5.6. Правило выравнивания полярностей

Правило выравнивания полярностей Ребиндера определяет усло­вия выбора того или иного адсорбента и структуру поверхностного слоя. Оно заключается в том что процесс адсорбции идет в сторону выравни­вания полярностей фаз и тем сильнее, чем больше первоначальная раз­ность полярностей. Растворенное вещество обладает обычно промежуточ­ной полярностью и способностью скомпенсировать существующий на гра­нице раздела скачок полярностей двух разнородных веществ. При выполнении этого условия уменьшается межфазное натяжение и сво­бодная поверхностная энергия, что и является причиной адсорбции.

Правило Ребиндера можно пояснить следующим образом. Пусть дис­персная фаза и дисперсионная среда резко различаются по своей поляр­ности, т. е. интенсивности поля межмолекулярного взаимодействия, ха­рактеризуемой значением диэлектрической постоянной . Обозначим диэлектрическую постоянную твердой частицы через , растворенного вещества через , растворителя – через .

Рис. 5.5. Пояснение правила Ребиндера.

При резком различии полярностей дисперсной фазы и дисперсионной среды взаимодействие между фазами незначительно, межфазное поверхностное натяжение велико, свободная энергия на межфазной границе велика.

Это создает благоприятные условия для адсорбции растворенного ве­щества, обладающего промежуточной полярностью, а не растворителя. Адсорбция приведет к уменьшению разности полярностей, снижению по­верхностного натяжения и свободной энергии на межфазной границе, . Поэтому для адсорбции жирных кислот из водного раствора необходимо применять неполярный адсорбент - уголь, а для адсорбции кислот из бензольного раствора - полярный адсорбент, силикагель.

Молекулы ПАВ ориентируются так, чтобы максимально скомпенсировать, уравнять разность полярностей фаз. Для ПАВ правило Ребиндера проявляется путем ориентации молекул ПАВ на гра­нице раздела. Так, при адсорбции на угле из водных растворов моле­кула кислоты ориентируется полярной группой к воде (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Ориентация молекул ПАВ на границе твердое тело – раствор, - неполярный адсорбент из полярной среды, - полярный адсорбент из неполярной среды.

Неполярная поверхность угля, обращенная к воде, становится более полярной, разность полярностей уменьшается, поверхностное натяжение и свободная энергия на межфазной границе уменьшаются в самопроизволь­ном процессе адсорбции и ориентации. При адсорбции из неводного ра­створа на полярном адсорбенте разность полярностей фаз уменьшается вследствие обратной ориентации молекул ПАВ, обращенных полярными группами к полярному адсорбенту (рис. б). При этом процесс проте­кает также самопроизвольно вследствие уменьшения свободной энергии на поверхности раздела фаз.

Правило Ребиндера выполняется только для физической адсорбции и не выполняется для хемосорбции.