Теория полимолекулярной адсорбции бэт
Недостатки предыдущих теорий привели к попыткам обобщить представления Ленгмюра и Поляни и описать изотермы различной формы одним уравнением.
Обобщенная теория адсорбции была развита Брунауэром, Эмметом и Теллером в 1935–1940 гг. применительно к адсорбции паров. Она получила название теории БЭТ по первым буквам фамилий авторов.
Основные положения:
1. адсорбция осуществляется под действием физических сил Ван-дер-Ваальса;
2. нескомпенсированная поверхностная энергия неравномерно распределена по поверхности адсорбента. На ней имеются равноценные в энергетическом отношении АЦ (рис. 7, *) с большой концентрацией энергии;
3
.
молекулы (частицы)
адсорбата занимают все активные центры
поверхности адсорбента, образуя первый
адсорбционный слой (●). В большинстве
случаев мономолекулярный слой не
компенсирует полностью избыточную
поверхностную энергию, поэтому каждая
молекула первого слоя представляет
собой возможный АЦ для дальнейшей
адсорбции, что приводит к образованию
второго, третьего и т.д. слоев адсорбата
(○);
4. АЦ адсорбента работают автономно;
5. взаимодействием соседних молекул адсорбата в рамках одного слоя пренебрегают;
6. адсорбция локализована;
7. устанавливается динамическое равновесие:
Адсорбция ↔ Десорбция.
8. .
Т
еория
БЭТ удовлетворительно описывает характер
S-образной
изотермы адсорбции (рис. 8). По
мере увеличения давления пара до
образуется мономолекулярный слой, а
затем последующие адсорбционные слои,
при этом количество АЦ уменьшается. При
давлении равном давлению насыщенного
пара
происходит
объемная конденсация пара, что приводит
к резкому увеличению адсорбции. При
образовании мономолекулярного слоя
выделяется значительное количество
теплоты, равное теплоте адсорбции.
Тепловой эффект образования последующих
адсорбционных слоев значительно меньше
и примерно равен теплоте конденсации
пара.
Изложенные представления позволили вывести уравнение изотермы адсорбции газов и паров, которое называют уравнением полимолекулярной адсорбции БЭТ:
,
(19)
где
– количество адсорбата,
необходимое для образования первого
слоя;
– относительное давление пара;
–
константа равновесия
полимолекулярной адсорбции:
,
– константа адсорбционного равновесия
для первого слоя;
– константа равновесия процесса
конденсации пара;
,
– дифференциальная теплота
адсорбции;
– теплота конденсации.
Уравнение полимолекулярной
адсорбции БЭТ справедливо только для
адсорбции газов и паров на твердой
поверхности. Согласие с теорией тем
больше, чем больше константа
по сравнению с константой
,
т.е. чем больше чистая теплота адсорбции.
Уравнение изотермы теории БЭТ дает
хорошие результаты в области относительных
давлений
.
При
вносит искажение в получаемый результат
неоднородность поверхности, а при
сказывается взаимодействие между
молекулами адсорбата.
При малых относительных
давлениях (
или
)
уравнение БЭТ превращается в уравнение
мономолекулярной адсорбции Ленгмюра
(16):
,
где
.
Таким образом, уравнение теории БЭТ описывает S-образную изотерму адсорбции, а теория Ленгмюра является частным случаем теории БЭТ.
Несмотря на ряд недостатков, теория БЭТ является в настоящее время лучшей и наиболее полезной теорией физической адсорбции.