БУДОВА АДСОРБЦІЙНИХ ШАРІВ

Залежно від концентрації і характеру взаємодії адсорбованих молекул ПАР будова адсорбційних шарів може бути різним - пластинчастим, трубчастим, везикулярним і ін.

При малих концентраціях ПАР молекули з нс дуже довгими радикалами (п <12) утворюють газоподібні шари. В цьому випадку радикали позбавлені можливості взаємодіяти між собою (рис. 2.15)

Газоподібний адсорбційний шар ПАР

Мал. 2.15. Газоподібний адсорбційний шар ПАР

На кордоні вода - повітря полярна група дифільної молекули ПАР втягується в воду, а неполярний вуглеводневий радикал виштовхується в неполярну фазу - повітря. Ці радикали як би розпластані по поверхні, вільно по ній пересуваються, які не взаємодіючи один з одним. Такий стан адсорбційного шару подібно двовимірним газу, при цьому молекули пересуваються по поверхні тільки в двох вимірах.

З ростом концентрації ПАР число молекул в поверхневому шарі збільшується і вони набувають вертикальну орієнтацію ( «частокіл»). У таких конденсованих шарах виникає щільно упакований (насичений) мономолекулярний шар (рис. 2.16 і 2.17).

модель молекулярної

Мал. 2.16. модель молекулярної

Орієнтація молекул ПАР частоколу на кордоні коду-масло

Мал. 2.17. Орієнтація молекул ПАР частоколу на кордоні коду-масло

При вертикальній орієнтації в стані молекулярного частоколу зміна довжини ланцюга нс змінює площі, зайнятої молекулою в поверхневому шарі, отже, нс змінює числа молекул, що припадають на одиницю площі. Так припустив Ленгмюр, зараз це підтверджено рентгенографически.

У насиченому адсорбционном шарі поверхню води виявляється суцільно вкритою вуглеводневими ланцюгами; значення поверхневого натягу при цьому зменшується, наближаючись до значення, характерного для чистого ПАР на межі з повітрям. Такий шар кількісно характеризується величиною граничної адсорбції Г ^ . Гранична адсорбція Г ^ являє собою число молей речовини, що адсорбується

на одиниці поверхні, за умови освіти щільно упакованого мономолекулярного (насиченого) шару.

Величина Г '(ємність моношару) залишається постійною для даного

гомологічного рада. При гаком розташуванні молекул площа, зайнята молекулою в поверхневому шарі, не змінюється зі зміною довжини вуглеводневої радикала. Аналіз ізотерм адсорбції, незважаючи на нерівності за правилом Дюкло - Траубе, виявляє таку закономірність:

в записі якої індекси відповідають речовинам, згаданим на с. 59.

При переході до іншого гомологічного ряду величина Г ' дещо змінюється.

Незалежність граничних значень адсорбції від природи кислоти (довжини вуглеводневої радикала) пов'язана з певним розташуванням молекул в поверхневому шарі, однаковим для молекул зі схожим будовою.

При менших концентраціях, але при наявності досить великих сил взаємодії між молекулами, можливе утворення на поверхні нс суцільних конденсованих шарів, а острівців щільно упакованого моношару (рис. 2.18).

Ненасичений адсорбційний шар ПАР

Мал. 2.18. Ненасичений адсорбційний шар ПАР

Молекули в деяких випадках можуть бути орієнтовані і під кутом до поверхні. Конденсовані шару дають речовини з досить довгою вуглеводневої ланцюгом (рис. 2.19).

Модель са.моассоціаціі на поверхні в дискретні міцели

Мал. 2.19. Модель са.моассоціаціі на поверхні в дискретні міцели

Для йоногенних ПАР освіту адсорбційного шару супроводжується такою орієнтацією, що в результаті утворюється подвійний електричний шар (рис. 2.20).

Освіта ДЕС за участю ПАР

Рис 2.20. Освіта ДЕС за участю ПАР

Якщо схематично представляти адсорбцію нема на протяжної, а на невеликій (сферичної) твердої поверхні, то образи, представлені на рис. 2.21 і 2.22, цілком підходять для ілюстрації.

Орієнтація молекул на кордоні неполярний тверде тіло - водний розчин ПАР

Мал. 2.21. Орієнтація молекул на кордоні неполярний тверде тіло - водний розчин ПАР

Орієнтація молекул на кордоні полярне тверде тіло - розчин ПАР в неполярной рідини (олії)

Мал. 2.22. Орієнтація молекул на кордоні полярне тверде тіло - розчин ПАР в неполярной рідини (олії)

Мономолекулярний характер заповнення поверхневого шару свідчить про прагнення адсорбції до граничного (максимального) значення Р = Р тах (частіше граничну адсорбцію позначають як Г ^).

Ізотерма гиббсовской адсорбції має вигляд кривої, плавно переходить в плато - горизонтальний ділянку, коли досягається це граничне значення і при збільшенні концентрації величина адсорбції далі залишається постійною (рис. 2.1 Од). Однак насправді відомо велика кількість форм ізотерм, що зустрічаються на практиці.

На рис. 2.23 і 2.24 наведено приклади ізотерми, які описують адсорбцію олеата натрію C 17 H 33 COONa на мінеральному адсорбенті - тальку при різних умовах.

Ізотерма адсорбції олеата мафія па тальку при різних температурах

Мал. 2.23. Ізотерма адсорбції олеата мафія па тальку при різних температурах:

/ - 2 0 ° С, 2 - 30 ° С, 3 - 45 ° С. 4 - 60 ° С

Ізотерми адсорбції олеата натрію на тальку при pH

Мал. 2.24. Ізотерми адсорбції олеата натрію на тальку при pH:

1 - pH = 5; 2 - pH = 7; 3 -pH = 9

В даний час механізм адсорбції ряду систем вивчений настільки повно, що навіть деяким аспектам її присвячені окремі монографії (рис. 2.25).

РНС. 2.25. Можливе будова адсорбційних шарів:

а і б - трубчастий; віг - пластинчатое

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >