Исторические сведения об адсорбции.

Явления поглощения газов и паров, а также растворенных ве­ществ пористыми телами известны с давних пор. Еще в 1773 году шведский ученый Шееле и французский ученый Фонтана дали описание своих опытов по поглощению газов углем. В 1791 году русский химик Т.Е.Ловиц изучал явление ад­сорбции из растворов на твердом адсорбенте.

Систематические же исследования в области поглощения газов относятся к началу 19 века. Соссюр в 1814 году установил погло­щение газов не только углем, но и другими пористыми телами - пем­зой, пробкой и др. Согласно теории Соссюра, молекулы газа, близко подходя к поверхности поглотителя, испытывают сего стороны силь­ное притяжение и образуют на нем сгущенный слой.

В 1861-1864 г.г. английский ученый Грэм, изучая диффузию различных растворов, обнаружил медленную диффундируемость некото­рых веществ, к которым относятся гидраты окисей алюминия, цинка, железа и других металлов, крахмал, белки и др. В 1878 году появляются труда американского физика Гиббса: правило фаз, теория поверхностных явлений. Для широкого изучения явления адсорбции газов твердыми адсорбентами послужили работы Н.Д.Зелинского и Н.А.Шилова. В 1915 г. академиком Зелинским (и Фрицем Габером) создан противогаз, защитные свойства которого обусловлены адсорбцией газов активированным углем. Л.Г. Гурвич создал научные основы методов перера­ботки нефти и положил начало современному учению о поверхностных явлениях. Его работы были развиты американским исследователем И.Лэнгмюром, который с помощью уравнения Дж.У.Гиббса рассчитал степень заполнения адсорбционного слоя и определил характер фильтрации в нем поверхностно-активных молекул. За последующие годы важное значение приобрели работы Б.В.Дерягина, М.М. Русакова, П.А. Ребиндера, А.Н.Згрумкина и многих других, за рубежом - работы А.М.Годэена, М.Маскета, Свен-Нильсона, Уорка.

А.Н. Фрумкиным разработаны важные вопросы состояния и тер­модинамических свойств адсорбционных слоев и развита общая тер­модинамическая теория смачивания. Работы П.А.Ребиндера с 1923 года посвящены проблеме влияния поверхностных слоев на свойства и поведение коллоидных и грубодисперсных систем, а также деформируемых твердых тел.

Первые систематические исследования молекулярно-поверхностных свойств нефтепродуктов принадлежат М.М. Русакову, который, в частности, показал, что, измеряя поверхностное натяжение нефтепродуктов на границе с чистой водой, можно судить о степени их очистки от полярных веществ.

Долгое время изучение адсорбции было направлено на накопление экспериментального материала и не существовало подлинной теории по изучению адсорбции газов и паров на твердой поверхности.

В 1915 году были предложены две независимые теории И.Лэнгмюра и Поляни. Наряду с теорией Лэнгмюра и Поляни в области теории адсорбции имеется ряд исследований: Эйкен, Магнус, Вильям, Жуховицкий и др. Но наиболее типичными и важными являются теории Лэнгмюра и По­ляни.

Согласно теории Лэнгмюра адсорбция представляет хими­ческий процесс, и адсорбционный слой является мономолекулярным. Согласно теории Поляни адсорбция носит физический харак­тер, и адсорбционный слой является полимолекулярным. Лэнгмюр дал кинетическое обоснование процессу адсорбции. Он считал, что соударение между молекулами газа и твердой поверхностью носит эластичный характер: молекулы газа остаются в соприкосновении с твердой поверхностью в течение некоторого времени, а затем отрываются от нее и переходят в газовую фазу. Время пребывания молекул на поверхности определяет явление адсорбции.

По Лэнгмюру в поверхности твердого тела должны находиться участки или места, отличающиеся сильным силовым полем. Поверхность раздела фаз всегда является источником силового поля, вследствие нескомпенсированности молекулярных сил в межфазном поверхностном слое.

Влияние адсорбции на природу межфазных поверхностей раздела и устойчивость дисперсных систем было впервые качественно рассмотрено Л.Г. Гурвичем, а затем с привлечением представлений об ориентации поверхностно-активных молекул в ад­сорбционных слоях П.А.Ребиндером и его сотрудниками.

П.А. Ребиндером было показано, что вещество будет адсорбироваться на границе раздела фаз, значит, понижать поверх­ностное натяжение в том случае, если оно своим присутствием на поверхности будет уравнивать разность полярностей этих фаз, т.е. если его полярность будет находиться между полярностями этих фаз. Это правило было названо П.А.Ребиндером правилом уравнивания полярностей.