Теория полимолекулярной адсорбции Поляни (потенциальная теория адсорбции)
Основные положения:
1. адсорбция обусловлена только дисперсионными силами (Ван-дер-Ваальса);
2.
на поверхности адсорбента нет АЦ.
Адсорбционные силы действуют
вблизи поверхности
и образуют около нее непрерывное
потенциальное адсорбционное силовое
поле, интенсивность которого убывает
по мере увеличения расстояния от
поверхности. Равновесное давление
адсорбтива вдали от поверхности
адсорбента (в равновесной газовой фазе)
возрастает и в области поверхностного
слоя достигает значений давления
насыщенного пара
,
при этом адсорбат конденсируется;
3. за
меру интенсивности адсорбционного
взаимодействия принят адсорбционный
потенциал
– это работа, которую необходимо
совершить против адсорбционных сил при
переносе 1
газа из данной точки поля в равновесную
газовую фазу. Максимальный
должен существовать на границе адсорбент
(давление
)
– адсорбционный объем (давление
):
.
(18)
4. под
воздействием адсорбционного потенциала
создается возможность образования
нескольких слоев молекул адсорбата,
т.е. можно говорить о существовании у
поверхности адсорбента адсорбционного
объема
,
который заполняется молекулами адсорбата
(рис. 6). Молекулы газа,
находящиеся в первом адсорбционном
слое, испытывают
наибольшее притяжение и сжатие,
в результате чего газ
конденсируется в жидкость. При достаточно
низких температурах все слои адсорбата
в адсорбционном пространстве находится
в виде жидкости.
По мере удаления от поверхности
интенсивность адсорбционного поля, а,
следовательно, и
уменьшается и на некотором расстоянии
,
соответствующем границе адсорбционный
объем – газовая фаза
становится равным нулю.
Расстояние от
поверхности адсорбента до границы
адсорбционного объема
определяется:
,
где – поверхность адсорбента.
Поскольку истинную
поверхность адсорбента определить
сложно, то рассматривают зависимость
адсорбционного потенциала не от
расстояния, а от адсорбционного объема
,
т.е. потенциальную кривую адсорбции,
которая получила название характеристической
кривой (рис. 6а). Значения
находят из уравнения (18), а
– экспериментально. Характеристические
кривые для одного и того же адсорбента
и разных адсорбатов при всех значениях
объемов адсорбата в поверхностном слое
находятся в постоянном отношении,
названном коэффициентом аффинности
:
,
где
– адсорбционный потенциал для адсорбата,
выбранного за стандарт.
Поэтому, зная характеристическую кривую для одного адсорбата и коэффициент аффинности для другого адсорбата по отношению к первому, можно вычислить изотерму адсорбции второго адсорбата на том же адсорбенте (например, получить изотермы членов одного гомологического ряда).
5. наличие в адсорбционном пространстве других молекул не влияет на интенсивность адсорбционных сил;
6. положение молекул адсорбата не локализовано;
7. из п. 1 следует, что адсорбционные силы а, следовательно, и адсорбционный объем поверхности адсорбента не зависят от температуры.
Потенциальная теория адсорбции Поляни позволяет описать адсорбцию на пористых адсорбентах и качественно объяснить характер S-образной изотермы. Она получила дальнейшее развитие в теории объемного заполнения микропор. Однако эта теория исключает возможность пересчета адсорбции с одной температуры на другую и не позволяет аналитически выразить изотермы адсорбции, что снижает ее значимость.