzi bərk yanacaqlar. Karbon olmayan adsorbentlərə silisium gelləri, aktiv alüminium oksidi, alüminium gelləri, seolitlər və gil süxurları daxildir.
Qrafitin bir çox təsadüfi düzülmüş mikrokristallarından ibarət aktivləşdirilmiş karbonlar adətən təmizlənmə proseslərində və mayelərin və qazların (buxarların) ayrılması zamanı üzvi maddələrin udulması üçün istifadə olunur. Bu adsorbentlər uçucu maddələrin çıxarılması üçün bir sıra karbon tərkibli maddələrin (ağac, kömür, heyvan sümükləri, meyvə toxumları və s.) quru distillə edilməsi yolu ilə alınır. Bundan sonra karbon aktivləşdirilir, məsələn, 850-900 ° C temperaturda kalsine edilir, bu da qatranlı maddələrdən məsamələrin sərbəst buraxılmasına və yeni mikroməsamələrin meydana gəlməsinə səbəb olur. Aktivləşdirmə həm də məsamələrdən qatranların üzvi həlledicilərlə çıxarılması, atmosfer oksigeni ilə oksidləşmə və s. yolu ilə həyata keçirilir. Kömürlərin daha vahid strukturu kimyəvi üsullarla aktivləşdirildikdə əldə edilir: onları duzların isti məhlulları ilə müalicə etməklə (məsələn, sulfatlar, nitratlar və s.) və ya mineral turşular (sulfat, azot və s.).
Aktiv karbonların xüsusi səth sahəsi çox yüksəkdir və 6×105–17×105 m2/kq, kütlə sıxlığı isə 200–900 kq/m3 təşkil edir. Aktivləşdirilmiş karbonlar 1-7 mm ölçülü qeyri-bərabər formalı hissəciklər, diametri 2-3 mm və hündürlüyü 4-6 mm olan silindrlər və hissəcik ölçüsü 0,15 mm-dən az olan toz şəklində istifadə olunur. Aktiv karbonların sonuncu növü məhlulların ayrılması üçün istifadə olunur.
Aktiv karbonların əsas çatışmazlıqlarına onların alışqanlığı və aşağı mexaniki gücü daxildir.
Silisium gel - susuzlaşdırılmış silisium turşusu gel () - qütb birləşmələrinin adsorbsiyası üçün istifadə olunur. Qazların və mayelərin qurudulmasında, qaz fazasında üzvi maddələrin ayrılması və xromatoqrafiyada istifadə olunur. Silisium gel natrium silikatın (həll olunan şüşə) məhlulunu sulfat turşusu (bəzən xlorid turşusu) və ya turşu duzlarının məhlulları ilə müalicə etməklə əldə edilir. Yaranan gel su ilə yuyulur və son rütubət 5-7% olana qədər qurudulur, çünki bu rütubətdə silisium gel ən böyük adsorbsiya qabiliyyətinə malikdir. Silikagelin xüsusi səthi 4×105–7,7×105 m2/kq, kütlə sıxlığı 400–800 kq/m3-dir. Düzensiz formalı hissəciklərin ölçüsü kifayət qədər geniş diapazonda dəyişir - 0,2 ilə 7 mm arasında.
Silisium gellərin üstünlükləri onların yanmazlığı və aktiv karbonlara nisbətən daha böyük mexaniki gücüdür. Aktivləşdirilmiş karbonlarla müqayisədə silisium gellərin dezavantajı, onların daha aşağı xüsusi səth sahəsinə əlavə olaraq, rütubətin mövcudluğunda üzvi maddələrin buxarlarına nisbətən udma qabiliyyətinin kəskin azalmasıdır.
Sorbsiya xassələri baxımından onlar silikagellə sıx bağlıdırlar. alüminium gellər, alüminium hidroksidinin 600-1000 °C temperaturda istilik müalicəsi nəticəsində əldə edilir. Yaranan sorbentin məsamələrinin (92%) diametri 1-3 nm, xüsusi səth sahəsi 2 × 10 5 - 4 × 10 5 m 2 / kq; Belə bir sorbentin kütlə sıxlığı 1600-dir. Alüminium gelləri qazların qurudulması, sulu məhlulların və mineral yağların təmizlənməsi üçün istifadə olunur, katalizator və onların daşıyıcısı kimi istifadə olunur.
Seolitlər qələvi və qələvi torpaq metallarının oksidləri olan sulu alüminosilikatlar olan təbii və ya sintetik minerallardır. Bu adsorbentlər ölçüləri udulmuş molekulların ölçülərinə uyğun olan müntəzəm məsamə strukturu ilə seçilir. Seolitlərin özəlliyi ondan ibarətdir ki, adsorbsiya səthləri müəyyən diametrli pəncərələrlə bir-birinə bağlanır, onların vasitəsilə yalnız kiçik molekullar keçə bilir. Bu, seolitlərin adlandırılmasına səbəb olan müxtəlif ölçülü molekullarla qarışıqların ayrılması üçün əsasdır. molekulyar ələklər.
Qaz qarışıqlarını ayırmaq üçün seolitlər 1-dən 5 mm-ə qədər ölçüdə toplar və ya qranullar şəklində, maye qarışıqları ayırmaq üçün isə incə dənəli toz şəklində istifadə olunur.
Seolitlər qazların və mayelərin dərindən qurudulması, oxşar molekulyar çəkiyə malik maddələrin qarışıqlarının təmizlənməsi və ayrılması proseslərində, həmçinin katalizatorlar və onların daşıyıcıları kimi xüsusilə geniş istifadə olunur.
Mayeləri müxtəlif çirklərdən təmizləmək üçün adsorbent kimi təbii gil süxurlarından istifadə olunur. Bu gilləri aktivləşdirmək üçün kükürd və ya xlorid turşuları ilə işlənir və xüsusi məsamə səthi (1,0÷1,5)·10 5 m 2 /kq olan adsorbent alınır. Bəzi torf növləri mayeləri təmizləmək üçün də istifadə edilə bilər.
Qeyd edək ki, adsorbentlər həm də statik və dinamik aktivliklə xarakterizə olunur. Altında statik fəaliyyət adsorbsiya başlanmasından tarazlığın yaranmasına qədər adsorbentin vahid kütləsinə və ya həcminə görə udulmuş maddənin miqdarını başa düşmək. Bu fəaliyyət növü statik şəraitdə müəyyən edilir, yəni. qazların və ya məhlulların qarışığının hərəkəti olmadan. Qarışıq adsorbent təbəqədən keçdikdə, müəyyən bir müddətdən sonra adsorbent ekstraksiya edilmiş komponenti tamamilə udmağı dayandırır və bu komponentin "sıçrayışı" baş verir, bunun ardınca qarışıqda komponentin konsentrasiyasının artması baş verir. tarazlığa çatana qədər təbəqə. Sıxılma başlamazdan əvvəl adsorbentin vahid kütləsi və ya həcmi üçün udulmuş maddənin miqdarı deyilir dinamik fəaliyyət adsorbent. Dinamik aktivlik həmişə statik aktivlikdən az olur, ona görə də adsorbentin miqdarı onun dinamik aktivliyi ilə müəyyən edilir.
Adsorbsiya zamanı tarazlıq
Adsorbentdə udulmuş maddənin tarazlıq konsentrasiyası (kq/kq təmiz adsorbent) konsentrasiya funksiyası kimi göstərilə bilər. ilə və temperatur T:
və ya qismən təzyiq funksiyası kimi R və temperatur T qazın adsorbsiyası halında:
Harada ilə– kütləvi fazada adsorbent konsentrasiyası, kq/m3; R– kütləvi fazada adsorbentin qismən təzyiqi, Pa.
Konsentrasiya arasında 
qaz qarışığında adsorbsiya edilmiş maddə və onun qismən təzyiqi R, Clapeyron tənliyinə görə birbaşa mütənasiblik var:
Harada R– qaz sabiti, J/(kq K).
Sabit temperaturda və ya asılılıq deyilir adsorbsiya izotermi.
Adsorbsiya izotermləri əyrilərlə təsvir olunur, onların forması əsasən adsorbat və adsorbentin təbiəti və onun məsaməli strukturu ilə müəyyən edilir. Adsorbsiya proseslərini təhlil etmək üçün izoterm formalarının müxtəlifliyindən qabarıq və qabarıq olanları ayırmaq lazımdır (şək. 8.1). İzotermlərin ilkin kəsiklərinin xətti olduğunu qeyd etmək vacibdir.
Tarazlıq asılılıqları bir sıra empirik və nəzəri tənliklərlə təsvir olunur. Potensial adsorbsiya nəzəriyyəsinin inkişafı olan məsamələrin həcmli doldurulması nəzəriyyəsi adsorbsiya proseslərinin tarazlığını təsvir etmək üçün ən məhsuldar oldu.
Adsorbsiya potensialı altında A təzyiqlə tarazlıq qaz fazasından bir mol adsorbent köçürüldükdə adsorbsiya qüvvələrinin gördüyü işi başa düşmək. R adsorbsiya plyonkasının səthinə, yuxarıdakı təzyiqin adsorbentin doymuş buxar təzyiqinə bərabər olduğu qəbul edilir. pS nəzərdən keçirilir T.
düyü. 8.1. Qabarıq və konkav adsorbsiya izotermləri
Adsorbsiya potensialı əlaqə ilə ifadə edilir
(8.2)
Adsorbsiya prosesi zamanı mikroməsamələrin həcmi V n adsorbatla doldurulur, onun həcmi tarazlıq adsorbsiyasının dəyəri ilə hesablana bilər:
(8.3)
Harada M– adsorbatın molekulyar çəkisi; V– adsorbatın molyar həcmi.
Müəyyən edilmişdir ki, eyni adsorbentdə adsorbsiya olunan müxtəlif maddələr üçün eyni qiymətlərdə adsorbsiya potensialının nisbəti V n sabit və bərabərdir yaxınlıq əmsalı b, bu, verilmiş maddənin və standart maddənin maye halında olan molar həcmlərinin və ya paraxorların nisbətidir, dəyəri istinad kitabçasındadır.
Bir sıra mikroməsaməli adsorbentlər üçün adsorbsiya həcmlərinin müxtəlif dolu sahələrinin paylanması Qauss paylanması formasına malikdir:
(8.4)
Harada W 0 – mikroməsamələrin ümumi həcmi; E– paylama funksiyasının parametri.
(8.2) və (8.3) tənlikləri birlikdə həll edərkən, yaxınlıq əmsalı nəzərə alınmaqla, vahid məsaməli struktura (sintetik seolitlərə) malik mikroməsaməli adsorbentlər üçün adsorbsiya izotermlərini təsvir edən tənlik əldə edilmişdir:
Mürəkkəb mikroməsaməli strukturlara malik adsorbentlər üçün (mikroməsaməli silisium gelləri, aktivləşdirilmiş karbonlar)
(8.6)
adsorbanı xarakterizə edən sabitlər haradadır; T- temperatur.
Məsamələrin həcmli doldurulması nəzəriyyəsinə əsaslanan əlaqələrlə yanaşı, adsorbsiya tarazlığını təsvir etmək üçün bir sıra başqa tənliklərdən də istifadə olunur ki, bunların arasında ən məşhuru Langmuir tənliyidir.
Adsorbsiya.
Sorbsiya
Sorbsiya(latınca sorbeo - udmaq, çəkmək) bir maddənin hər hansı bir udulması prosesidir ( sorbtiva) başqaları ( sorbent), udma mexanizmindən asılı olmayaraq.
Sorbsiya mexanizmindən asılı olaraq adsorbsiya, udma, kimyosorbsiya və kapilyar kondensasiya fərqləndirilir.
Adsorbsiya
Adsorbsiya Bu interfeysdə baş verən bir prosesdir. O, yalnız qarşılıqlı təsir göstərən fazaların səth qatlarına təsir edir və bu fazaların dərin qatlarına yayılmır.
Adsorbsiya bir maddənin digərinin səthində toplanması hadisəsidir. Ümumiyyətlə, adsorbsiya interfeysdə maddənin konsentrasiyasının dəyişməsidir.
Absorbsiya
Absorbsiya, adsorbsiyadan fərqli olaraq, bu, təkcə faza interfeysini deyil, həm də yayılan bir prosesdir. sorbentin bütün həcmi üçün.
Absorbsiya prosesinə misal olaraq qazların mayedə həllini göstərmək olar.
Kimyasorbsiya
Kimyasorbsiya onların kimyəvi qarşılıqlı təsiri ilə müşayiət olunan bir maddənin digəri tərəfindən udulmasıdır.
Kapilyar kondensasiya
Kapilyar kondensasiya- kapilyarlarda buxarın mayeləşdirilməsi, bərk cisimlərdə çatlar və ya məsamələr.
Kondensasiya fenomeni fiziki adsorbsiyadan fərqlidir.
Beləliklə, sorbsiya prosesləri öz mexanizminə görə fərqlənir. Bununla belə, istənilən sorbsiya prosesi maye, qaz və ya bərk ola bilən təmas fazalarının sərhəddində adsorbsiya ilə başlayır.
Adsorbsiya
Bunu xatırladaq adsorbsiya bir maddənin digərinin səthində toplanması hadisəsidir. Ümumiyyətlə, adsorbsiya interfeysdə maddənin konsentrasiyasının dəyişməsini adlandırın.
Adsorbsiya istənilən fazalararası səthlərdə baş verir və istənilən maddə adsorbsiya oluna bilir.
Adsorbsiya tarazlığı, yəni. sərhəd qatı ilə bitişik fazalar arasında maddənin tarazlıq paylanması dinamik tarazlıqdır və tez qurulur.
Adsorbsiya temperaturun azalması ilə azalır.
Hələ fazanın həcmində olan udulmuş maddə deyilir adsorbtiv, udulmuş - adsorbat etmək. Səthində adsorbsiya baş verən maddə - adsorbent.
Adsorbsiya geri dönə bilən prosesdir. Əks adsorbsiya prosesi adlanır desorbsiya.
Adsorbsiya edilmiş maddələrin həlledicilərdən istifadə edərək adsorbentlərdən çıxarılması deyilir elüsyon.
fərqləndirmək molekulyar Və ion adsorbsiya. Bu fərq adsorbsiya olunandan - maddənin molekullarından və ya ionlarından asılı olaraq baş verir.
Mayelərin səthində adsorbsiya
Mayelərdə həll olunan maddələrin hissəcikləri mayelərin səthində adsorbsiya oluna bilər. Adsorbsiya həlledicinin səth təbəqəsi ilə onun daxili həcmi arasında həll olunan hissəciklərin paylanmasına təsir edən həll prosesini müşayiət edir.
Termodinamikanın ikinci qanununa uyğun olaraq, mayelərin səth enerjisi minimuma meyl edir. Təmiz həlledicilərdə bu enerji səth sahəsini azaltmaqla azalır.
Məhlullarda mayenin səth qatında hissəciklərin konsentrasiyasının dəyişməsi səbəbindən səth enerjisi azala və ya arta bilər.
Gibbs müəyyən edilmişdir ki, mayedə həll olunmuş maddənin paylanması elə baş verir ki, səthi gərilmənin maksimum azalması əldə edilir.
O, həmçinin adsorbsiya miqdarını təyin edən tənlik təklif etmişdir G, yəni mayenin içərisində eyni həcmdə bu maddənin məzmunu ilə müqayisədə təxminən bir molekul qalınlığı olan səth qatının 1 sm 2-də toplanan maddənin artıqlığı.
Harada Δσ - konsentrasiyanın dəyişməsinə uyğun olaraq səthi gərginliyin dəyişməsi ΔС.
Böyüklük Δσ/ΔСçağırdı səth fəaliyyəti.
Beləliklə, adsorbsiya G asılıdır səthi aktivlik dəyərləri Və C maddəsinin konsentrasiyası.
Səthi gərginlik azalırsa, adsorbsiya G Bu var müsbət dəyər.
Müsbət adsorbsiya. Səthi aktiv maddələr.
Bir maddə səthi gərilməni nə qədər aşağı salsa, səth qatında bir o qədər çox toplanacaq.
Səth təbəqəsində həll olunan maddənin konsentrasiyası maye həcminin qalan hissəsindən əhəmiyyətli dərəcədə yüksək olacaqdır. Yaranan konsentrasiyalar fərqi istər-istəməz diffuziyaya səbəb olacaq ki, bu da səth qatından mayeyə doğru yönələcək və bütün həll olunmuş hissəciklərin səth qatına tam keçidinə maneə olacaq. Səth təbəqəsində həll olunmuş maddə ilə maye həcminin qalan hissəsi arasında mobil adsorbsiya tarazlığı qurulacaq.
Səth qatında maddənin yığılması ilə müşayiət olunan adsorbsiya, müsbət adlanır. Onun həddi səth qatının adsorbsiya olunmuş maddə ilə tam doymasıdır.
Müsbət adsorbsiya edən maddələr də adlanır səthi aktiv maddələr (Səthi aktiv maddə). Sulu məhlullarda rolu Səthi aktiv maddə yağlı və difilik təbiətli maddələr (yağlar, ən çox yağ turşuları, ketonlar, spirtlər, xolesterin və s.) rol oynayacaq.
Mənfi adsorbsiya. Səthi aktiv olmayan maddələr.
Əgər məhlul səthi gərilməni artırarsa, o, səth təbəqəsindən adsorbentə itələnəcəkdir. Bu adsorbsiya adlanır mənfi.
Mənfi adsorbsiya həddi adsorbentin səth təbəqəsindən adsorbentə (həlledici) tam yerdəyişməsidir.
Konsentrasiyalardakı fərq nəticəsində diffuziya baş verəcək, səth qatına yönəldiləcək. Buna görə də, səth qatında həmişə müəyyən miqdarda adsorbent olacaqdır.
Səth gərginliyini kəskin şəkildə artıran maddələr, seyreltilmiş məhlulların səth qatında demək olar ki, yoxdur. Yalnız bu cür məhlulların konsentrasiyasının əhəmiyyətli dərəcədə artması, nəzərəçarpacaq miqdarda həll edilmiş maddənin səth qatına hərəkətinə səbəb olur ki, bu da səthi gərginliyin artması ilə müşayiət olunur.
Mənfi adsorbsiya edən maddələr deyilir səthi qeyri-aktiv.
Bioloji mayelərin adsorbsiyası və səthi gərilməsi
Qanda və hüceyrələrin protoplazmasında müxtəlif maddələrin mənfi və müsbət adsorbsiyası böyük əhəmiyyət kəsb edir. maddələr mübadiləsi canlı orqanizmlərdə.
Bioloji mayelərin səthi gərginliyi əhəmiyyətli dərəcədədir aşağıda sudan daha. Buna görə də, yağ turşuları və steroidlər kimi hidrofobik maddələr yığılacaq qan damarlarının divarlarında, hüceyrə membranlarında, bu membranlar vasitəsilə onların nüfuzunu asanlaşdırır.
Sulu məhlullardan adsorbsiya üçün polar ( hidrofilik) və qeyri-qütb ( hidrofobik) qrupları.
Beləliklə, butir turşusu molekulunda bir qütb qrupu var UNS və hidrofobik karbohidrogen zənciri:
Eyni zamanda hər iki növ qrupa malik olan molekullar adlanır difilik.
ilə difilik molekulda qısa hidrofobik zəncirüstünlük təşkil edir hidrofilik xüsusiyyətlərə malikdir, buna görə də belə molekullar mənfi adsorbsiya olunaraq suda yaxşı həll olunur.
Karbohidrogen zənciri uzandıqca molekulların hidrofobik xüsusiyyətləri artır və onların suda həllolma qabiliyyəti azalır.
Nəticə etibarı ilə səthi aktiv maddələrə həlledicidən daha az səthi gərginliyə malik olan və həlli müsbət adsorbsiyaya səbəb olan, səthi gərilmənin azalmasına səbəb olan difil strukturlu maddələr daxildir.
Səthi aktiv maddələr əks xüsusiyyətlərə malikdir.
Molekulların hidrofobik xüsusiyyətlərinin artması ilə eyni vaxtda onların səthi aktivliyi artır. Beləliklə, radikallar tərəfindən yağ turşularının, spirtlərin, aminlərin və s. –CH2– seyreltilmiş məhlullarda müsbət adsorbsiya qabiliyyətini artırır 3,2 dəfə(Traube-Duclos qaydası).
Əsasən hidrofobik xüsusiyyətlərə malik olan maddələrin molekulları (yüksək molekulyar çəkiyə malik yağ turşuları və s.) əsasən suyun səthində yerləşərək səth plyonkaları əmələ gətirir.
Az sayda belə molekullarla səth filmi əmələ gəlmir. Əgər çoxlu molekullar varsa, o zaman onlar bir-birinin ardınca düzülmüş şəkildə düzülür və onların hidrofobik hissələri su səthindən yuxarı qalxaraq Lenqmuir palisadını əmələ gətirir.
1 - amfifilik molekulların təsadüfi düzülüşü;
2 - Langmuir palisade;
3 - artıq molekullar;
4 - molekulların hidrofilik hissəsi;
5 - molekulların hidrofobik hissəsi;
Səth filmi hər biri suyun səthində müəyyən ərazi tutan molekulların monomolekulyar təbəqəsindən əmələ gəlir. Qatın qalınlığını və hər bir molekulun tutduğu sahəni hesablamaq olar.
Beləliklə, hər biri bir qütb qrupu olan yağ turşusu molekulları (butirik, valerik, kaprik turşuları və s.) suyun səthində bir sahə tutur.
21 10 -16 sm 2, karbohidrogen zəncirinin uzunluğundan asılı olmayaraq.
İki qütb qrupu olan yağ turşuları (məsələn, olein turşusu) iki dəfə, üç qütb qrupu olan molekullar (məsələn, tristearin) üç dəfə ərazini tutur və s.
Əsasən hidrofobik xüsusiyyətlərə malik bir maddə artıq olduqda, onun molekulları molekulyar filmin üstündə yerləşir.
Keson xəstəliyi
Səth filmlərinin meydana gəlməsi filtrasiya prosesini çox vaxt çətinləşdirir.
Hava-su interfeysində səthi aktiv maddə məhluldakı hava qabarcıqlarında adsorbsiya oluna bilər. Bu maddənin filmi qabarcıq ətrafında bir növ qabıq əmələ gətirir. Belə bir qabarcıq, filtrdəki dar məsamələrdən sıxıldıqda, kəskin deformasiyaya qadir deyil və buna görə də filtrdə filmsiz bir qabarcıqdan daha böyük deşikləri bağlaya bilər.
Böyük dərinliklərdə işləyən dalğıclar bəzən sözdə qarşılaşırlar dekompressiya xəstəliyi. Hava onların skafandrlarına təzyiq altında verilir və buna görə də, dalğıcların qanında çoxlu qazlar həll olunur.
Əgər səthə çox tez qalxsanız, skafandrlardakı təzyiq kəskin şəkildə azalır və qan qazlarının əhəmiyyətli bir hissəsi baloncuklar şəklində buraxılır, qanda olan səthi aktiv maddələrdən səthi bir film meydana gəldiyi.
Qaz baloncukları kiçik damarları bağlayır müxtəlif toxumalarda və orqanlarda, ağır xəstəliyə və ya hətta bir insanın ölümünə səbəb olur.
Bənzər bir patoloji yüksək hündürlükdə uçuşlar zamanı pilotların skafandrlarının və təyyarənin kabinələrinin təzyiqsizləşdirilməsi zamanı atmosfer təzyiqinin kəskin azalması nəticəsində də yarana bilər.
Dekompressiya xəstəliyini müalicə etmək üçün xəstə yüksək təzyiqin yarandığı təzyiq kamerasına yerləşdirilir. Qaz baloncukları yenidən qanda həll olunur. Bir neçə gün ərzində təzyiq kamerasında təzyiq yavaş-yavaş azalır. Bu müddət ərzində qandan artıq qaz tıxanma yaratmadan ağciyərlər vasitəsilə yavaş-yavaş çıxarılır.
Bərk maddələrlə adsorbsiya
Bərk maddələr qazları və buxarları, həmçinin həll olunmuş maddələrin molekullarını və ionlarını adsorbsiya edə bilər.
Adsorbsiyaya səbəb olan qüvvələrin təbiəti
Bərk cisimlərdə adsorbsiya kristal qəfəsdə balanslaşdırılmamış bağlar nəticəsində yaranan cəlbedici qüvvə sahələrinin olması ilə izah edilə bilər.
Bərk adsorbentin çıxıntılı sahələrində (aktiv mərkəzlərdə) adsorbsiya xüsusilə güclüdür. Belə ki proqnozlar bir parça kömür üzərində 4,5 dəfə oksigeni daha intensiv adsorbsiya edir, girintilərdən daha çox onun səthində.
Adsorbsiya qüvvələri aşağıdakılardan ibarətdir valent qarşılıqlı təsir qüvvələri(kimyəvi) və daha zəifdir van der Waals(fiziki). Müxtəlif adsorbsiya hallarında hər ikisinin rolu fərqlidir. Beləliklə, əksər qazların adsorbsiyasının ən başlanğıcında, onların təzyiqi aşağı olduqda, kimyəvi adsorbsiya müşahidə olunur. Artan təzyiqlə, əsasən qazların adsorbsiyasını təyin edən fiziki olaraq yol verir.
Adsorbsiya qüvvələri olduqca böyük ola bilər. Beləliklə, adsorbsiya edilmiş su molekullarını şüşədən tamamilə çıxarmaq üçün onu vakuumda güclü şəkildə qızdırmaq lazımdır.
Adsorbentlər, güclü qüvvə sahələrinə malik olmaqla, tamamilə adsorblanmış hissəciklərlə örtülmüş olur. Əhəmiyyətsiz adsorbsiya qüvvələri ilə yalnız daha aktiv mərkəzlər adsorbsiya edilmiş hissəciklərlə örtülür.
Adsorbsiyaya təkcə adsorbentin təbiəti deyil, həm də adsorbent təsir edir. Beləliklə, bərk adsorbentlərdə daha asan mayeləşən qazlar daha güclü adsorbsiya olunur, yəni. kritik temperaturu daha yüksək olan.
Adsorbsiyanın reversibilliyi
Adsorbsiya təmsil edir geri dönən proses. Adsorbsiya edilmiş hissəciklər sabit qalmır. Onlar adsorbentdə saniyənin yüzdə və mində bir hissəsi müddətində saxlanılır və desorbsiya edildikdə yeni hissəciklərlə əvəz olunur. Bundan əlavə, onlar adsorbent üzərində ciddi şəkildə sabitlənmirlər, lakin onun səthi boyunca hərəkət edə bilərlər. Nəticədə qurulur dinamik adsorbsiya tarazlığı sərbəst və adsorblanmış hissəciklər arasında.
Adsorbsiya dərəcəsi
Adsorbsiya sürəti müxtəlif adsorbentlərin praktiki istifadəsi üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir.
Məsələn, qaz maskasında qutudan keçən hava çox tez zəhərli maddələrin çirklərindən təmizlənməlidir, bu da yalnız adsorbsiya proseslərinin yüksək sürətində mümkündür.
Qeyd etmək lazımdır ki, qaz maskasında olan aktivləşdirilmiş karbon təkcə bir sıra zəhərli maddələr üçün adsorbent deyil, həm də bəzilərinin parçalanma reaksiyaları üçün katalizator rolunu oynayır.
Xüsusilə, aktivləşdirilmiş karbon fosgenin hidrolizini kataliz edir:
COCl2 + H2 O = HCl + CO2.
Temperaturun artması fiziki adsorbsiyanı azaldır, çünki bu adsorbsiya qatında molekulların hərəkətini artırır və adsorbsiya olunmuş molekulların oriyentasiyasını pozur, yəni. desorbsiya artır.
Digər tərəfdən, temperaturun artması adsorbsiya olunmuş hissəciklərin enerjisini artırır ki, bu da kimyəvi adsorbsiyanı gücləndirir.
Nəticədə, bəzi hallarda temperaturun artması desorbsiyanı artırır, digərlərində isə adsorbsiyanı artırır.
Beləliklə, əksər qazlar üçün artan temperatur adsorbsiyanı azaldır. Eyni zamanda, temperaturun -185-dən +20 ° C-ə qədər artması oksigenin platin tərəfindən adsorbsiyasını 10 dəfə artırır, çünki kimyəvi adsorbsiya artır.
Artan təzyiq qazlar və buxarlar adsorbsiyanı artırır.
Kapilyar kondensasiya
Buxar adsorbsiya zamanı sözdə kapilyar kondensasiya kömür və digər məsaməli adsorbentlər üzərində axan.
Kapilyarlarda kondensasiya olunmuş maye əmələ gəlir konkav menisküs, yuxarıda buxar düz bir səthdən daha aşağı təzyiqdə doymuş olur. Bu, adsorbentin kapilyarlarında buxarların kondensasiyasını artırır.
Kapilyar kondensasiya xüsusilə asanlıqla mayeləşən qazlarda özünü göstərir.
Kimyasorbsiya
Kimyosorbsiya zamanı maddə adsorbentlə kimyəvi reaksiyaya girir, Misal üçün:
O2 + 2Cu = 2CuO.
zamanı yeni yaranmışsa kimyosorbsiya Molekullar adsorbent maddənin dərinliyinə yayıldığı üçün sorbsiya tarazlığına nail olmaq daha yavaş baş verir, çünki bu, diffuziya sürətindən asılıdır.
Əgər at kimyosorbsiya Sorbentin səthində yayılmayan molekullar görünür, yəni. Film əmələ gələrsə, o, yavaşlayır və nəhayət, kimyosorbsiya prosesini dayandırır.
Beləliklə, oksigeni sorb edən bir alüminium boşqab, kimyasorbsiya prosesini tez dayandıran alüminium oksidi ilə örtülmüşdür:
4Al + 3O2 = 2Al2 O3.
Kimyasorbsiya, hər hansı kimyəvi reaksiya kimi ola bilər ekzo- və ya endotermik. Nəticə etibarı ilə temperaturun artması bəzi kimyosorbsiya proseslərini gücləndirir, digərlərini isə zəiflədir.
Adsorbsiya və kimyosorbsiyanı tam fərqləndirmək mümkün deyil. Adətən bu iki proses birlikdə baş verir.
Hədəf məhsulları əldə etmək üçün komponentləri qaz qarışıqlarından təcrid etmək, qaz və maye qarışıqlardan xarici çirkləri çıxarmaq, qurutma və digər hallarda sorbsiya qurğularından istifadə olunur. Sorbsiya - ətraf mühitdən qazların, buxarların və ya həll olunmuş maddələrin hər hansı bir orqanizm tərəfindən udulması ilə nəticələnən fiziki və kimyəvi proses. Sorbsiya anlayışına hər ikisi daxildir udma, belə ki adsorbsiya.
Absorbsiya - qazın həcmdə udulması, həmçinin qaz qarışığının bir və ya bir neçə komponentinin maye uducu (absorbent) tərəfindən seçici udulması. Qazın udulması ya onun absorbentdə həll olunması nəticəsində, ya da absorbentlə kimyəvi qarşılıqlı təsiri nəticəsində baş verə bilər. Birinci halda, proses çağırılır fiziki udma, ikincidə isə - kimyosorbsiya. Hər iki proses mexanizminin kombinasiyası da mümkündür.
Fiziki udma əksər hallarda geri çevrilir. Məhluldan udulmuş qazın buraxılması udma proseslərinin bu xüsusiyyətinə əsaslanır - desorbsiya . Absorbsiya və desorbsiya birləşməsi absorbentin təkrar istifadəsinə və udulmuş komponentin təmiz formada təcrid olunmasına imkan verir.
Absorbentlər homojen mayelər və ya maye həlledicidə aktiv komponentin məhlullarıdır. Bütün hallarda, absorbentlərə bir sıra tələblər qoyulur, bunlardan ən əhəmiyyətliləri yüksək udma qabiliyyəti, seçicilik, aşağı buxar təzyiqi, ümumi struktur materiallara (fiziki udma üçün, həmçinin qaz qarışıqlarının komponentləri ilə) münasibətdə kimyəvi təsirsizlikdir. qeyri-toksiklik, yanğın və partlayış təhlükəsizliyi, mövcudluq və aşağı qiymət.
Texnoloji nöqteyi-nəzərdən, ən yaxşı uducu, müəyyən bir proses üçün istehlakı daha az olan, yəni udulmuş maddənin həllolma qabiliyyətinin daha yüksək olduğudur. Buna görə də, absorbentlər əsasən onlarda udulmuş maddələrin həllolma qabiliyyətinə dair məlumatlar əsasında seçilir.
Qazın fiziki udulması prosesi istiliyin ayrılması və nəticədə absorbentin və onunla təmasda olan qaz qarışığının temperaturunun artması ilə müşayiət olunur. Temperaturun əhəmiyyətli dərəcədə artması ilə qazın həllində kəskin azalma mümkündür, buna görə absorberin tələb olunan performansını qorumaq üçün bəzi hallarda onu daxili və ya xarici soyutma elementləri ilə soyutmağa müraciət etmək lazımdır.
Absorbsiya proseslərində iki faza iştirak edir - qaz və maye. Qaz fazası udulmayan daşıyıcı qazdan və bir və ya bir neçə udulan komponentdən ibarətdir. Maye faza maye uducuda udulmuş (hədəf) komponentin məhluludur. Fiziki udma zamanı daşıyıcı qaz və maye uducu (uducu) ötürücü komponentə münasibətdə qarşılıqlı təsirsiz və təsirsiz olur.
Absorbsiya proseslərində tarazlıq fazaların uzun müddət təması zamanı yaranan vəziyyəti müəyyən edir və fazaların tərkibindən, komponentin və uducunun temperaturundan, təzyiqindən və termodinamik xüsusiyyətlərindən asılıdır.
Texnologiyada udma proseslərinin aşağıdakı əsas sxemlərindən istifadə olunur: birbaşa axınlı, əks axınlı, resirkulyasiyalı birpilləli və resirkulyasiyalı çoxpilləli.
Absorbsiya prosesi zamanı maddələrin qarşılıqlı təsirinin birbaşa axını diaqramı Şəkil 1-də göstərilmişdir. 1, a. Bu halda, qaz və uducu axınlar bir-birinə paralel hərəkət edir, paylanmış maddənin daha yüksək konsentrasiyası olan qaz, paylanmış maddənin daha az konsentrasiyası olan bir maye ilə təmasda olur və əksinə. Əks cərəyan udma sxemi Şəkildə göstərilmişdir. 1, b. Bu sxemə görə, aparatın bir ucunda paylanmış maddənin böyük konsentrasiyası olan təzə qaz və maye təmasda olur, əks ucunda isə daha kiçikdir. Təkrar dövriyyə sxemləri maye və ya qazın aparata təkrar qaytarılmasını nəzərdə tutur. Maye resirkulyasiyası olan dövrə Şəkildə göstərilmişdir. 1, c. Qaz aşağıdan yuxarıya doğru aparatdan keçir və orada paylanmış maddənin konsentrasiyası Yn-dən Yk-a dəyişir.Udulmuş maye aparatın yuxarı hissəsinə paylanmış Yn maddənin konsentrasiyası ilə verilir, sonra qazla qarışdırılır. maye aparatı tərk edir, bunun nəticəsində onun konsentrasiyası Xc-ə qədər artır. İşçi xətti diaqramda düz xətt seqmenti ilə təmsil olunur: onun ekstremal nöqtələri müvafiq olaraq Yn, Xk və Xk, Xc koordinatlarına malikdir. Xc dəyəri maddi balans tənliyindən müəyyən edilir.
düyü. 1. : a - birbaşa axın; b - əks axın; c - maye resirkulyasiyası ilə; g - qazın təkrar dövriyyəsi ilə; d - maye resirkulyasiyası ilə çox mərhələli; e - təkrar emal üçün istifadə olunan komponentin nisbətidir
Qazın təkrar dövriyyəsi ilə udma diaqramı Şəkildə göstərilmişdir. 1, d.Buranın maddi əlaqələri əvvəlkilərə bənzəyir və işçi xəttin mövqeyi Ac*(Yc, Xk) və B*(Yk, Xn) nöqtələri ilə müəyyən edilir. Yc ordinatı maddi balans tənliyindən tapılır. Tək mərhələli resirkulyasiya sxemləri birbaşa axın və ya əks axın ola bilər.
Çoxmərhələli resirkulyasiya sxemləri qaz və maye resirkulyasiyası ilə birgə cərəyanlı və ya əks cərəyanlı ola bilər. Şəkildə. 1, d hər mərhələdə mayenin təkrar dövriyyəsi olan çox mərhələli əks axın dövrəsini göstərir. Fəaliyyət xətləri bir neçə ayrı pilləli qurğuda olduğu kimi, hər bir mərhələ üçün ayrıca diaqramda çəkilir. Baxılan halda işçi xətti A1B1, A2B2 və A3B3 seqmentlərindən ibarətdir.
Təsvir edilən proseslərin təhlili belə bir nəticəyə gəlməyə imkan verir ki, uducu və ya qazın təkrar dövriyyəsi ilə bir mərhələli sxemlər, təkrar dövriyyəsi olmayan sxemlərlə müqayisədə aşağıdakı fərqlərə malikdir: təzə uducunun eyni axını sürətində, aparatdan keçən mayenin miqdarı. əhəmiyyətli dərəcədə böyükdür; Bu rejimin nəticəsi kütlə ötürmə əmsalının artması və prosesin hərəkətverici qüvvəsinin azalmasıdır. Maye və qaz fazalarında diffuziya müqavimətləri arasında müəyyən bir nisbətdə belə bir sxem aparatın ölçülərini azaltmağa kömək edə bilər. Aydındır ki, kütlə ötürülməsinə əsas müqavimət maddənin faza interfeysindən mayeyə keçididirsə və qazın resirkulyasiyası prosesin əsas müqaviməti maddənin qaz fazasından mayeyə keçidi olduqda, maye resirkulyasiyası məqsədəuyğundur. faza interfeysi.
Çoxmərhələli resirkulyasiya sxemləri birpilləli sxemlərin bütün üstünlüklərinə malikdir və eyni zamanda proses üçün daha böyük hərəkətverici qüvvə təmin edir. Buna görə də, çox mərhələli resirkulyasiya ilə sxemlərin variantları daha tez-tez seçilir.
Qeyd etmək lazımdır ki, absorbsiya prosesləri uducunun nisbi dəyişkənliyinin aşağı olması səbəbindən maddənin ötürülməsinin əsasən bir istiqamətdə - qaz fazasından maye fazaya keçməsi ilə xarakterizə olunur. Udulmuş bir maddənin qaz halından qatılaşdırılmış (maye) vəziyyətə keçməsi ondakı enerjinin azalması ilə müşayiət olunur. Beləliklə, udulma nəticəsində istilik ayrılır, onun miqdarı udulmuş maddənin miqdarı ilə onun kondensasiya istiliyinin məhsuluna bərabərdir. İstilik balansı tənliyindən istifadə edərək müəyyən edilən qarşılıqlı təsir göstərən fazaların temperaturunda əlaqəli artım maye fazada udulmuş maddənin tarazlıq tərkibini azaldır, yəni ayrılmanı pisləşdirir. Buna görə də, zəruri hallarda, udma istiliyini aradan qaldırmaq məsləhətdir.
Struktur olaraq udma cihazları istilik mübadiləsi, rektifikasiya, buxarlanma və qurutma cihazlarına bənzəyir. İş prinsipinə görə udma qurğuları səthi, qabarcıqlı və çiləmə üsulu ilə bölünə bilər.
2. Adsorbsiya. Adsorbsiya qurğularının konstruksiyaları, iş prinsipi
Adsorbsiya - qazların (buxarların) və ya mayelərin bərk maddələrin (adsorbentlərin) səthi tərəfindən udulması prosesi. Adsorbsiya hadisəsi adsorbentin molekulları ilə udulmuş maddə arasında cəlbedici qüvvələrin olması ilə bağlıdır. Digər kütlə ötürmə prosesləri ilə müqayisədə, ilkin qarışıqda ekstraksiya edilmiş komponentlərin az olması halında adsorbsiya ən təsirli olur.
Adsorbsiyanın iki əsas növü var: fiziki və kimyəvi(və ya kimyosorbsiya). Fiziki adsorbsiya, udulmuş maddənin molekulları ilə adsorbent (dispersiya və ya van der Vaals) arasındakı qarşılıqlı təsir qüvvələri ilə yaranır. Bununla belə, adsorbentin səthi ilə təmasda olan molekullar onun səthini doyurur, bu da adsorbsiya prosesini pisləşdirir. Kimyəvi adsorbsiya mühitlə adsorbent arasında kimyəvi qarşılıqlı əlaqə ilə xarakterizə olunur və bu, adsorbentin səthində yeni kimyəvi birləşmələr əmələ gətirə bilir. Hər iki adsorbsiya növü ekzotermikdir.
Bir maddənin qaz və maye fazalarından adsorbsiya edilmiş vəziyyətə keçməsi bir dərəcə sərbəstliyin itirilməsi ilə əlaqələndirilir, yəni sistemin entropiyasının və entalpiyasının azalması ilə müşayiət olunur, buna görə də istilik buraxılır. Bu zaman adsorbsiyanın diferensial və inteqral istilikləri arasında fərq qoyulur; birincisi çox az miqdarda maddə udulmuş (2 q/100 q adsorbent), ikincisi - adsorbent tam doymuşa qədər udulmuş zaman ayrılan istilik miqdarını ifadə edir. Hər bir adsorbsiya prosesində temperaturun artması adsorbsiya istiliyindən və qaz (buxar) axınının kütlə sürətindən, bu axının və adsorbentin istilik diffuziyasından, adsorbsiya olunan maddənin miqdarından və onun konsentrasiyasından asılıdır. Adsorbentin adsorbsiya qabiliyyəti temperaturun artması ilə azaldığından, mühəndis hesablamalarında prosesin ekzotermik xarakteri nəzərə alınmalıdır. Böyük istilik buraxılmaları üçün onlar adsorbent təbəqəni soyutmağa müraciət edirlər.
Adsorbsiya prosesləri bir və ya bir neçə komponentin qaz (buxar) qarışıqlarından və məhlullarından udulmasına (adsorbsiya edilməsinə), sonra isə digər şəraitdə bərk fazadan ayrılmasına (desorbsiya edilməsinə) imkan verən seçicilik və geri dönmə qabiliyyəti ilə fərqlənir. Bu halda seçicilik adsorbentin və adsorbsiya olunan maddələrin təbiətindən, udulmuş maddənin maksimum xüsusi miqdarı da onun ilkin qarışıqda və temperaturda konsentrasiyasından, qazlarda isə təzyiqdən asılıdır.
Adsorbentlər yüksək inkişaf etmiş məsamə səthinə malik məsaməli cisimlərdir. Məsamələrin xüsusi səthi 1000 m2/q-a çata bilər. Adsorbentlər 2-dən 6 mm-ə qədər ölçüləri olan tabletlər və ya toplar, həmçinin hissəcik ölçüsü 20-dən 50 mikrona qədər olan tozlar şəklində istifadə olunur. Adsorbentlər kimi aktivləşdirilmiş karbon, silisium gel, alüminosilikatlar, seolitlər (molekulyar ələklər) istifadə olunur.Adsorbentlərin mühüm xarakterik xüsusiyyəti onların aktivliyidir ki, bu da tarazlıq şəraitində adsorbentin vahid kütləsinə düşən adsorbsiya olunmuş maddənin kütləsi kimi başa düşülür. Adsorbentin fəaliyyəti:
burada M udulmuş komponentlərin kütləsidir; G adsorbentin kütləsidir.
Adsorbentlər də xarakterizə olunur qoruyucu fəaliyyət vaxtı, bu adsorbent təbəqədən çıxışda udulmuş maddələrin konsentrasiyasının dəyişmədiyi vaxt kimi başa düşülür. Adsorbentin daha uzun işləmə müddəti ilə, adsorbentin fəaliyyətinin tükənməsi ilə əlaqəli udulmuş komponentlərin sıçrayışı baş verir. Bu vəziyyətdə, adsorbentin bərpası və ya dəyişdirilməsi lazımdır.
Adsorbentlərin və adsorbsiya olunan maddələrin müxtəlifliyinə görə adsorbsiyanın vahid nəzəriyyəsi hələ də işlənməmişdir. Van der Vaalsın cəlbedici qüvvələrinin həlledici rol oynadığı adsorbsiya proseslərinin qanunları adsorbsiyanın potensial nəzəriyyəsi ilə qənaətbəxş şəkildə təsvir edilə bilər. Bu nəzəriyyəyə görə adsorbentin səthində polimolekulyar adsorbsiya təbəqəsi əmələ gəlir, molekulların enerji vəziyyəti səthdən olan məsafədən asılı olan və asılı olmayan adsorbsiya potensialının qiyməti ilə müəyyən edilir. temperaturda. Adsorbsiya potensialı haqqında ən böyük məlumat adsorbentin səthindədir. Potensial nəzəriyyə məsamə ölçüləri udulmuş molekulların ölçüləri ilə müqayisə edilə bilən adsorbentlərdə adsorbsiya proseslərinə şamil edilir. Belə hallarda qat-qat deyil, məsamələrin həcmli doldurulması var.
Monomolekulyar adsorbsiya prosesini təsvir etmək üçün ən çox istifadə olunan nəzəriyyə Lenqmyor nəzəriyyəsidir ki, bu nəzəriyyəyə əsasən adsorbentin səth atomunda və ya molekulunda kompensasiya olunmayan qüvvələr hesabına adsorbsiya olunmuş molekul səthdə müəyyən müddət saxlanılır. Adsorbsiya səthin xüsusi nöqtələrində - adsorbsiya mərkəzlərində baş verir. Adsorbsiya və desorbsiya proseslərində iştirak edən material axınları daşına bilən və “inert” komponentlərdən ibarətdir. Birincisi bir fazadan digərinə keçən maddələrə, ikincisi isə belə köçürmədə iştirak etməyənlərə aiddir. Bərk fazada “inert” komponent adsorbentdir.
Adsorbsiya prosesinin sürəti adsorbsiya edilmiş maddənin adsorbentin səthinə daşınması şərtlərindən (xarici transfer), həmçinin adsorbsiya edilmiş maddənin adsorbsiya dənələrinə keçməsindən (daxili transfer) asılıdır. Xarici ötürmə sürəti prosesin hidrodinamik şəraiti ilə, daxili ötürülmə isə adsorbentin strukturu və sistemin fiziki-kimyəvi xassələri ilə müəyyən edilir.
Adsorbsiya prosesləri əsasən aşağıdakı üsullarla həyata keçirilir:
1) sabit adsorbent təbəqəsi ilə;
2) adsorbentin hərəkətli təbəqəsi ilə;
3) mayeləşdirilmiş adsorbent yatağı ilə.
Adsorbsiya proseslərinin sxematik diaqramları Şek. 2.
düyü. 2. : a - sabit bir adsorbent təbəqəsi ilə; b - adsorbentin hərəkətli təbəqəsi ilə; c - mayeləşdirilmiş adsorbent yatağı ilə
Qranul adsorbentdən istifadə edərkən stasionar (şəkil 2, a) və hərəkət edən (şəkil 2, b) adsorbentləri olan sxemlərdən istifadə olunur. Birinci halda, proses vaxtaşırı həyata keçirilir. Əvvəlcə adsorbent L-dən buxar-qaz qarışığı G keçir və o, udulmuş maddə ilə doyurulur; bundan sonra yerdəyişən B maddəsi keçir və ya adsorbent qızdırılır, beləliklə desorbsiya (adsorbentin regenerasiyası) həyata keçirilir.
İkinci halda, adsorbent L qapalı sistemdə dövr edir: onun doyması aparatın yuxarı - adsorbsiya zonasında, regenerasiyası isə aşağı - desorbsiya zonasında baş verir. Toza bənzər adsorbentdən istifadə edərkən, dövriyyədə olan mayeləşdirilmiş adsorbentlə sxemdən istifadə edin (şəkil 8.2, c).