Теория полимолекулярной адсорбции

В большинстве случаев мономолекулярный адсорбционный слой не компенсирует полностью избыточную поверхностную энергию и поэтому остается возможность влияния поверхностных сил на второй, третий и последующие адсорбционные слои. Эта возможность реализуется, когда газы и пары адсорбируются при температуре ниже критической, т.е. образуются полимолекулярные слои вещества на поверхности адсорбента, что можно представить как вынужденную конденсацию пара под действием поверхностных сил. В результате, если в области образования мономолекулярного слоя величина адсорбции существенно замедляет свой рост с увеличением давления пара, то в области давлений, близкой к давлению насыщенного пара, она резко начинает возрастать и адсорбция заканчивается объемной конденсацией пара при . Современная форма уравнения полимолекулярной адсорбции – основного уравнения обобщенной теории Ленгмюра – была предложена Брунауэром, Эмметом и Теллером.

В этой теории процесс адсорбции представляется в виде последовательных квазихимических реакций:

; ; , (5.14)

Константы равновесия этих реакций

. (5.15)

Из этого уравнения можно получить выражение для концентраций соответствующих комплексов на поверхности адсорбента

. (5.16)

Авторы теории приняли, что во всех слоях, кроме первого, взаимодействие такое же, как и при конденсации, так как взаимодействуют между собой в основном молекулы адсорбата. Поэтому было принято, что

, (5.17)

где – константа конденсации пара, равная отношению активностей вещества в жидком состоянии и состоянии насыщенного пара, в то же время (стандартное состояние), а .

Для упрощения вида и вывода конечного уравнения полимолекулярной адсорбции введем обозначения:

. (5.18)

Учитывая уравнения (5.18) и (5.17), получаем из уравнения (5.16):

. (5.19)

Общее число активных центров на адсорбенте, или емкость монослоя:

. (5.20)

Ряд в круглых скобках является геометрической прогрессией с суммой 1/(1–x) при условии x< 1. Поэтому

. (5.21)

Величина адсорбции компонента В

. (5.22)

Ряд является производной по предыдущей геометрической прогрессии и его сумма равна . Поэтому

. (5.23)

Подставляя значение из соотношения (5.18) и выражение для x (5.17), окончательно получаем:

. (5.24)

Соотношение (5.24) является основным уравнением обобщенной теории Лангмюра и называется уравнением полимолекулярной адсорбции БЭТ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Измерение адсорбции уксусной кислоты на поверхности активированного угля

Цель работы

1. Наблюдать адсорбцию на границе жидкой и твердой фаз.

2. Построить изотерму адсорбции.

3. Определить значения постоянных параметра K и n в уравнении Фрейндлиха.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: