Мономолекулалы адсорбция теориясы

Газдың қатты адсорбенттегі мономолекулалы адсорция теориясын жасағанда И.Ленгмюр келесі ерекшеліктерді ескереді:

• газдың бір молекуламы ғана әрекеттесетін жеке адсорбциялық орталықтарда адсорбция жинақталған (молекулалар бетіне ауыспайды);

• адсорбциялық орталықтар энергетикалық эквивалентті – адсорбент беті эквипотенциалды;

• әрбір адсорбциялық орталық бір ғана молекуланы ұстап тұрады;

• адсорбцияланған молекулалар адсорбциялық орталықтарда белгілі бір уақыт аралығында ғана бола алады;

• адсорбциялық молекулалар бір-бірімен өзара әрекеттеспейді;

• қатты адсорбенттегі газдың адсорбциясын квазихимиялық реакция ретінде теңдеуді келесі түрде жазуға болады:

газ молекуласы + белсенді орталық ↔ адсорбциялық орталық

Адсорбциялық тепе-теңдік константасы:

К = C_АВ/С_А∙С_В

C_АВ – беттегі түзілген комплекстің концентрациясы;

С_А – белсенді орталықтардың концентрациясы;

С_В – газдың концентрациясы.

Ленгмюрдің мономолекулалы адсорбция изотермасының теңдеуі.

α = α_∞∙K∙p/(1+K∙p)

α_∞ - адсорбциялық қабаттың сыйымдылығы, яғни 1 массалық бірліктегі адсорбциялық орталықтар саны.

Мономолекулалы адсорбция теориясы көмегімен сатылы адсорбцияны бейнелеуге болады.

Сурет 3. Сатылы адсорция изотермасы.

Ленгмюр теңдеуін заттың адсорбциясы мономолекулалы қабат түзілумен қоса жүретін жағыдайда пайдалануға болады.

Ленгмюр теңдеуі:

А = A_∞

A – адсорбция моль/л;

A_∞ - шекті адсорбцияның өлшемі;

в – адсорбциялық қабілетті сипаттайтын константа;

с – тепе-теңдік концентрациясы.

Сурет 4. Ленгмюр адсорбциясының изотермасы.

Адсорбциялық қабаттың қанығуы болатын ең үлкен және тұрақты мәні, және концентрацияға тәуелсіз адсорбция шекті адсорбция A_∞ деп аталады.

Адсорбцияға әсер ететін адсорбция:

• еріген заттың теңдік концентрациясы;

• еріткіштің табиғаты;

• сорбент табиғаты;

• адсорбция температурасы, уақыты.

Адсорбцияны анықтау

Тәжірибелік әдісі және сызба әдісімен анықтайды.

Адсорбенттер типтері

Барлық адсорбенттер екі топқа бөлінеді:

• тегіс беті бар адсорбенттер (порасыз адсорбенттер);

• поралы адсорбенттер.

Порасыз адсорбенттер

Порасыз адсорбенттердегі адсорбция негізінен:

• адсорбенттің адсорбтивке тартылуы (сродство). Бұл тартқыштық күшті болған сайын, белгілі бір байланыстар түзілуге бейімділік сирек білінеді.

• адсорбенттің диспестілігі. Бөлшектің өлшемі аз болған сайын, оның меншікті беті S_мен. үлкен болады.

Порасыз кең тараған адсорбенттерге: оксидтер (TiO₂, SiO₂), тұздар (ZnSO₄, BaSO₄), графитті күйе, аэросил.

Поралы адсорбенттер

Поралы денелер – ішкі фаза аралық беттерімен шектелетін, ішінде поралары бар қатты заттар.

Поралы заттардың адсорбциясы поралардың өлшеміне, поралылығына тәуелді.

Адсорбенттердің пораларының өлшеміне байланысты:

макропоралы, r_пора>100-200 нм, S_мен.= 0,5 – 2 м²/г;

өтпелі поралы (капиллярлы-поралы), r_пора>1,5 - 100 нм, S_мен.= 10 – 500 м²/г;

микропоралы (пораларының өлшемі адсорбцияланған молекулалардың өлшеміне сәйкес), r_пора>0,5-1,5 нм, S_мен.= 500 –1000 м²/г.