3.1. Движущие силы адсорбции

До сих пор мы рассматривали межфазные равновесия и распределения компонентов между фазами. А что происходит на межфазных границах?

Адсорбция – самопроизвольное концентрирование вещества на межфазной границе. Движущая сила процесса адсорбции – нескомпенсированность межмолекулярных взаимодействий на границе фаз по сравнению с таковыми внутри объема фаз. Если химические (ковалентные) связи на границе фаз не образуются, то межмолекулярными взаимодействиями, ответственными за адсорбцию, могут быть водородные связи, ион-дипольные, диполь-дипольные, индукционные, дисперсионные (вспомните общую химию и воспользуйтесь дополнительной литературой [2, 3]).

В результате нескомпенсированности межмолекулярных взаимодействий обязательно возникает избыточная поверхностная энергия Гиббса:

G_S =  , (3.1)

где , - площадь поверхности раздела фаз (м²),  - избыточная удельная поверхностная энергия (Дж/м²).

Самопроизвольно в многофазной системе могут идти только процессы с уменьшением этой энергии (ΔG_S < 0). Поэтому возможны две группы явлений на межфазных границах:

1) При  = const условие ΔG_S =  Δ < 0 выполнимо при уменьшении площади межфазной границы: Δ < 0. Образование, устойчивость и особые свойства систем с большой общей поверхностью раздела фаз (дисперсных систем) рассмотрим в курсе коллоидной химии)

2) При  = const условие ΔG_S =  Δ < 0 выполняется, если понижается избыточная удельная межфазная энергия: Δ < 0.

Величина , как и силы межмолекулярного взаимодействия, зависит от природы молекул, находящихся в поверхностном слое. Поэтому самопроизвольно на поверхность будут стремиться "попасть" молекулы, характеризующиеся наиболее слабыми межмолекулярными взаимодействиями. Это означает, что концентрация таких молекул в объеме окажется меньше, чем на поверхности, т.е. будет протекать адсорбция молекул в поверхностном слое.

Значительную роль при адсорбции играет также геометрия поверхности раздела фаз. В курсе физической химии рассмотрим случай открытой плоской поверхности. Случай искривленной поверхности (например, адсорбция в порах твердого тела или на мельчайших частицах твердой фазы) приводит к зависимости термодинамических характеристик системы от радиуса кривизны поверхности раздела фаз (от размера пор; от размера частиц твердой фазы или размера капель жидкой фазы, распределенных в другой фазе). Такие системы, а также явления на границе раздела трех соприкасающихся фаз (твердой, жидкой и газообразной) будут рассматриваться в курсе коллоидной химии.