23. Физическая адсорбция и хемосорбция (проверить!)
На поверхности раздела двух фаз помимо адсорбции, обусловленной в основном физическими взаимодействиями, может идти химическая реакция. Этот процесс называется хемосорбцией. «Обычную» адсорбцию в случае, когда требуется подчеркнуть природу сил взаимодействия, называют физической адсорбцией. Чёткое разделение на адсорбцию и хемосорбцию не всегда возможно. Одним из основных параметров, по которым различаются эти явления является тепловой эффект: так, тепловой эффект физической адсорбции обычно близок к теплоте сжижения адсорбата, тепловой эффект хемосорбции значительно выше. Кроме того в отличие от адсорбции хемосорбция обычно является необратимой и локализованной. Примером промежуточных вариантов, сочетающих черты и адсорбции и хемосорбции является взаимодействие кислорода на металлах и водорода на никеле: при низких температурах они адсорбируются по законам физической адсорбции, но при повышении температуры начинает протекать хемосорбция.
Причиной адсорбции являются неспецифические Ван-дер-Ваальсовы силы.
Физическая адсорбция является обратимым процессом, условие равновесия определяется равными скоростями адсорбции молекул адсорбтива P на вакантных местах поверхности адсорбента S* и десорбции — освобождения адсорбата из связанного состояния S − P:
;
уравнение равновесия в таком случае:
,
Количественно процесс физической мономолекулярной адсорбции описывается уравнением Ленгмюра:
Явление смачивания твердых тел жидкостями убеждает нас в том, что молекулы жидкости в некоторых случаях как бы прилипают к твердому телу и более или менее длительно удерживаются на нем. То же может происходить и с молекулами газа. Твердое тело, находящееся в газе, всегда покрыто слоем молекул газа, некоторое время удерживающихся на нем молекулярными силами, Это явление носит название адсорбции. Количество адсорбированного газа в разных случаях разное. Прежде всего, оно зависит от площади поверхности, на которой могут адсорбироваться молекулы: чем больше эта поверхность, тем больше адсорбируется газа. Адсорбирующая поверхность особенно велика у пористых веществ. Количество адсорбированного газа зависит также от природы газа и от свойств твердого тела.
Уравнение Ленгмюра является одной из форм уравнения изотермы адсорбции. Под уравнением изотермы адсорбции понимают зависимость равновесной величины адсорбции от концентрации адсорбтива a=f(С) при постоянной температуре. Концентрация адсорбтива для случая адсорбции из жидкости выражается в мольных, либо массовых долях. В случае адсорбции из растворов, пользуются относительной величиной: С/Сs. В случае адсорбции из газовой фазы концентрация может быть выражена в единицах абсолютного давления в относительных единицах: P/Ps. Саму величину адсорбции можно выразить также в единицах концентрации. Для адсорбции на твёрдых адсорбентах, особенно при рассмотрении практических задач, используют отношение массы или количества поглощённого вещества к массе адсорбента, например мг/г или ммоль/г.