Заключение. Адсорбция газов на поверхности твердых тел находит широкое практическое применение, в связи с этим исследование закономерностей адсорбционных процессов

Адсорбция газов на поверхности твердых тел находит широкое практическое применение, в связи с этим исследование закономерностей адсорбционных процессов представляет значительный интерес.

Среди факторов, от которых зависит адсорбция газа на твердом адсорбенте, существенным является структура его поверхности. Если в жидкостях свойства поверхности в различных ее участках одинаковы, то на поверхности твердых тел положение атомов фиксировано, и строение поверхности имеет сложный и неоднородный характер. С этим связаны значительные трудности, возникающие при исследовании адсорбционных процессов на твердых адсорбентах.

Среди факторов, от которых зависит адсорбция газа или пара.на твердом адсорбенте, важным является равновесное давление адсорбтива. Зависимость адсорбции от равновесного давления при постоянной температуре выражается кривыми а = f(p), называемыми изотермами адсорбции.

На изотермах мономолекулярной адсорбции имеются три участка. При очень малых давлениях и, следовательно, малых заполнениях поверхности адсорбатом адсорбция прямо пропорциональна давлению (закон Генри).

При средних давлениях изотерма становится криволинейной. Для этой области справедливо уравнение Фрейндлиха, которым часто пользуются для практических расчетов.

При высоких давлениях адсорбция перестает зависеть от равновесного давления адсорбтива – этот участок изотермы параллелен оси давлений, достигается предельная адсорбция.

Строгая теория изотермы мономолекулярной адсорбции была создана И.Ленгмюром. В основу этой теории положена следующая модель.

1.Поверхность адсорбента представляет собой набор энергетически одинаковых активных центров, на которых адсорбируются молекулы адсорбтива.

2.На одном центре адсорбируется только одна молекула адсорбтива.

3.Адсорбция на данном центре не влияет на адсорбцию на других центрах, т. е. взаимодействием адсорбированных молекул можно пренебречь.

Этой модели отвечает уравнение Ленгмюра, которое полностью описывает изотерму мономолекулярной адсорбции.

С помощью теории Ленгмюра можно также описать ступенчатую адсорбцию. Модель Ленгмюра является идеализированной, она пригодна только в тех случаях, когда имеет место мономолекулярная адсорбция.

Модель адсорбции, принципиально отличную от ленгмюровской, предложил Поляни. Согласно этой модели вблизи поверхности адсорбента существует силовое поле, убывающее с удалением от поверхности. Вследствие этого давление адсорбтива, вдали от поверхности равное р, вблизи поверхности возрастает и на некотором расстоянии от нее достигает значения p_S, при котором адсорбтив конденсируется. Эта модель получила название потенциальной теории адсорбции. Теория Поляни позволяет описать адсорбцию на пористых адсорбентах и качественно объяснить характер S – образной изотермы.

Дальнейшим развитием теории полимолекулярной адсорбции явилась теория БЭТ.

Эта теория постулирует, что при температурах ниже критической каждая молекула, адсорбированная в первом слое, является центром для молекул, образующих второй слой и т. д. При этом считается, что теплота адсорбции во всех слоях, кроме первого, равна теплоте конденсации. Уравнение БЭТ описывает всю S – образную изотерму адсорбции. Решение уравнения БЭТ позволяет определить удельную поверхность адсорбента.

Существует еще один механизм, приводящий к дополнительной адсорбции адсорбтивов ниже их критической температуры на пористых адсорбентах. Это капиллярная конденсация. Если в поре образуется вогнутый мениск адсорбата, то в ней начинается конденсация при давлениях, меньших, чем давление насыщенного пара над плоской поверхностью. Капиллярная конденсация приводит к резкому подъему изотермы адсорбции.