Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Лашевська

§ 18. Явище адсорбції

Після опрацювання цього параграфа ви зможете:

  • пояснювати суть явища адсорбції;
  • досліджувати адсорбційну здатність активованого вугілля та аналогічних лікарських засобів;
  • доводити практичну значущість явища адсорбції.

Адсорбція (від лат. ad - на, при і sorbeo - поглинаю) - явище поглинання речовини з газуватого середовища чи розчину поверхневим шаром рідини або твердого тіла.

Адсорбція відома людству з давніх-давен, її широко використовують у наші дні. Ще в Стародавньому Єгипті, Індії, Греції деревне вугілля та глину використовували для очищення води (рис. 18.1), пива, вина та під час лікування отруєнь, дизентерії, гепатиту тощо. У «Каноні лікарської науки» Авіценна (рис. 18.2) описав методи вживання сорбентів як засобу профілактики багатьох хвороб. Лікарі Давньої Русі використовували для цього березове та кісткове вугілля.

Рис. 18.1. Очищення води в давнину. У велике глиняне горнятко з дірками в споді насипали шар крупного гравію, потім - шари піску, деревного вугілля, знов піску й гравію. У горнятко наливали воду, яка поступово проходила крізь шари фільтрувальних матеріалів і стікала в посудину

Рис. 18.2. Авіценна (980-1037 (Абу Алі Аль-Хусейн Ібн Абдаллах ібн Сіна) - перський (таджицький) науковець, філософ, лікар, музикант XI ст., автор енциклопедичних праць, у яких систематизовано всі сучасні йому знання

Цікаво і пізнавально

«Пластунське лікування» - дорогоцінний спадок наших предків. Пластуни на Січі мали свій окремий курінь. Допомагали пластунам їхні тайни-секрети. Насамперед - медичні. Коли ж доводилося пити воду застояну, болотяну, бо іншої не було, то перед тим ковтали жменьку вугілля, узятого з багаття (невеликий запас його завжди мав із собою пластун). За Анатолієм Пастернаком.

Адсорбційні явища, поширені в живій і неживій природі. Водні й газові розчини органічних і неорганічних речовин проходять крізь товщі гірських порід і ґрунти - величезні природні адсорбційні колони. Легенева тканина адсорбує кисень, який транспортується в організмі за участю гемоглобіну крові. Обмін речовин і енергії також відбувається внаслідок здатності поверхні біологічних мембран адсорбувати (поглинати) і десорбувати (вивільняти) речовини. Відчуття запаху та смаку теж пов’язані з адсорбцією.

Щоб глибше осягнути суть явища адсорбції, виконайте лабораторний дослід з використанням активованого вугілля (рис. 18.3), силікагелю та інших відомих вам з повсякденного життя речовин.

Рис. 18.3. Активоване вугілля. 1. Таблетки активованого вугілля використовують у медицині для зменшення інтоксикації організму під час отруєнь та шлунково-кишкових розладів. 2. Технічне активоване вугілля застосовують для очищення води, цукру тощо

Лабораторний дослід 2

Дослідження адсорбційної здатності активованого вугілля та аналогічних лікарських засобів

Пригадайте та неухильно виконуйте

ПРАВИЛА БЕЗПЕКИ ПІД ЧАС РОБОТИ З ОБЛАДНАННЯМ І РЕАКТИВАМИ

Обладнання: штатив з пробірками, піпетки, скляні палички.

Реактиви: блідий розчин барвника, активоване вугілля та інші адсорбенти.

Завдання. Порівняйте адсорбційну здатність виданих вам сорбентів.

Для цього покладіть у пробірку потовчене активоване вугілля, налийте розчин барвника, закоркуйте й ретельно струшуйте до появи змін. Те саме проробіть з іншим сорбентом. Опишіть спостереження та сформулюйте висновок.

Адсорбцію газуватих речовин свіжопрожареним деревним вугіллям одночасно (1777) відкрили Карл Шеєле (рис. 18.4) і Фонтана Феліче (рис. 18.5). Відтоді активоване вугілля почали широко застосовувати в традиційній медицині. Згодом було з’ясовано, що обсяг поглинутого газу залежить від його природи та типу активованого вугілля. У 1875 році російський хімік Товій Ловіц відкрив явище адсорбції вугіллям у рідкому середовищі, докладно дослідив його та запропонував використовувати деревне вугілля для ефективного очищення води, лікарських препаратів, спирту, вина, різноманітних органічних сполук тощо.

Рис. 18.4. Шеєле Карл Вільгельм (1742-1786). Шведський хімік і фармацевт.

Член Королівської шведської АН. Хімію вивчав самотужки. Уперше добув багато неорганічних і органічних речовин. Відкрив хімічні елементи Оксиген, Хлор, Флуор, Барій, Молібден, Вольфрам. Розробив спосіб добування фосфору з кісток. Прибічник теорії флогістону. 1777 р. виявив здатність свіжопрожареного деревного вугілля поглинати гази

Рис. 18.5. Феліче Фонтана (1730-1805) - італійський хімік і натураліст.

Професор Пізанського університету, директор природничо-історичного музею у Флоренції. У 1774 р. визначив уміст кисню в атмосферному повітрі. 1777 р. відкрив (одночасно з К. Шеєле) здатність свіжопрожареного деревного вугілля поглинати гази. У 1782 р. виявив утворення горючого газу (суміш водню і чадного газу) унаслідок пропускання водяної пари над розжареним вугіллям

Цікаво і пізнавально

Деревне вугілля добувають нагріванням деревини без доступу повітря. Завдяки пористій поверхні (площа поверхні вугілля масою 1 г становить 400-800 м2) воно добре поглинає гази та розчинені речовини. Задля збільшення поглинальної здатності деревне вугілля обробляють гарячою водяною парою. Таке вугілля називають активованим.

Адсорбцію бойових отруйних речовин з повітря використав М. Д. Зелінський (рис. 18.6, 1), створивши під час Першої світової війни вугільний протигаз).

Рис. 18.6. 1. Зелінський Микола Дмитрович (1861-1953) - видатний хімік-органік, уродженець м. Тирасполя. Фундатор наукової школи, академік РАН, один з основоположників органічного каталізу та нафтохімії. Створив вугільний протигаз. Лауреат багатьох державних премій. 2. У дослідженнях М. Д. Зелінського брала участь Лідія Карлівна Лієпіня (1891-1985) - одна з перших жінок, які здобули докторський ступінь з хімії в СРСР, академікиня АН Латвії. 3. Розалінд Франклін (1920-1958) - англійська біофізикіня й учена-рентгенографиня, вивчала пористу структуру вугілля. Пізніше це дослідження виявилося цінним для виготовлення сучасних протигазів. Її наукові здобутки сприяли зародженню ідеї про високоміцне вуглецеве волокно. Досліджувала структуру ДНК

Адсорбція - основа численних промислових операцій і наукових досліджень. Чимало процесів очищення, виокремлення та розділення речовин, каталізу, техніки напівпровідників, медицини, будівництва, оборонної галузі, криміналістики, захисту довкілля ґрунтуються на використанні цього явища. Тобто застосування адсорбції в новітніх і традиційних технологіях слугує задоволенню потреб людини в духовних і матеріальних цінностях, збереженню здоров’я тощо.

https://www.youtube.com/watch?v=BAfoMXruUHA

https://www.youtube.com/watch?v=djIzXvwIz5U

ПРО ГОЛОВНЕ

• Адсорбція - явище поглинання речовини з газуватого середовища чи розчину поверхневим шаром рідини або твердого тіла.

• Активоване вугілля та силікагель - сорбенти.

• Адсорбційні явища поширені в живій і неживій природі.

• На адсорбції активованим вугіллям отруйних речовин з повітря ґрунтується дія протигазу.

• Адсорбція - основа численних промислових операцій і наукових досліджень.

Перевірте себе

  • 1. Перетворіть розповідні речення рубрики ПРО ГОЛОВНЕ на питальні. Чи можете ви відповісти на ці запитання без допомоги підручника?

Застосуйте свої знання й уміння

  • 2. У холодильнику виник неприємний запах. Дорослі порадили дітям не витрачати гроші на купівлю спеціального поглинача запахів, а помістити всередину холодильної камери кілька посудин з активованим вугіллям або шматочками хлібного м’якуша. Оцініть слушність запропонованого способу. Відповідь аргументуйте.
  • 3. Силікагель - ефективний сорбент рідин і газів. Запропонуйте якомога більше способів використання силікагелю в різноманітних побутових ситуаціях.
  • 4. Кобальт(ІІ) хлорид утворює кристалогідрати складу СоСl2 · nН2О, де n = 1, 2, 4, 5, 6, колір яких залежить від умісту води. Поясніть: а) для чого до деяких силікагелей добавляють синьо-фіолетовий кобальт(ІІ) хлорид моногідрат; б) як можна регенерувати такий силікагель після вичерпання його адсорбційної здатності; в) чому тривале вживання адсорбентів усередину може призвести до зниження імунітету та розладу обміну речовин в організмі.
  • 5. Шматочок активованого вугілля об’ємом 1 см3 може поглинути амоніак об’ємом (н. у.) у 180 разів більший за об’єм адсорбенту. Обчисліть масу технічного амоній хлориду, масова частка домішок натрій хлориду у якому становить 5 %, необхідного для добування амоніаку, який може поглинути шматок активованого вугілля об’ємом 10 см3.
  • 6. Висока адсорбційна здатність волосся зумовлена його пористою структурою та чималою площею активної поверхні. Виявлено, що людське волосся масою 7,5 г може поглинути нафту об’ємом близько 10 мл. З огляду на те, що маса нафтового забруднення Світового океану щорічно становить 10 млн т, обчисліть масу волосся, потрібного для повного очищення Світового океану від нафти. Обчисліть, чи вистачить для цього волосся населення Землі, якщо за рік у середньому його маса, зістрижена в перукарні з однієї особи, становить 100 г.

Творча майстерня

  • 7. Підготуйте презентацію «Як я та люди навколо мене використовують адсорбенти». 8. Дослідіть адсорбційні властивості крейди, активованого вугілля, кукурудзяних чи вівсяних пластівців, наповнювача для котячого туалету, використавши водні розчини чорнила, харчових барвників, одеколон тощо. Порівняйте адсорбційну здатність різних адсорбентів.