第五章.固体表面对溶液中溶质的吸附

当一溶液与固体表面接触时，固体表面将会吸附溶质。用途：可利用该现象从溶液中分离溶质，同时也可用来研究固体表面的状态；染色、色层分离；离子交换、分散、润湿的调节第五章固体表面对溶液中溶质的吸附正如绪论所说：吸附是许多界面现象的原因。固体对溶质的吸附比较复杂，下面分别加以讨论。①低分子的吸附：活性炭从水溶液中吸附脂肪酸的吸附等温线如图所示：吸附量随浓度的增加而增加，且趋于定值。这一规律符合Langmuir方程式。（单分子层吸附）am－饱和吸附量，K是与溶质有关的常数。mmol/g0.050.100.150.200.51.01.52.0浓度mol/l1~5------甲~戊酸12345ccmKKaa1多分子吸附实例：硬脂酸在碳酸钙上的吸附，其吸附量变化的特点：①不呈现稳定趋势；②吸附量因溶解硬脂酸的溶剂种类不同而有显著差异。原因：多分子层吸附无饱和量。表面吸附不仅吸附溶质，也吸附溶剂。存在竞争吸附性。硬脂酸在碳酸钙上的吸附0.050.100.150.200.51.01.52.0浓度mol/lmmol/g2.界面活性剂的吸附与脂肪酸等低分子量物质相比，界面活性剂的吸附能力很强，它在极低浓度下就能在固体表面达到很高的吸附量。右图为氧化铝吸附水溶液中十二烷基磺酸钠时的吸附等温线。同时也示出了氧化铝ξ电位在吸附量变化时的变化规律。表面活性剂浓度mol/l吸附量mol/cm210-510-410-310-210-1310-1210-1110-10403020100-10-20-30PZR区域1区域2区域3ξ电位第一区是低浓度时的吸附情况，表面活性剂与氯离子之间的竞争吸附（氯离子为调节离子强度时引入的），属离子交换型吸附。吸附发生在氧化铝粒子周围的双电层的扩散层部分。因此这一区域内的吸附并不引起ξ电位的变化。第二区吸附等温线的斜率急剧增大，ξ电位也急剧变化。此时吸附发生在双电层内侧的stern层中，因为吸附使得氧化铝粒子表面电荷被中和。第三区吸附等温线的斜率又变小。这时的吸附又趋于平滑，ξ电位则发生变号，这点为2区和3区的交界处，把该点叫做ξ电位逆转点，PZR。这种现象的产生是由于stern层吸附饱和后，又发生了双分子层吸附所致。因为表面活性剂的烷基链具有疏水性，促使活性剂分子向固体表面聚集。于是促进了双分子层吸附的发生。链越长，吸附量也越大。碘化银粒子对不同链长的烷基吡啶离子的吸附情况见图：浓度吸附量一区二区三区1231-C16PyBr2-C12PyBr3-C8PyBr由图可见，链长越长，吸附量越大。固体粒子上界面活性剂粒子的吸附过程单分子吸附多分子吸附高分子吸附特征高分子体积大，形状可变，因而其吸附具有独特性。①分子形状与溶剂的种类有关良好溶剂中高分子舒展为带状，而不良溶剂中则呈卷曲状。②高分子在固体表面吸附时，会变形，并形成多点吸附且脱附困难。③因体积大，移动慢，向固体内孔扩散，将受到阻力，所以吸附平衡慢。高分子吸附方程式：高分子吸附一般随分子量增大而增大。假定相对分子量为M，饱和吸附量为mX则有：amKMXa为与相对分子质量有关的常数；K为与溶剂有关的常数。＝常数；mXa＝1时，吸附量与M成正比，被吸附分子垂直于固体界面。0a0.5时，界于上述二者之间。a＝0时，吸附量与分子相对分子质量无关，吸附时分子平均在固体表面上，影响吸附的因素及规律1.使固体界面自由焓降低最多者易被吸附。Γ甲酸Cmol/l各种脂肪酸水溶液表面张力和浓度的关系乙酸丙酸丁酸活性炭对脂肪酸的吸附极性减小Cmol/l吸附量活性炭自脂肪酸水溶液中的吸附等温线甲酸乙酸丙酸丁酸2.溶解度越小的物质越易被吸附,溶解度越小，其化学势越大，因而自溶液中逃离的倾向也越大，越易被吸附。3.极性对应者易被吸附,极性吸附剂易于吸附极性溶质，优先吸附极性强者。非极性吸附剂易于吸附非极性溶质，优先吸附非极性强者。Cmol/l吸附量不同溶解度的吸附等温线C6H6溶解度:12.43mol/lCCl4溶解度:4.18mol/l4.温度的影响5.吸附剂性质的影响（PH值的影响；电解质的影响）加入中性盐时，随电解质浓度增加，将使表面双电层压缩。被吸附的表面活性离子之间斥力减弱，容易吸附更多的表面活性离子。10-10mmol/cm2平衡浓度ｍmol/l吸附量未加盐加盐利用固体对界面活性物质及高分子物质等的吸附，能够调节固体粒子在液体中的分散性。应用领域：涂料、化妆品、工业废水处理等。长链化合物（表面活性剂）对分散性的调节固体粉末易于分散在能润湿其粒子表面的溶液中。反之，在不易润湿固体表面的溶液中，固体粒子则不易分散。溶液中吸附的应用1.对分散度的调节2.应用实例：①利用固体对界面活性物质及高分子物质等的吸附，能够调节固体粒子在液体中的分散性，这在涂料工业，化妆品工业及工业废水处理中很有用；②利用吸附原理可制成色谱分离柱～制备色谱