Факторы, влияющие на молекулярную адсорбцию

1. Растворитель (среда). Молекулы растворенного вещества и среды – конкуренты в борьбе за активные центры, поэтому, чем хуже адсорбируется среда на адсорбенте, тем лучше происходит адсорбция растворенного вещества. Можно считать, что чем больше поверхностное натяжение самой среды, тем меньше её молекулы склонны к адсорбции, тем полней адсорбция растворенного вещества. По этой причине адсорбция на твердом теле хорошо идет из водных растворов и хуже из растворов углеводородов, спиртов и других органических жидкостей со сравнительно малым поверхностным натяжением.

2. Природа адсорбента. Поверхности адсорбентов бывают гидрофильные (смачиваемые водой) и гидрофобные (несмачиваемые водой). Из водных растворов следует вести адсорбцию на гидрофобных адсорбентах, а из углеводородных сред - на гидрофильных. Так, в адсорбционной терапии широкое применение нашел активированный уголь, обладающий гидрофобной поверхностью. Для очистки нефтепродуктов от примесей используют различные сорта гидрофильных глин.

3. Природа адсорбата. По правилу уравнивания полярности Ребиндера (1898-1972), вещество С может адсорбироваться на поверхности раздела фаз А и В в том случае, если его присутствие приводит к уравниванию полярностей этих фаз.

Полярность фазы можно характеризовать величиной ε – диэлектрической проницаемостью. Чем больше ε, тем больше полярность фазы.

Исходя из правила Ребиндера, можно записать ε_В >ε_С > ε_А или ε_В < ε_С< ε_А. Пользуясь правилом уравнивания полярностей, можно сделать ряд выводов, касающихся адсорбции ПАВ из растворов. Так, для адсорбции ПАВ из водных растворов следует использовать неполярные (гидрофобные) твердые тела. В этом случае выполняется условие ε (адсорбента) < ε (ПАВ) < ε (Н₂О)_. Адсорбция будет тем больше, чем значительнее разница ε (адсорбента) _– ε (Н₂О)_.

При адсорбции молекулы ПАВ строго ориентированы: полярная часть направлена в воду, неполярная – к адсорбенту (Рис. 12 а).

Рис.12 Ориентация молекул ПАВ на границе твердое тело-раствор

Этим правилом объясняется тот факт, что в водных растворах стирального порошка (ПАВ) гораздо легче и быстрее стираются синтетические ткани, чем хлопчатобумажные или льняные, т.к. последние являются более полярными, а значит, ε (Н₂О) – ε (синтетика) > ε (Н₂О) – ε (х/б), и адсорбция стирального порошка на синтетической ткани больше, чем на хлопчатобумажной или льняной.

Для адсорбции ПАВ из неполярных растворителей (бензола, толуола и др.) следует использовать полярные (гидрофильные) адсорбенты (силикагель, глину и др). Ориентация молекул ПАВ такова: неполярный углеводородный радикал направлен в неполярный растворитель, а полярная часть молекулы взаимодействует с полярным адсорбентом (Рис. 12 б). В этом случае выполняется неравенство

ε (бензол) < ε (ПАВ) < ε (адсорбент).

Можно отметить и частные правила

1. С увеличением молярной массы растворенного вещества его адсорбционная способность возрастает.

2. Ароматические соединения адсорбируются лучше, чем алифатические.

3. Непредельные органические соединения адсорбируются лучше, чем предельные.

4. При адсорбции предельных органических кислот и спиртов соблюдается правило Дюкло-Траубе.

Замечание: частные правила не выполняются для адсорбции на мелкопористых адсорбентах.

4. Температура. С ростом температуры величина адсорбции уменьшается, что указывает на физический характер процесса.

Молекулярная адсорбция из растворов на твердом адсорбенте широко используется в медицинской практике. Так, при отравлениях применяется активированный уголь, способный адсорбировать газы, алкалоиды, барбитураты, токсины из ЖКТ. С 60-ых годов ХХ в. адсорбционные методы используются для прижизненного удаления токсических веществ из биологических жидкостей. С этой целью через слой сорбента пропускаю кровь, плазму и лимфу. Соответственно эти процессы называют гемо-, плазмо- и лимфосорбцией.

Гемосорбция была первым методом, использованным для лечения отравлений. Техника этой процедуры довольно проста: цельную кровь, взятую из артериальной системы организма, пропускают через колонку с адсорбентом, после чего вновь возвращают в организм. Недостатком гемосорбции является контакт адсорбента с клеточными частицами крови (эритроцитами, тромбоцитами, лейкоцитами), в результате чего некоторые виды адсорбентов (активные угли) могут вызывать травму клеток. Для устранения этого недостатка было предложено заключать частицы угля в полупроницаемые мембраны. Такой вариант представляет собой комбинацию мембранного и адсорбционного методов очистки.

Чисто адсорбционный характер очистки сохраняется, если через сорбент пропускать не цельную кровь, а бесклеточную среду – плазму. Плазмосорбция применяется в клинической практике с середины 70-ых годов ХХ в.

Явления химических превращений при усвоении питательных веществ обычно начинаются с накопления реагирующих веществ на поверхности природных катализаторов – ферментов. Проникновение веществ в организм через полупроницаемые перегородки также связано с адсорбцией, происходящей на поверхности раздела.

В санитарно - гигиенической практике молекулярная адсорбция используется для очистки питьевой воды и сточных вод промышленных предприятий. Фильтрующие сорбенты на основе природных глин находят применение в пищевой промышленности для очистки пищевых растворов, сиропов, соков и растительных масел.