II. Khuynh hướng giảm diện tích bề mặt của hệ
1. Một số khái niệm cơ bản
Sự hấp phụ.
Đó là hiện tượng bề mặt nhằm thu hút chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ, làm
giảm sức căng bề mặt của chất hấp phụ.
Ngược với sự hấp phụ , quá trình đi ra của chất hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ gọi là sự giải hấp hoặc phản hấp. Khi tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp thì sự hấp phụ ở trạng thái cân bằng.
Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.
Dựa vào bản chất của lực hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học. Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực vật lý (lực tương tác phân tử ), còn hấp phụ hoá học gây ra bởi lực hoá học(lực của liên kết hố học).
Ví dụ: sự hấp phụ của than hoạt tính đối với các phân tử khí hoặc hơi CO2, C2H5OH, H2O…(gọi là hấp phụ phân tử) là hấp phụ vật lý, nhưng sự hấp phụ của chất rắn AgI đối với Ag+ trong dung dịch là hấp phụ hố học vì nó kiện tồn cấu trúc bề mặt mạng tinh thể hợp chất hoá học AgI.
Do lực hấp phụ yếu, nên hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch. Khi nhiệt độ tăng lực tương tác phân tử giảm nên độ hấp phụ vật lý giảm. Vì vậy hấp phụ vật lý thường tiến hành
ở nhiệt độ thấp (thấp hơn nhiệt độ sôi của chất bị hấp phụ ). Hấp phụ vật lý có thể là hấp phụ đơn lớp hoặc đơn phân tử, cũng có thể là đa lớp hoặc đa phân tử. Hấp phụ hố học có bản
chất của một phản ứng hoá học, nên hấp phụ hố học có tính bất thuận nghịch (rất khó thực hiện sự phản hấp). Khi nhiệt độ càng tăng, tốc độ phản ứng hoá học tăng, nên độ hấp phụ hố học tăng. Do đó hấp phụ hoá học thường xảy ra ở nhiệt độ cao.
Nhiệt hấp phụ.
Sự hấp phụ phát nhiệt, nhiệt hấp phụ vật lý rất nhỏ, nhiệt hấp phụ hoá học lớn; tương
đương hiệu ứng nhiệt của phản ứng hoá học.
Tuy nhiên ranh giới giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học chỉ là tương đối. Đặc biệt khi chất hấp phụ là những ion hữu cơ thì hấp phụ vật lý và hấp phụ hố học thường xảy ra
đồng thời. Ion hữu cơ dễ bị hấp phụ bởi các bề mặt phân cực, bề mặt có điện tích ngược dấu,
cũng có trường hợp bề mặt mang điện tích cùng dấu thì có thể do lực tương tác phân tử lớn hơn lực đẩy tĩnh điện.
Tính chọn lọc định hướng.
Sự hấp phụ có tính chọn lọc và định hướng theo quy tắc như sau:
Những chất có tính chất tương tự nhau dễ hấp phụ vào nhau. Những phần có tính phân cực như nhau hoặc gần giống nhau sẽ hướng vào nhau.
Nếu là hấp phụ hoá học đối với các ion, thì ion bị hấp trước phải là ion có trong thành phần cấu tạo tinh thể ở bề mặt, sau đó là những ion tương tự có khả năng hồn thành cấu tạo mạng lưới tinh thể ở bề mặt. Thứ tự hấp phụ đối với các ion ấy theo sự ưu tiên cho ion có điện trường lớn hơn (điện tích lớn, sonvat hố ít hơn).
Ví dụ: chất rắn AgI hấp phụ mạnh đối với I- khi trong dung dịch có KI, nhưng cũng có khả năng hấp phụ ion Cl- (hoặc SCN-) khi trong dung dịch có NaCl hoặc NaSCN …