Бағдарламасы студенттері үшін шымкент, 2023 2

132 
1. Гиббс адсорбциялық изотермия теңдеуі. Қатты адсорбенттегі адсорбция. Беттік 
керілу күші деп сұйық бетін шектейтін сызықтың бірлік өлшеміндегі ауданға әсер етуші
күшті айтады. Әдетте беттік құбылыстарды талқылағанда беттегі бос беттік энергия
деп айтпайды, тек ғана беттік керілу дейді. Мұның басты себебі беттік керілу деген 
ұғым 
сұйық-гал 
немесе 
сұйық-сұйық, 
сияқты системалардағы жанасу шегінде жиі 
кездеседі және оның мәнін тікелей өлшеп табуға болады. Таза сұйықтардың беткі 
қабатының құрамы оның бүкіл көлеміндегі құраммен бірдей болады. Сондықтан да 
еріткіште кез келген затты еріткенде үш түрлі жай болуы мүмкін: берілген заттың 
еріткіште еруі оның беттік керілісін өзгертпейді; берілген заттың еріткіште еруі 
еріткіштің беттік керілуін жоғарылатады; берілген заттың еріткіште еруі оньвд беттік 
керілуін төмендетеді. 
Термодинамиканың екінші заңына сәйкес беттік энергия өзінің ең кіші мәніне 
ұмтылатындықтан, берілген зат еріткіштің беттік керілуін төмендетсе, оның беткі 
қабатындағы еріген заттың концентрациясы ерітіндінің көлеміндегіден артық болуы 
керек. Ал еріткіштің беттік керілісін арттыратын болса, онда ерітіндінің беткі 
қабатындағы еріген заттың концентрациясы ерітінді көлеміндегіден кем болуы керек. 
Олай болса, 
сұйық-газ 
жанасу шегінде еріген зат концентрациясы өзгереді, яғни
адсорбция құбылысы байқалады. 
Сұйық-газ 
жанасу шегіндегі адсорбцияны 
қатты дене 
— 
газ 
жанасу шегіндегі 
адсорбция процесімен салыстырсақ, ол өзіне тән кейбір сипаттамалармен ерекшеленеді 
екен. Біріншіден, сұйық бетіндегі бөліктердің бірдей немесе бір сипатта болуы адсорбтив 
молекулаларының белгілі бір бөліктерге бағытталуын, жиірек шоғырлануын 
болдырмайды. Екіншіден,адсорбтив молекулаларының, сұйықтағы беткі қабатта емін-
еркін жылжып жылулық қозғалыста болуға мүмкіндігі бар. Сол сияқты қатты 
адсорбенттің беткі қабатын анықтаудан сұйықтыңадсорбциялайтын беткі қабатынын 
ауданын дәл есептеп,өлшеу жеңіл. 
Барлық еритін заттар өздерінің, 
сұйық 
— 
газ 
жанасу шегіндегі адсорбциялану 
қабілетіне қарай екі топқа бөлінеді: беттік активті заттар; беттік активсіз заттар. Енді
олардың әрқайсысына жеке тоқталайық. 
Газдардың қатты денемен жанасу бетінде адсорбциялануы екі компоненттен 
тұратын ең қарапайым система. Көптеген тәжірибелер көрсетіп отырғандай, 
адсорбцияланған газдың мөлшері оны адсорбциялайтын активті беттің ауданы көбейген 
сайын артады екен. Үлкен мәндегі адсорбция құбылысын жүргізу үшін сіңіретін заттың 
активті беті (ауданы) үлкен болуы қажет. Адсорбенттің өзіне сіңіру қабілеті, оның тек 
қуыстығымен ғана анықталып қоймастан, оның физикалық күйімен де сипатталады: 
айталық, аморфты күйдегі адсорбент, кристалды күйдегіден гөрі әлдеқайда артықтау 
адсорбциялайды, яғни аморфты күйдегі адсорбенттің адсорбциялау қабілеті басым. 
Қолданылмалы жағдайда қатты адсорбенттер ретінде ағаштан және сүйектен 
алынатын активтелген көмір, силикагель, оксидін тотықсыздандыру арқылы алынған аса 
жоғары дисперстелген (ұн-тақталған) металдар жиі қолданылады. Активтелген көмірді 
арнайы жағдайдағы шартқа сәйкес, ағаштардың арнайы түрін өңдеп алады. Осылайша 
алынған ағаш көмірі әлі активті емес. Оны активтендіру үшін, яғни ағаш көмірінің активті 
бетін көбейту максатымен оны термиялык әдіспен өңдейді. Бұл процесс су буы мен 
көміртек (IV) оксидінің атмосферасында 973—1173 К температурада жүреді. Мұндай 
жағдайдағы ағаш кемірі көміртек (IV) оксидімен және су буымен әрекеттесіп, көміртек (II) 
оксидін және сутек түзеді. Активтелген көмір улы газдармен жұмыс істегенде, 
өнеркәсіптегі өндірістік ауаны тазартуда қолданылады. 
Активтелген көмірдің өте жоғары адсорбциялық қабілет көрсетуі ондағы активті 
беттің жақсы дамуында. Мысалы, мұндай активтелген көмірдің бір грамындағы қуыс 
беттерді жинастырса, онда ол 300—1000 м
2
ауданға теңеледі. Әрине мұнда үлкен 
молекулалық күш өрісі туындайды да, ол 
көмір 
— 
газ 
арасындағы жанасу беттегі энергия 

133 
қорын арттырады. Осы беттегі бос энергия есебінен газ көмір бетіне адсорбцияланады, 
яғни активті көмір бетіндегі газ концентрациясы артып, айналадағы газ азаяды. 
Көптеген зерттеулер көрсеткендей, газ молекулаларының активті көмір бетінде болу 
мерзімі өте аз екен; ол адсорбент бетінде бір секундтың жүзден, тіпті, мыңнан бір 
бөлігіндей ғана уақыт болып, басқа бөлшекпен ауысады. Бұл кұбылыстың соңында бос 
жүрген молекулалар арасында динамикалық тепе-теңдік орнайды. Мұндай динамикалық 
тепе-теңдікке жету жылдамдығы әр түрлі газдар үшін әр мәнде болады: мысалы, 
активтелген көмір кеміртек (IV) оксидін адсорбциялағанда тепе-теңдік 20 секундтан кейін 
орнаса, оттекті адсорбциялағанда 2,5 сағатта, ал азотты адсорбциялағанда 20 сағатта 
орнайды екен. Ал адсорбция жылдамдығы-ның маңызы ерекше. Мысалы, улы газдармен 
жұмыс жүргізгендегі адсорбциялық құбылыстың жылдамдығы өзінен-өзі ерекше, өйткені 
оны тез арада тазаламаса, онда мұндай ортада жұмыс істеу мүмкін емес. Кейде оның 
жылдамдығын улы газ өтетін адсорбент қабатын қалындату арқылы да арттырып, 
адсорбция әсерін жоғарылатады. 
Улы газдармен жұмыс істегенде одан қорғаушы құрал ретінде қолданылатын 
аспаптағы активтелген көмір көптеген улы газдар мен қосылыстарды өзіне адсорбциялап, 
ұстап қана қоймай олардың басым көпшілігіне катализатор ретінде әсер етіп, ыдыратады. 
Мысалға аса улы қосылыс — фосгеннін, активтелген көмір бетінде адсорбция әсерінен 
ұсталып, сонан соң оның катализдік процесс салдарынан ыдырауын келтіруге болады: 
СОС1
2
+ Н
2
О=>2НСI + СО
2 
немесе хлорпикрин улы қосылысын алсақ: 
CC1
3
NO
2
+ 2Н
2
О=>СО
2
+ 3HC1 + HNO
3
Көптеген тәжірибе көрсетіп отырғандай, адсорбция құбылысы тек өзіне сіңіретін 
заттың ғана қасиеті мен кұрылысына тәуелді емес, ол ондағы сіңетін заттың да сипатына 
байланысты екен (11-таблицада тұрақты қысым кезінде кейбір газдардың көмірге 
адсорбциялануы келтірілген). 

жүктеу/скачать 4,58 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: