1. Поверхность твердого тела, в отличие от поверхности жидкости, имеет сложный, неоднородный характер. Даже полированное зеркало имеет на поверхности выступы размерами до 3 * 10-7 см.
2. Адсорбция происходит не на всей поверхности, а лишь на активных центрах.
3. Адсорбция кинетически обратима – наряду с адсорбцией газа происходит его десорбция. Адсорбционное равновесие устанавливается очень быстро. Молекула газа статается адсорбированной, если она находится в поверхностном слое в течение определенного времени, называемого временем адсорбции т. Существуют методы, позволяющие экспериментально определить т. Так, для паров кадмия, адсорбированных на стекле, = 10-6-10-12 с в зависимости от температуры; для паров аргона на стекле =3*10-5 с, при 90 К и = 75 * 10-5 с при 78 К[3].
В зависимости от природы адсорбционных сил адсорбция газов и паров может быть физической и химической (см. параграф 2.5).
С повышением температуры физическая адсорбция уменьшается, так как возрастает интенсивность теплового движения молекул газа, стремящихся равномерно распределиться по всему объему системы. Это приводит к уменьшению времени адсорбции, а следовательно, к уменьшению количества адсорбированного вещества.
|
|
При хемосорбции молекулы адсорбата образуют с адсорбентом химические соединения. Хемосорбция может быть поверхностной (химическая реакция протекает только в пределах поверхностного слоя). Например, при адсорбции кислорода на поверхности алюминия происходит реакция:
4А1 + 3О2 = 2А12О3,
в результате которой алюминий покрывается прочной оксидной пленкой.
Хемосорбция может быть и объемной, когда слой вещества, образовавшегося в результате реакции на поверхности, не препятствует дальнейшему проникновению газа в объем твёрдого адсорбента, например:
СаО(тв) + СО2(г) = СаСО3(ТВ),
Хемосорбция, в отличие от физической адсорбции, является необратимой.
Обычно имеют место промежуточные случай, когда основная масса адсорбированного вещества связана с адсорбентом сравнительно слабо, а следы его связаны прочно и могут быть удалены лишь путем длительного прогревания и откачивания. Водород на никеле при низких температурах адсорбируется физически ввиду малой скорости химической реакции, но при повышений температуры начинает протекать адсорбция с заметной энергией активации по типу химических реакций.
4. Поверхность адсорбента часто бывает пористой. Наличие пор приводит к тому, что адсорбция сопровождается капиллярной конденсацией.
5. Наряду с адсорбцией, представляющей собой поверхностный процесс, может происходить поглощение газа или пара всем объемом твердого тела (например, поглощение водорода металлическим палладием или платиной). Это явление называется адсорбцией.
|
|
Адсорбцию газа на твердом адсорбенте количественно характеризуют величиной а:
, моль/г,
где vi – количество i-гo газа, адсорбированного на твердом адсорбенте; m – масса адсорбента.
Иногда вместо количества газа указывают его массу (m):
, г/г.
Часто количество газа выражают через его объем, приведенный к нормальным условиям:
,см3/г.
Каким образом охарактеризована адсорбция, легко установить по размерности приведенной величины аi.
Величина адсорбции газа на твердом адсорбенте зависит от следующих факторов:
• температуры;
• концентрации (равновесного давления) пара или газа в поверхностном слое;
• в природы твердого тела;
• •природы газа.