Полимолекулярная (потенциальная) теория адсорбции Поляни

В основу этой теории положены следующие исходные положения:

1. Адсорбционные силы являются физическими, адсорбция нелокализована.

1. Активных центров на поверхности адсорбента нет. Над поверхностью адсорбента действует непрерывное поле межмолекулярных сил, потенциал которого убывает по мере удаления от поверхности.

1. Адсорбированные молекулы не препятствуют адсорбции последующих молекулярных слоев, т. е. идет полимолекулярная адсорбция, адсорбционный объем заполнен многими молекулами.

Рис. 3.17. Эквипотенциальные поверхности и адсорбционный объем

Характеристикой силового поля является адсорбционный потенциал , представляющий собой работу перемещения одного моля адсорбата из адсорбционного объема в газовую фазу. Эта работа совершается против адсорбционных сил.

Силовое поле сходно с гравитационным в том отношении, что оно ненасыщаемо и силы не зависят от температуры. параллельно поверхности адсорбента проводятся поверхности с одинаковыми значениями потенциала, т.е. эквипотенциальные поверхности , , . Кривая или называется характеристической кривой. Удобнее пользоваться значением адсорбционного объема, т.к. его можно найти из опыта. Характеристическая кривая характеризует каждую пару адсорбент - адсорбат и не зависит от температуры. Согласно теории Поляни, болеее активны впадины, т.к. в них происходит сгущение силовых линий.

Рис. 3.18. Характеристическая кривая адсорбции

Уравнение изотермы адсорбции в теории Поляни не выводится. Путь построения характеристической кривой состоит в том, что при определенных значениях , , ... определяют значения , , ... . При весь адсорбционный объем занят жидкостью, т. е. . Адсорбционный потенциал - это работа сжатия одного моля газа при температуре или работа перехода от объема, где давление к объему, в котором газ конденсируется. В точке , находящейся на поверхности раздела жидкость - газ в адсорбционном объеме .

где - давление насыщенного пара над поверхностью жидкости.

; ; Определяют значения V_i и _i для разных значений р и строят характеристическую кривую.

Теории Ленгмюра и Поляни ограничены и применяются в зависимости от природы адсорбента и адсорбата и условий адсорбции. Теория Поляни применима только к физической адсорбции. Теория Ленгмюра применима как к физической, так и к химической адсорбции, но неприменима к адсорбции тонкопористыми сорбентами.

3.11.3. Теория Брунауэра, Эииета и Теллера (бэт).

Эта теория является обобщением теорий Ленгмюра и Поляни. В ней сделана попытка описать изотермы моно- и полимолекулярной адсорбции с помощью одного уравнения. В основе этой теории в основном лежат те же положения, что и в основе теории Ленгмюра, т.е. на поверхности адсорбента имеются активные центры, и взаимодействием между молекулами адсорбата в слое пренебрегают. В отличие от теории Ленгмюра, в теории БЭТ адсорбция рассматривается как многослойная, и допускается, что молекулы адсорбата на поверхности взаимодействуют с молекулами адсорбата в объеме. Это справедливо при адсорбции паров, когда энергия межмолекулярного взаимодействия сопоставима с энергией теплового движения молекул. В теории БЭТ принимается, что состояние молекул во втором и последующих слоях подобно жидкости и отличается от -го слоя. Теплота адсорбции первого слоя есть теплота адсорбции , а теплоты адсорбции всех последующих слоев одинаковы и равны теплоте объемной конденсации . Полимолекулярная адсорбция рассматривается как протекание множества химических реакций.