Адсорбциялық құбылыстың жалпы сипаттамасы

Берілген дененің (заттың) дисперстілік дәрежесі жоғарлаған сайын, ол өзінің көбейген бетіне басқа дененің көп бөлшегін сіңіреді. Еріген немесе газ қалпындағы заттардың қатты дене немесе сұйықтың бетіне өздігінен жиналып, шоғырлана келіп, қоюлану құбылысын сорбция дейді. Әдетте өзіне басқаны сіңіруші затты – сорбент, ал оған сіңірілетін затты сорбтив дейді. Ал сорбцияға кері құбылысты десорбция дейді. Сорбтив бөлшектері сорбентке қаншалықты терең сіңіуіне байланысты және ондағы пайда болатын өзара әсер мен байланыс күшіне, табиғатына сәйкес сорбция құбылысын қарастырады. Егер сіңіру дененің тек беткі қабатында жүретін болса, онда оны адсорбция дейді. Мұнда да сіңіруші затты адсорбент, ал сіңірілетін затты адсорбтив дейді.

Сорбент пен сорбтив бөлшектерінің табиғаты мен өзара әрекеттесу сипатына орай, сорбция құбылысын физикалық және химиялық деп бөледі. Физикалық сорбция әлсіз және қайтымды. Ол тек молекулааралық, яғни ван-дер-ваальстік күш әсерімен жүзеге асады. Ал химиялық сорбцияны көбіне хемосорбция дейді және ол қайтымсыз, өйткені ол артық не бос валенттілік арқылы іске асады. Хемосорбцияның өзі онан әрі жіктеле келіп, абсорбциялық және адсорбциялық болып бөлінеді. Бұл бөлулер тек шартты ғана.

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

Капиллярлық конденсация дегеніміз қатты дене (сорбент) қуысында бу сияқты заттардың (сорбтивтердің) конденсациялануы. 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 конденсациялану тезірек жүреді

Абсорбция дегеніміз сорбент массасына диффузия арқылы газ енгендегі сорбция құбылысы. Ол берілген бір заттың (сорбтивтің) екінші бір затта (сорбентте) еру құбылысына пара-пар. Фаза араларындағы заттың таралуы Генри заңына бағынады. Қазір абсорбциялық құбылыстар өнеркәсіпте кеңінен қолданылуда. Мысалы, өнеркәсіптегі тұз қышқылын өңдіру толығымен хлорлы сутек 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 арасындағы әрекеттесу терең жүру нәтижесінде жаңа химиялық зат пайда болатын процесс. Бұған мысал ретінде натронды ізбестің көміртек (IV) оксиді мен күкірт (IV) оксидін өзіне сіңіріп, карбонат пен сульфат тұздарын түзетінін келтіруге болады. Хемосорбцияны физикалық сорбция мен абсорбциядан осы құбылыстар кезінде бөлінетін жылу шамасын өлшеп, ажыратуға болады.

Адсорбция құбылысы. Термодинамиканың екінші заңына сәйкес бос энергия қоры бар жүйелер 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 қабатта бір фаза концентрациясының жоғарылауы. Қалыптасқан терминологияға сәйкес бетіне басқа зат жинақталатынды – адсорбент, жинақталушыны - адсорбтив немесе адсорбат дейді.

Адсорбент бетінің 1см²-на сіңген заттың мөлшерін меншікті адсорбция (Г) деп атайды. Іс жүзінде кез келген адсорбент бетін өлшеу мүмкіндігі бола бермейтіндіктен, 1кг адсорбентке адсорбцияланған адсорбцияны мольмен өлшеп, А әрпімен белгілейді:

A = x / m (15)

Адсорбция (А) мен меншікті адсорбция арсындағы байланыс былайша

өрнектеледі:

А = Г∙ S₀ (16)

Берілген адсорбентпен адсорбтив үшін меншікті адсорбцияның шамасы адсорбтив газ күйінде болса температура (Т) мен қысымға (p), ал ерітінді болса температура (Т) мен концентрацияға (С) тәуелді. Адсорбция шамасы (16) теңдеу арқылы өрнектелетін болса, онда меншікті адсорбция температура мен концентрациядан (қысымнан) басқа адсорбенттің беткі қабатының ауданына да тәуелді болады. Температура, меншікті адсорбция және концентрация (қысым) сияқты үш өлшемнің математикалық тұрғыдан өзара функционалды байланыста болатынын жалпы термодинамикалық теңдеумен өрнектеуге болады.:

Г= f (Т ‚С) немесе Г= f (Т‚ p) }

f = (Г‚ Т‚ С) = 0 немесе f (Г‚ Т‚ p) =0 } (17)

Бұл теңдеулерден адсорбция изотермасы (Т= const) деп аталатын және оны сипаттайтын қосымша теңдеу туындайды:

Г= f (С) немесе Г= f (p) (18)

Көптеген зерттеулер көрсеткендей адсорбция қайтымды процесс. Адсорбция жүретін беткі қабаттарда орналасқан молекулалар аса мықты бекітілмеген. Олардың кейбіреулері адсорбенттің тартылас күші әсер ететін шектен шығып кетуі мүмкін, яғни адсорбенттің бетінен бөлініп, өзін қоршаған ортаға кетеді. Мұны десорбция дейді. Бұл екі құбылыс белгілі бір мерзімде адсорбциялық жүйеде тепе-теңдік жағдайын тудырады: