Адсорбация

Адсорбация

Поверхностный слой может улавливать из окружающей среды такие молекулы, которые способны «насытить» свободные силы сцепления молекул-пограничников. Эти силы связывают молекулы слоя с уловленными молекулами. При этом поверхностная энергия уменьшается без изменения поверхности. Такой процесс называется адсорбцией, а вещества, молекулы которых связываются с поверхно­стью,— поверхностно-активными веществами.

Адсорбцию используют для очистки газов и жидкостей от примесей и вредных веществ, для извлечения из растворов ценных продуктов, например соединений редких металлов. Вещества улавливаются на поверхности адсор­бентов — тонкопористых тел, пронизанных мельчайшими открытыми каналами. Таковы специально приготовленные активные угли, или силикагели; их получают обезвоживанием студ­ней кремнекислоты. Поверхность одного грам­ма таких высокодисперсных адсорбентов до­стигает 1000 м²! Адсорбенты применяют и как катализаторы — ускорители химических реак­ций. Молекулы веществ, активируясь на поверх­ности в порах адсорбента, легче реагируют друг с другом, и скорость реакции повышается во много раз. Именно так действуют катализаторы при получении аммиака, серной кислоты и в других важнейших химических производствах. Главная роль поверхностно-активных веще­ств в том, что они сильнейшим образом изме­няют свойства поверхности тел и условия взаи­модействия этих тел. Для этого требуется очень мало поверхностно-активного вещества — столь­ко, чтобы покрыть поверхность адсорбента сло­ем в одну молекулу. При самой плотной упа­ковке молекула этого слоя занимает площадку в виде квадратика со стороной около 4,5Е. Следовательно, площадь, занимаемая молеку­лой, равна (4,5•10^-8)²=20•10^-16см². Значит, на

1 м² приходится

Свойства адсорбционных слоев помогают нам управлять технологическими процессами: отмывать загрязнения с любых материалов, приготовлять устойчивые суспензии и эмуль­сии или, наоборот, быстро их разрушать, делать поверхности смачиваемыми или, наоборот, не смачиваемыми водой. Поверхностно-активные вещества позволили разработать флота­цию — эффективный метод обогащения полезных ископаемых, т. е. отделения их ча­стиц от пустой породы. Частицы ценного мине­рала, сделавшись благодаря тончайшему адсорб­ционному слою несмачиваемыми, при переме­шивании в воде прилипают к пузырькам возду­ха и выносятся ими наверх, в пену, а хорошо смачиваемые частицы породы остаются в воде и оседают на дно. Флотационные процессы помогают добывать свинец, цинк, медь, золото, платину и все редкие и ценные металлы, обо­гащать фосфориты, серу, уголь, железную руду, использовать самые бедные руды, которые пре­жде невыгодно было разрабатывать. Во всем мире на огромных флотационных фабриках обогащаются ежегодно миллионы тонн руд­ных и нерудных ископаемых.

С помощью поверхностно-активных веществ можно делать не смачиваемыми ткани и волокна. Они остаются пористыми, пропускают пары, «дышат», но не впитывают и не пропускают воду.