Анализ уравнения Лэнгмюра.

1. Если с мало, и кс << 1, то

уравнение Генри

адсорбция при малых с прямо пропорциональна с

Г

с

2) Если с велико кс >> 1 Г₂ = Г_∞ адсорбция не зависит от с.

Г

…

с

Полный вид изотермы

Г

с

Для нахождения констант К и Г_∞ уравнение Лэнгмюра приводят к виду уравнения прямой линии. Например, разделим с₂ на обе части уравнения:

(6.31)

Изобразим экспериментальные данные в осях координат .

Г рафически найдем (6.32)

и (6.33). Определив Г_∞, можно

рассчитать площадь, занимаемую одной

молекулой в монослое. (6.34) и толщину предельного монослоя (6.35)

Работа адсорбции.

При адсорбционном равновесии ПАВ на границе ж/г химические потенциалы вещества на поверхности и в объеме становятся равны:

(6.40)

или, через активности:

(6.41)

отсюда

(6.42)

Проанализируем уравнение (6.42):

для ПАВ , поэтому . Разность стандартных химических потенциалов, есть величина постоянная. Поэтому при адсорбции ПАВ, согласно уравнению (6.42), каждой величине соответствует определенное значение , при котором в данной системе устанавливается адсорбционное равновесие.

называется стандартной энергией адсорбции Гиббса

а величина называется работой адсорбции, т.е. это работа переноса 1 моль вещества из объемной фазы в поверхностный слой в стандартных условиях.

В уравнении (6.42) К- это константа Лэнгмюра, т.е. константа адсорбционного равновесия в уравнении Лэнгмюра.

Для двух соседних членов гомологического ряда разность работ адсорбции:

(6.43)

Рассматривая предыдущий вопрос, (анализ уравнения Лэнгмюра), мы показали, что

(согласно правилу Траубе)

Тогда

при Т=300 К

Т.е.

Или

Где с- константа; n- число атомов углерода в цепи.

Таким образом для перевода каждой группы СН₂ из поверхностного слоя в объемную фазу надо затратить работу ≈3 кДж/моль. Этот вывод доказывает большую общность правила Траубе: работа адсорбции на каждую группу СН₂ постоянна n ≈ 3,2 кДж/моль.

ЛЕКЦИЯ 8

Адсорбция газов и паров на твердых адсорбентах

1. Общие определения. Способы выражения адсорбции

Адсорбционные процессы на твердых поверхностях чрезвычайно широко распространены в различных отраслях народного хозяйства. Это, например, гетерогенный катализ, очистка газов и паров, хроматографический анализ и т.д.

Поверхность твердого тела, на которой происходит адсорбция, называется адсорбентом. Адсорбирующееся вещество называется адсорбатом. Чаще всего твердый адсорбент – это либо капиллярно-пористые тела, либо высокодисперсные порошки с большой удельной поверхностью.

Количество адсорбируемого вещества в состоянии адсорбционного равновесия определяется концентрацией вещества в обьеме, парциальным давлением компонента и температурой: A= f (C, P, T) – уравнение состояния адсорбционной системы в общем виде.

Число параметров, определяющих состояние системы в адсорбционном равновесии можно рассчитать по правилу фаз Гиббса:

C = K – φ + 2

Например: 1) твердый адсорбент – газ адсорбат

K = 2; φ = 2; C = 2 A = f (P, T)

2) твердый адсорбент – адсорбат в растворе:

K = 3; φ = 2; C = 3 A = f (C, P, T)

Но если газообразных веществ нет, P = const, A = f (C, T).

Способы выражения адсорбции:

1. Изотерма A = fT (c) или A = fT (P)

Наиболее распространена.

2. Изобара A = fP (T)

3. Изостера P = fA (T) или C = fA (T)

4. Изопикна A = fC (T)

П ереход от одной функции к другой наглядно можно представить графически: A = f_C(T) Т₁

A

Т₂

Т₃

Т₄

А = const

C const C