25. Адсорбция газов и растворенных веществ твердыми сорбентами. Уравнение Френдлиха и Ленгмюра.

Адсорбция на границе твёрдое тело – газ: Г – величина адсорбции , где х – количество адсорбата , к моль S – площадь адсорбента, м2. В случае, если площадь адсорбента измерить трудно, то площадь его поверхности заменяют его массой . В данном случае (поглощение газа твёрдым адсорбентом) адсорбция является функцией температуры и газового давления. Г= f (T, P) Адсорбция происходит при постоянной температуре (T = const). Величина адсорбции является функцией аргумента Р: Г = f (P) Это равенство имеет графическое выражение, рис.3, которое называется изотермой адсорбции. Рис.3 Участок прямой соответствует равновесному состоянию:   V адсорбции = V десорбции. Существует уравнение Фрейндлиха, графическое выражение которого позволяет этот график представить в виде прямой: Х = кP1/n - уравнение Фрейндлиха Х – количество адсорбата на 1 г адсорбента к, 1/n - константы Р – газовое давление, кПа. Прологарифмируем это уравнение: lg X = lg к + 1/n lg P, рис.4   Тангенс угла наклона прямой (tgλ) равняется величине 1/n. Отрезок, отсекаемый по оси х, равен величине lgк Рис. 4

Уравнение Лэнгмюра

При адсорбции газов и паров на поверхности твердых тел (адсорбентов) возможно прямое экспериментальное определение удельной адсорбции по разности давлений газа до и после адсорбции. Удельную адсорбцию растворенных веществ на поверхности твердых тел также определяют экспериментально по изменению концентрации раствора до и после адсорбции.

В некоторых случаях при адсорбции газов толщина поверхностного слоя (слоя адсорбированного газа) равна размеру адсорбированных молекул. К таким системам применима теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра.

Эта теория устанавливает следующую зависимость между удельной адсорбцией и равновесным давлением:

(1)

А_∞-предельно возможное значение удельной адсорбции при полном заполнении активных центров поверхности;

k-константа, пропорциональная энергии взаимодействия молекул газа с адсорбентом.

Для некоторых систем А_∞ численно равна удельной адсорбции, соответствующей образованию на поверхности адсорбента насыщенного монослоя.

Преобразуя уравнение (1) в линейное уравнение, получаем:

(2)

Из уравнения (2) следует, что в случае применимости уравнения (1) изотерма адсорбции, построенная в координатах р/А=f(p), будет представлять собой прямую линию с угловым коэффициентом, равным 1/А_∞. Уравнение Лэнгмюра для адсорбции из растворов на поверхности твердых тел выглядит таким образом:

, (3)

а линейная его форма:

. (4)

В данном случае изотерма адсорбции строится в координатах c/A=f(c) и будет представлять собой прямую линию с тем же коэффициентом.