Адсорбция на границе твердое тело - газ. Уравнение изотермы адсорбции Лэнгмюра

Адсорбция - процесс самопроизвольного перераспределения компонентов системы между поверхностным слоем и объемной фазой.

Количественно величину адсорбции выражают двумя способами:

• ? абсолютная адсорбция (А) - количество вещества (моль) в поверхностном слое, приходящееся на единицу площади поверхности или единицу массы адсорбента;
• ? гиббсовская (избыточная) адсорбция (Г) - избыточное количество адсорбата в поверхностном слое (на единицу площади поверхности) по сравнению с тем количеством, которое бы находилось в адсорбционном объеме в отсутствии адсорбции.

При больших избытках адсорбата в поверхностном слое величины А и Г приблизительно равны.

Если адсорбентом является твердое пористое тело, общую поверхность которого определить невозможно, то адсорбцию Г относят к единице массы адсорбента.

Уравнение изотермы адсорбции Лэнгмюра

Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции было получено на основе теории мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра

^А=А^- (93)

где р — парциальное давление газа; К — константа адсорбционного равновесия в уравнении Лэнгмюра; А_ж — предельная адсорбция (емкость адсорбционного монослоя).

На изотерме адсорбции Лэнгмюра выделяют три участка:

I - в области малых давлений (р -> 0, Кр « 1), где А = ЛооКр, величина адсорбции линейно растет с увеличением концентрации (уравнение Генри);

П-в области средних давлении А = А_т---;

1+Кр

III - в области высоких давлений (Кр » 1), тогда: А = А_ж, вся поверхность адсорбента заполнена молекулами адсорбата.

Рис. 7. Изотерма мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра в координатах А = f(p)

Расчет констант уравнения Лэнгмюра

Константы (К и А_ж) уравнения Лэнгмюра рассчитывают графическим способом. Для этого уравнение (93) приводят к линейному виду: у = а 4- Ьх

• - = —+ — р.
• (94)

А АооК Лоо

Строят изотерму адсорбции в координатах линейной формы уравнения Лэнгмюра (рис. 8).

Рис. 8. Изотерма адсорбции в координатах линейной формы уравнения Лэнгмюра

Экстраполяция зависимости до оси ординат дает отрезок, равный 1 1

---, тангенс угла наклона прямой tga = —. Доо^ ^00