Адсорбция газа это поглощение газов, паров или жидкостей поверхностью определенного вещества, например вода и активированный уголь.
В основном применяют адсорбцию газа в промышленности в виде фильтров, которые могут комбинировать жидкости и твердые адсорбирующие вещества.
Что такое адсорбция газов
Адсорбция газа, например, оксида азота (IV), углем и процесс десорбции при нагревании, а также адсорбцию из раствора окрашенных веществ обычно проводят в колбе.
Адсорбцию газов и паров (хлороводорода, оксида серы (IV), паров брома и др.) целесообразно показать так, чтобы можно было наблюдать уменьшение давления в сосуде с манометрической трубкой (рис. , а).
Или в бюретке (рис.,б). Если окрашенные вещества из раствора адсорбируются углем в колбе, то после взбалтывания суспензию фильтруют через обыкновенный фильтр.
Рис. Приборы для демонстрации адсорбции газов:
а-с манометрической трубкой, б — с бюреткой, 1- бюретка или манометрическая трубка, 2 — колба с адсорбентом, 3 — стакан с водой.
Более наглядно этот опыт можно продемонстрировать в стеклянной трубке, древесным углем (рис. 2).
Адсорбционные свойства угля
В дугообразную трубку 1 помещают активированный уголь, а в трубку 2— отработанный адсорбент.
При открытом кране 4 склянка 6 не наполняется оксидом азота (IV), а склянка 7 при открытом кране 5 и закрытом 4 заполняется бурым газом, так как последний может поглотиться лишь в трубке 1 со свежеприготовленным углем.
Комбинированная очистка газа: сначала газ пропускают через жидкость, где он очищается от примесей путем их поглощения (адсорбция газа).
А затем газ поступает в слой угля, где он адсорбируется на поверхности твердых частиц.
Подобные устройства иллюстрируют принцип действия промышленных фильтров.
Хроматографический метод разделения смесей основан на различных поглощающих свойствах адсорбентов.
Например, порошкообразного оксида алюминия или карбоната кальция, силикагеля, целлюлозы, крахмала, а также и на свойствах поглощаемых веществ.
1 — трубка, 2 — активированный уголь, 8 — слой стеклянной ваты, 4 — пробка с трубкой, 5 — стакан 6 — воронка.
Разделение катионов меди и кобальта
Рассмотрим хроматографический способ разделения катионов меди и кобальта из растворов, содержащих обе эти соли.
Для проведения опыта стеклянную колонку заполняют адсорбентом — оксидом алюминия— и пропускают через нее смесь растворов солей меди и кобальта.
Спустя некоторое время на колонке появляются два пояса различного цвета.
Верхний пояс будет иметь синий цвет, сообщаемый гидратированными ионами меди, а нижний пояс — розовый цвет (окраска гидратированных ионов кобальта).
Из этого опыта заключают, что катионы меди и кобальта адсорбируются оксидом алюминия неодинаково: ионы меди удерживаются прочнее, чем ионы кобальта, которые проходят через адсорбент быстрее, вследствие чего возникают наблюдаемые цветные пояса.
Представляет интерес воспроизведение исторического опыта М. С. Цвета (1906 г.) по разделению пигментов хлорофилла как пример межпредметных связей биологии и химии.
Приведем пример полного разделения
Готовят трехслойный адсорбент: нижний слой высотой 2 см из Аl2O3 (для адсорбции каротина), средний слой высотой 4 см из СаСO3 (для адсорбции ксантофилла) и верхний слой высотой 6 см из сахарной пудры (для адсорбции хлорофилла А и В).
В качестве растворителя используют смесь петролейного эфира, бензола и метанола (45 мл + 5 мл+15 мл).
Вместо этой смеси можно ограничиться обычно используемой смесью этанола и бензина (или гексана).
Для проявления первичной хроматограммы колонку с адсорбентом промывают смесью бензина и бензола (4: 1) или этанола и гексана.
На дно адсорбционной колонки помещают комок ваты. Порошкообразные адсорбенты приливают малыми порциями при встряхивании (для уплотнения).
Трубку закрывают новым ватным тампоном и приливают в колонку приготовленный растворитель. Через некоторое время появляются окрашенные зоны.
Адсорбироваться и десорбироваться веществ
При ионообменной адсорбции ионы, находящиеся в растворе, могут вытеснять ионы из адсорбента, занимая их место, так что электронейтральность раствора сохраняется.
Различают катионообменную и анионообменную адсорбцию, осуществляемую ионообменными смолами:
1. Катионитами (RH).
2. Анионитами (ROH).
Если ионообменную колонку заполнить катионитом и пропустить через нее раствор хлорида натрия (раствор показывает нейтральную реакцию по лакмусу или метиловому оранжевому).
То, проходя через слой катионита, фильтрат дает уже кислую реакцию в результате ионообменной реакции:
RH + Na+⇄ RNa + H+.
При пропускании того же раствора хлорида натрия через аналогичную колонку с анионитом в фильтрате обнаруживают щелочную реакцию вследствие реакции:
ROH + Cl— ⇄ RCl + OH—.
Если же пропустить раствор хлорида натрия последовательно через катионит и анионит, то можно удалить из раствора соль и получить чистую воду, показывающую нейтральную реакцию, так как:
H++OH— = Н2О.
На этом основан метод обессоливания (деминерализации, смягчения воды) с помощью ионитов.
Поступающая из склянки с тубусом в колонки с ионообменными смолами соленая вода, проходя через слой катионита и анионита, становится обессоленной и собирается в левый стакан.
Вывод
Адсорбция и десорбция являются важными процессами в химии, позволяющими эффективно разделять и очищать вещества.
Изучение этих явлений на примерах газов, растворов и сложных смесей иллюстрирует разнообразие методов, применяемых в лабораторной практике и промышленности.
Наблюдение за адсорбционными свойствами активированного угля и ионообменных смол наглядно демонстрирует, как различные вещества взаимодействуют с адсорбентами.
Это знание имеет практическое применение в экологии, медицине и других областях, где требуется очистка и разделение соединений.
Исторические эксперименты, такие как работа М. С. Цвета, подчеркивают значимость междисциплинарного подхода, соединяющего химию и биологию.
Разделение пигментов хлорофилла служит ярким примером этого процесса и вдохновляет новые исследования.
В конечном итоге, овладение техниками адсорбции и десорбции открывает новые горизонты для научных открытий и практического применения в различных отраслях, что делает их незаменимыми инструментами в современном мире.
Статья на тему Адсорбция газа