Теплота адсорбции

Хемосорбция

Хемосорбция осуществляется за счет химических сил. Иногда бывает трудно провести границу между физической адсорбцией и хемосорбцией. Обычно физическая адсорбция обратима, ее теплота составляет 2–8 ккал/ моль, теплота хемосорбции достигает 200 ккал/ моль. Хемосорбция необратима. Высокая температура снижает физическую адсорбцию и способствует хемосорбции. При десорбции хемосорбированного вещества уход молекул происходит за счет разрыва связей поверхностных соединений, образовавшихся при хемосорбции.

Энергия активации хемосорбции возрастает с повышением степени покрытия поверхности хемосорбированным веществом. Это обусловлено существованием активных центров с различными энергиями активации.

Типичный примером хемосорбции является адсорбция кислорода на угле. Поверхность угля имеет атомы углерода со свободными валентностями, на которые адсорбируется кислород. При нагревании с поверхности уходят окислы углерода.

Для проверки теорий адсорбционных сил необходимо знать теплоты адсорбции. Измерить адсорбционные силы непосредственно нельзя, так как нет инструмента для их определения внутри тонкого поверхностного слоя. Эти силы проявляются через изменение внутренней энергии, которое можно определить экспериментально, поскольку теплота адсорбции , и сравнить с вычисленным на основе теоретичесих представлений. Адсорбция, как правило, процесс экзотермический, идет с уменьшением свободной энергии и энтропии: U = F + T, S < 0. Q измеряют калориметрически, хотя чувствительность современных установок для таких измерений недостаточна

Существует два способа выражения теплоты адсорбции.

1. Интегральная теплота адсорбции q_инт – это общее количество выделившегося при адсорбции тепла, отнесенное к 1 г адсорбента:

q_инт = Q/m. (2.16)

Измеряется в Дж/кг адсорбента.

2. Дифференциальная теплота адсорбции. Пусть на поверхности адсорбента адсорбировалось n молей адсорбата и выделилось Q калорий тепла. Затем адсорбировалось еще dn молей адсорбата с тепловым эффектом dQ. Дифференциальной теплотой адсорбции называется тепло, выделившееся при дополнительной адсорбции малого количества адсорбата и пересчитанное на один его моль.

q_диф = dQ/dn. (2.17)

Единица измерения Дж/моль. Дифференциальная теплота адсорбции уменьшается в ходе процесса, так как по мере насыщения более активных центров молекулы адсорбируются на менее активные участки.

3. АДСОРБЦИЯ НА ГРАНИЦЕ РАСТВОР – ГАЗ