Беттік активсіз заттардың ерекшелігі мен сипаты еріткішпен салыстырғанда, беттік керілуі артық және жақсы ериді. Оларға барлық бейорганикалық электролиттер жатады: қышқылдар, негіздер, тұздар, құмырсқа қышқылы (НСООН), аминсірке қышқылы (H2NCH2COOH) сияқты кейбір органикалық қосылыстар. Ендеше беттік активсіз заттар суда ерігенде, судың беттік керілуін жоғарылатады, өйткені олар өзінің полюсті бөлігімен судың ішкі жағына ортасына ұмтылады да ерітінді бетіндегі концентрация төмендейді.
Сондай-ақ еріген кезде еріткіштің беттік керілуіне ешбір әсер етпейтін заттар да бар екенін айта кеткен жөн. Мұндай қосылыстардың қатарына қантты және қант тектес заттарды жатқызуға болады. Олардың сипатын жан-жақты зерттеу нәтижесінде осы заттардың молекулалары беткі қабат пен бүкіл көлем аралығында бір қалыпты таралатыны анықталды, мысалы қант молекуласы судың бүкіл көлемінде бірдей концентрациямен таралады екен.
Жоспар: 1. Қатты дене-ерітінді жанасу бетіндегі адсорбция
2. Қатты дене-газ жанасу бетіндегі адсорбция
Газдардың қатты денемен жанасу бетінде адсорбциялануы екі компоненттен тұратын ең қарапайым система. Көптеген тәжірбиелер көрсетіп отырғандай, адсорбцияланған газдың мөлшері оны адсорбциялайтын активті беттің ауданы көбейген сайын артады екен. Үлекен 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 күйіндегі адсорбент, кристалды күйіндегіден гөрі әлдеқайда артықтау адсорбциялайды, яғни аморфты күйіндегі адсорбенттің адсорбциялау қабілеті басым. Қолданылмалы жағдайда қатты адсорбенттер ретінде ағаштан және сүйектен алынатын активтелген көмір, селикагель, оксидін тотықсыздандыру арқылы алынған аса жоғары дисперстелген (ұнтақталған) 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 мақсатымен оны термиялық әдіспен өңдейді. Бұл процесс су буы мен көміртек (ІV) оксидінің атмосферасындағы 973-1173 К темпе-ратурада жүреді. Мұндай жағдайлардағы ағаш көмірі көміртек (ІV) оксидімен және су буымен әрекеттесіп, көміртек (ІІ) оксидін және сутек түзеді.
Осы өңдеу нәтижесіндегі көмір құрылымының өзгеруі 37-суретте көрсетілген. 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 м2 ауданға теңеледі. Әрине мұнда үлкен молекулалық күш өрісі туындайды да, ол көмір- газ арасаындағы жанасу беттегі энергия қорын артырады. 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 құбылыстың соңынан бос жүрген молекулалар арасында динамикалық тепе-теңдік орнайды. Мұндай динамикалық тепе-теңдікке жету жылдамдығы әр түрлі газдар үшін әр мәнде болады: мысалы, активтелген көмір көміртек (IV) оксидін адсорбциялағанда тепе- теңдік 20 секундтан кейін орнаса, оттекті адсорбциялағанда 2,5 сағатта, ал азотты адсорбциялағанда 20 сағатта орнайды екен. Ал адсорбция жылдамдылығының 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 жоғарлатады.
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-фосгеннің активтелген көмір бетінде адсорбция әсерінен ұсталып, сонан соң оның катализдік процесс салдарынан ыдырауын келтіруге болады: COCI2 + H2O → 2HCI + CO2 немесе хлорпикрин улы қосындысын алсақ: CCI3 NO2 + 2H2O → CO2 + 3 HCI + HNO3 Көптеген тәжірибе көрсетіп отырғандай, адсорбция құбылысы тек өзіне сіңіретін заттың ғана қасиеті мен құрылысына тәуелді емес, ол ондағы сіңетін заттың да сипатына байланысты екен (11- таблицада тұрақты қысым кейбір газдардың көмірге адсорбциялануы келтірілген).
Қатты дене мен ерітінді аралығында өтетін адсорбция кезінде адсорбцияланған зат мөлшерінің концентрацияға тәуелділігі Фрейндлих теңдеумен өрнектеледі:
х
— = K ∙Cn m
х
мұндағы — - адсорбент бірлік массасының бірлігінде m
адсорбцияланған зат мөлшері (х - адсорбцияланған зат мөлшері; m – адсорбенттің массасы, г); С – адсорбциялық теңдік орнағаннан кейінгі концентрация, моль/л; К және n – константалар, n<1. К және n мәндерін табу үшін 4 -теңдеуді логарифимдейді:
х
Ig — = Ig K + n Ig C
m
Ордината осімен Ig x/m мәндерін, ал абсцисса осі бойымен Ig C мәндерін алынса, түзу сызық аламыз (1- сурет).
1-cурет. Қатты дене – сұйықтық жанасу шегіндегі адсорбция изотермасы (а) және Фрейндлих теңдеуіндегі константаларды анықтау графигі
(б) ОА кесіндісі Ig K шамасына тең, ал түзу сызықтың абцисса осімен қиылысу бұрышының тангенсі n шамасын береді (tg=n)
Фрейндлих теңдеуі нашар немесе мүлдем диссоциацияланбайтын тұтас молекула күйінде адсорбцияланатын заттар үшін қолданылады. Заттардың адсорбциялануы еріген заттың және еріткіштің табиғатына және адсорбент бетінің құрылысы мен табиғатына байланысты.
