6. Giả thuyết khoa học
I.6.9Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ
Nếu xét sự hấp phụ trong dung dịch nước, thì các ion của các chất điện ly bị hấp phụ trên những bề mặt cấu tạo từ những phấn tử phân cực hoặc từ những ion. Do đó sự hâp phụ ion còn gọi là sự hấp phụ phân cực, những phần bề mặt với diện tích nhất định hấp phụ từ dung dịch các ion điện tích trái dấu.
Khi đó các ion trái dấu với các ion bị hấp phụ dưới tác dụng của lực hút tĩnh điện tạo ra một lớp điện tích kép.
Đối với các ion thì điện tích càng lớn tương tác tĩnh điện càng mạnh và khả năng bị hấp phụ càng lớn.
Ví dụ: K+ << Ca2+ << Al3+
= 1 ∂ = ∂.lnC T, P RT RT C ∂ ∂C T,P điện càng tăng). Ví dụ: Mg2+ < Ca2+ < Si2+ < Ba2+ Bản chất bề mặt chất hấp phụ có ảnh hưởng đặc biệt đến sự hấp phụ chọn lọc từ dung dịch. Bề mặt rắn thường hấp phụ chọn lọc từ dung dịch các ion có trong thành phần của nó hoặc những ion có khả năng tạo thành với những ion có trong thành phần của nó những hợp chất ít tan.
Quá trình hấp phụ từ dung dịch đã được Gibbs nghiên cứu và đưa ra phương trình:
: Số mol dư của chất tan trong thể tích nào đó chứa chất hấp phụ so với số mol chất tan đó trong cùng một thể tích dd nhưng không chứa chất hấp phụ.
C: Nồng độ chất tan
: Sức căng bề mặt.
Từ phương trình cho thấy quá trình hấp phụ chỉ xảy ra (> 0) khi sự có
mặt của chất tan làm giảm sức căng bề mặt dung dịch. Ngược lại sự tăng nồng độ của chất tan gây nên sự tăng sức căng bề mặt thì trong hệ đó không xảy ra hiệ tượng hấp phụ.
Một quy tắc tổng quát khác là sự tương đồng lẫn nhau của các chất có độ phân cực tương tự. Chất càng ưa nước càng ít có xu hướng dịch chuyển tới bề mặt phân cách để hấp phụ và ngược lại. Các phân tử nước liên kết với nhau qua cầu hidro và những chất không phân cực như nhiều chất hữu cơ, thường rất ít tan trong nước do liên kết cầu hidro trong nước mạnh hơn tương tác Vander Waals với các phần tử không phân cực do đó các phân tử này có xu hướng thoát khỏi nước và hấp phụ trên một bề mặt không phân cực. Nói chung hấp phụ trong dung dịch nước phụ thuộc tương quan giữa lực liên kết
cầu hidro và cả lực tương tác phân tử. Quá trình hấp phụ cũng phụ thuộc vào pH và nhiệt độ của môi trường [28].
Ngoài ra, trao đổi ion cũng được coi là một dạng điển hình của quá trình hấp phụ từ dung dịch. Hấp phụ trao đổi ion là quá trình trong đó các ion của chất bị hấp phụ tập trung trên bề mặt chất hấp phụ ở những vị trí mang điện do lực hút tĩnh điện, thay thế cho những ion cùng bản chất của bề mặt. Chất hấp phụ lấy từ dung dịch một lượng xác định những ion nào đó và đồng thời trao đổi vào trong dung dịch một lượng tương đương các ion tích điện cùng dấu. Sự trao đổi không những xảy ra trên bề mặt chất hấp phụ mà còn có thể xảy ra ở những lớp nằm sâu bên trong khi dung dịch có thể tiếp xúc với những lớp đó. Chất hấp phụ có thể có bản chất axit hoặc bazơ. Nếu có bản chất axit thì có khả năng hấp phụ trao đổi các cation gọi là các cationit. Chất hấp phụ bazơ có khả năng hấp phụ anion gọi là anionit, sự trao đổi được mô tả bằng sơ đồ:
Cationit- H+ + Na+ + Cl- Cationit- Na+ + H+ + Cl-
Anionit+ OH- + Na+ + Cl- Anionit+ Cl- + Na+ + OH-
Trong thực tế tồn tại cả chất hấp phụ lưỡng tính, nghĩa là có khẳ năng trao đổi cation hoặc anion trong những điều kiện nhất định. Hấp phụ trao đổi ion được ứng dụng làm mềm nước, tách các nguyên tố...