АДСОРБЦИЯЛЫҚ ҚҰБЫЛЫСТЫҢ ЖАЛПЫ СИПАТТАМАСЫ

Берілген дененің (заттың) дисперстілік дәрежесі жоғарылаған сайын, ол өзінің көбейген бетіне басқа дененің көп бөлшегін сіңі-реді. Еріген немесе газ қалпындағы заттардьщ қатты дене немесе сұйықтың бетіне өздігінен жиналып, шоғырлана келіп, қоюлану кұбылысын сорбция деп атайды. Әдетте өзіне басқаны сіңіруші затты — сорбент, ал оған сіңірілетін затты сорбтив деп атайды. Ал сорбцияға кері құбылысты десорбция дейді. Сорбтив бөлшектері» сорбентке қаншалықты терең сіңуіне байланысты және ондағы пайда болатын өзара әсер мен байланыс күшіне, табиғатына сәй-кес сорбция құбылысын карастырады. Егер сіңіру дененін тек бет-кі қабатында ғана жүретін болса, онда оны адсорбция деп атайды. Мұнда да сіңіруші затты адсорбент, ал сіңірілетін затты адсорбтив деп атайды.

Сорбент пен сорбтив бөлшектерінің табиғаты мен өзара әре-кеттесу сипатына орай, сорбция құбылысын физикалық және хи-миялық деп бөледі. Физикалық сорбция әлсіз және қайтымды. Ол тек молекулааралық, яғни ван-дер-ваальстік күш әсерімен жүзеге асады. Ал химиялық сорбцияны көбіне хемосорбция деп те айтады

164және ол қайтымсыз, өйткені ол артық не бос валенттілік арқылы іске асады. Хемосорбцияның өзі онан әрі жіктеле келіп, абсорбция-лық және адсорбциялық болып бөлінеді. Бұл бөлулер тек шартты ғана.

Капилляр (жіңішке түтікше) конденсациялы сорбциялық про-цестер деп аталатын құбылыстың негізгі мәні тек сіңіруде ғана емес, мысалы, активті көмірдің өз бойына газдар мен буларды сіңіретіні сияқты, жеңілдетілген қатты қуыс сорбенттердің өз бо-йына конденсациялануымен де ерекше мәнде болады. Қапилляр-лы конденсация ең әуелі оңай да жеңіл қысылатын (сығылатын) газдарда жиі кездеседі.

Капиллярлық конденсация дегеніміз қатты дене (сорбент) қуысында бу сияқты заттардың (сорбтивтердің) конденсацияла-нуы. Конденсация құбылысы температураға, бу серпімділігіне, капилляр диаметріне, қатты сорбенттің беткі қабатының өзіне сұйық күйдегі сорбтивті жұқтыру қабілетіне байланысты. Ондағы капилляр түтігі жіңішке болған сайын және олардың қабырғасы сұйық күйдегі сорбтивті өзіне жақсы жұқтырғанда да конденса-циялану тезірек жүреді.

Абсорбция дегеніміз сорбент массасына диффузия арқылы газ енгендегі сорбция қүбылысы. Ол берілген бір заттьщ (сорбтивтің) екінші бір затта (сорбентте) еру құбылысына пара-пар. Фаза ара-ларындағы заттың таралуы Генри заңына бағынады. Қазір абсорбциялық құбылыстар өнеркәсіпте кеңінен қолданылуда. Мы-салы, өнеркәсіптегі тұз қышқылын өндіру толығымен хлорлы су-тек газын судың абсорбциялау құбылысына негізделген. Нақ осы құбылысқа, яғни газдардың абсорбциясына сүйеніп газдарды зиянды қоспадан тазартады, газ қоспасын бөледі.

Хемосорбция дегеніміз сіңетін және сіңіретін заттар арасын-дағы әрекеттесу терең жүру нәтижесінде жаңа химиялық зат пайда болатын процесс. Бұған мысал ретінде натронды ізбестің көміртек (IV) оксиді мен күкірт (IV) оксидін өзіне сіңіріп, кар-бонат пен сульфат тұздарын түзетінін келтіруге болады. Хемо-сорбцияны физикалық сорбция мен абсорбциядан осы кұбылыстар кезінде бөлінетін жылу шамасын өлшеп, ажыратуға болады.

Адсорбция құбылысы. Термодинамиканың екінші заңына сәй-кес бос энергия қоры бар системалар сияқты заттардың жанасу шегінде де бос энергия қоры болғандықтан, ол өздігінен осы энергияны азайтуға ұмтылады. Бұл адсорбция және басқа да физикалық құбылыстардың жүруіне тікелей не жанама ықпал етеді екен. Адсорбция дегеніміз екі фазаның жанасу шегіндегі заттар концентрациясының өздігінен өзгеруі немесе әдетте біреуі қатты зат болып келетін екі фазаның жанасу шегіндегі беткі қа-батта бір фаза концентрациясыньщ жоғарылауы. Қалыптасқан терминологияға сәйкес бетіне басқа зат жинақталатынды — ад-сорбент, жинақталушыны — адсорбтив немесе адсорбат дейді.

Адсорбент бетінің 1 см²-на сіңген заттың мөлшерін меншікті (үлесті) адсорбция (Г) деп айтады. Іс жүзінде кез келген адсор-бент бетін өлшеу мүмкіндігі бола бермейтіндіктен, 1 кг адсор-

165

бентке адсорбцияланған адсорбцияны мольмен өлшеп, А әрпімен белгілейді:

(167)

Адсорбция (А) мен меншікті адсорбция арасындағы байланыс былайша өрнектеледі:

 (168)

Берілген адсорбент пен адсорбтив үшін меншікті адсорбцияның шамасы адсорбтив газ күйінде болса температура (Т) мен қысымға (р), ал ерітінді болса температура (Т) мен концентрацияға (С) тәуелді. Адсорбция шамасы (168) теңдеу арқылы өрнектелетін болса, онда меншікті адсорбция температура мен кон-центрациядан (қысымнан) басқа адсорбенттің беткі қабатынын ауданына да тәуелді болады. Температура, меншікті адсорбция және концентрация (қысым) сияқты уш өлшемнің математика-лық түрғыдан өзара функционалды байланыста болатынын жал-пы термодинамикалық теңдеумен өрнектеуге болады:

! (169)

f Г, Т, С)=0 немесе f (Г, Т, р)=0 Г= f (Т, С) немесе Г= f(Т, р)

Бұл теңдеулерден адсорбция изотермасы (T=сопзt🙂 деп атала-тын және оны сипаттайтын қосымша теңдеу туындайды:

(170)

Гf C немесе Г =f(p)

Көптеген зерттеулер көрсеткендей адсорбция қайтымды про-цесс. Адсорбция журетін беткі қабаттарда орналасқан молекула-лар аса мыкты бекітілмеген. Олардыц кейбіреулері адсорбенттің тартылыс куші әсер ететін шектен шығьга кетуі мумкін, яғни ад-сорбенттің бетінен бөлініп, өзін қоршаған ортаға кетеді. Мұны десорбция дейді. Бул екі құбылыс белгілі бір мерзімде адсорб-циялық системада тепе-теңдік жағдайын тудырады:

адсорбциядесорбция

Мұндай тепе-теңдік жағдайда белгілі мерзім аралығындағы ад-сорбент бетшен бөлініп, басқа жаққа кеткен, яғни десорбциялан-ған бөлшектер саны осы уакыт аралығында екінші ортадан бөлі-ніп, адсорбцияланған бөлшектер санына тең болады.

Адсорбция процесі экзотермиялық, демек оны Ле-Шателье принципіне сәйкес төмендеу температурада жургізу тиімді. Тә-жірибе көрсетіп отырғандай, температура жоғарылаған сайын ад-сорбция кезіндеп әр бөлшектің ішкі жылуы, ішкі энергиясы ар-тып, атомдық не молекулалық тербелісі жиілеп, адсорбция мен десорбция процестері арасында орнаған тепе-теңдік бірте-бірте десорбция багытына қарай ығыса бастайды. Сондай-ақ адсорбцияға экзотермиялық және қайтымдылық сияқты құбылыстармен қатар, бұл процеске өте аз шамадағы активтендіру энергиясы тән екен. Адсорбігая процесіндегі энергетикалық кедергі төмен болғандықтан, ол жоғары жылдамдықпен жүреді. Сондықтан

166

энергетикалык тұрғыдан алғанда адсорбция экзотермиялық құ-былыспен байланысты жүретін қайтымды реакцияға ұксас екен. Длайда адсорбциядағы жылу зффектісінің мәні қайтымды экзо-термиялық реакция мен хемосорбцияныкінен төмен болады.

Көбіне адсорбция өз табиғаты мен құрамына орай сұрыпталып жүреді. Мысалы, бұрында қарастырылган активтелген көмір ам-миакты да, хлорды да жақсы адсорбциялайды, ал ол көміртек (II) оксидін адсорбцияламайды. Демек, кәдімгі улы газдан қорғана-тын аспапты өрт сөндіргенде қолдануға болмайды, өйткені бұл аспаптағы негізгі улы газды адсорбциялайтын зат— активтелген көмір және өрт кезіндегі негізгі газ — көміртек (II) оксиді.