Адсорбция на твёрдых поверхностях. Удельная адсорбция. Факторы определяющие количество поглощённого газа или пара на твёрдом адсорбенте

Удельная адсорбция Г – это равновесное количество поглощаемого вещества, приходящееся на единицу поверхности или массы твердого адсорбента. Удельная адсорбция для твердых адсорбентов преимущественно выражается в молях поглощенного вещества на единицу массы адсорбента: Г = где

n –количество адсорбата, моль;

m – масса адсорбента, г

Количество поглощенного газа или пара зависит от следующих факторов:

1. От свободной поверхностной энергии адсорбента. Адсорбент тем эффективнее, чем меньше измельчен.

2. От сродства адсобтива к поверхности адсорбента. Полярные вещества лучше адсорбируются на полярных адсорбентах, а неполярные - на неполярных.

3. От природы газа. Лучше адсорбируется тот газ, который легче сжимается.

4. От концентрации адсорбата. Зависимость имеет сложный характер, так как с адсорбцией идет одновременно процесс десорбции. При равенстве скоростей этих процессов наступает равновесие

Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Уравнение Ленгмюра, его анализ. Изотерма адсорбции, предельная адсорбция.

Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра:

1)Адсорбция молекул происходит не на всей поверхности адсорбента, а только на адсорбционных центрах, где имеются участки с наиболее нескомпенсированными силовыми полями.

2)Каждый адсорбционный центр может удерживать только одну молекулу адсорбата, при этом адсорбированные молекулы не взаимодействуют со свободными молекулами, что приводит к образованию мономолекулярного слоя поглощаемого вещества;

3)Процесс адсорбции обратим и динамичен, т.к. адсорбированные молекулы удерживаются адсорбционными центрами только в течение определенного промежутка времени, после чего происходит десорбция этих молекул и адсорбция такого же числа новых молекул.

Уравнения Ленгмюра:

 

Г_уд = Г_∞ * где

Г∞ - значение предельной адсорбции;

с – равновесная концентрация адсорбента в системе;

К – константа адсорбционного равновесия.

Г₀ – предельная адсорбция

1)На 1 участке концентрация маленькая Кс << 1; Г_уд = Г_∞ * КС

2)На 2 участке концентрация имеет среднее значение Г_уд = Г_∞ *

3)На 3 участке концентрация большие Кс >> 1; Г_уд = Г_∞

Адсорбция на границе твердое тело – жидкость, её особенности. Факторы её определяющие: величина удельной поверхности и сродство адсорбента к адсорбтиву, природа растворителя, природа поглощаемого вещества («подобное взаимодействует с подобным», правило Шилова, правило Ребиндера), влияние концентрации растворённого вещества на процесс адсорбции, влияние температуры.

1. При адсорбции из раствора важным фактором является величина удельной поверхности адсорбента и его сродство к поглощаемому веществу. Гидрофильные адсорбенты хорошо поглощают полярные вещества, а гидрофобные - неполярные вещества. 1

2. Природа растворителя: Чем хуже данный растворитель смачивает поверхность адсорбента и чем хуже растворяет вещество, тем лучше будет происходить адсорбция растворенного вещества.

3. Природа поглощаемого вещества:

а) Выполняется правило «подобное взаимодействует с подобным», т.е. должно быть сродство между адсорбентом и адсорбтивом;

б) правило Шилова: Чем больше растворимость вещества в данном растворителе, тем хуже оно адсорбируется на поверхности твердого адсорбента

в) правило Ребиндера: На поверхности раздела фаз прежде всего адсорбируются те вещества, при адсорбции которых происходит выравнивание полярностей соприкасающихся фаз, причём с увеличением разности полярности фаз способность к адсорбции этих веществ возрастает.

4. Влияние концентрации растворенного вещества на процесс адсорбции при постоянной Т описывается уравнением Ленгмюра

Г_уд = Г_∞ *

5. Повышение температуры снижает эффективность адсорбции, так как с повышением температуры повышается растворимость.

Адсорбция растворённого в жидкости вещества на твёрдом адсорбенте, молекулярная адсорбция и ионная адсорбция. Факторы, влияющие на ионную адсорбцию: химическая природа адсорбента, химическая природа ионов (лиотропные ряды Гофмейстера, влияние заряда иона на адсорбцию, правило Панетта – Фаянса).

Молекулярная адсорбция – адсорбция из растворов неэлектролитов. В этих случаях растворенное вещество адсорбируется на поверхности твердого тела в виде молекул.

Ионная адсорбция – адсорбция из растворов сильных электролитов. В этом случае растворённое вещество адсорбируется в виде ионов