Лекция № 4 теорией мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра

Закономерность, которая выявляет изотерма адсорбции, описывается теорией мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра, имеющей следующие основные положения:

1. Адсорбция происходит не на всей поверхности адсорбента, а только на активных центрах (вершины и впадины неровностей), где имеются участки с некомпенсированными силовыми полями.

2. Каждый активный центр может удерживать только одну молекулу адсорбтива, при этом адсорбированные молекулы не взаимодействуют со свободными, и поэтому образуется мономолекулярный слой.

3. Адсорбированные молекулы удерживаются активными центрами только определенное время, затем происходит десорбция.

Исходя из этих положения, Лэнгмюр предложил уравнеие:

где Г – адсорбция

Г_∞ – предельное значение адсорбции, когда все активные центры заняты

K – константа адсорбционного равновесия

P – равновесное давление газа

Это уравнение хорошо описывает приведенную выше изотерму адсорбции.

При P→0, KP<<1, этой величиной в знаменателе можно пренебречь, тогда Г = Г_∞·KP – это участок (I) на изотерме.

При P→∞, KP>>1, и в знаменателе можно пренебречь единицей, тогда

Г = Г_∞ – это участок (III) на изотерме.

Уравнение Лэнгмюра не описывает II участок изотермы, соответствующий средним значениям давления. Этот участок описывает уравнение Фрейндлиха:

где Г – адсорбция

x – число молей адсорбента

m – масса адсорбента

P – равновесное давление газа

K и n – эмпирические константы

Для определения эмпирических констант используется логарифмическая форма уравнения Фрейндлиха.

При больших концентрациях (давлениях) адсорбтива, на изотерме адсорбции после участка, соответствующего насыщению поверхности, обычно наблюдается резкое увеличение удельной адсорбции. Это происходит из-за перехода от мономолекулярной адсорбции к полимолекулярной, вследствие взаимодействия между адсорбированными молекулами и наслаивания их друг на друга.

Для пористых адсорбенто в полимолекулярная адсорбция при адсорбции паров, сопровождается их капиллярной конденсацией. Сначала пар адсорбируется в порах, а затем конденсируется в жидкость, заполняя самые тонкие капилляры.