3. Теорії полімолекулярної адсорбції
Якщо адсорбція протікає з утворенням полімолекулярного адсорбційного шару, то ізотерма адсорбції відрізняється від ленгмюрівської і має більш складний вигляд Враховуючи це, М. Поляні в 1915 році запропонував нову модель адсорбції газу на твердому адсорбенті. Ця модель допускає існування на поверхні твердих адсорбентів адсорбційних сил, які діють на відстані, що значно перевищують діаметр молекул адсорбата. В міру віддалення від поверхні ці сили зменшуються і на деякій відсталі доходять до нуля. В міру наближення до поверхні адсорбента адсорбційні сили зростають, але лише до певної межі, після цього вони знов починають зменшуватись, доходячи до нуля (на відстані d), і переходять у сили відштовхування. Таким чином, у зоні з певною товщиною створюється об’ємне адсорбційне поле, яке рівномірно розпроділено над всією поверхнею адсорбента. Кожній точці поля відповідає певне значення адсорбційного потенціалу, який задає інтенсивність сил притягання. По природі адсорбційні сили є силами Ван-дер-Ваальса.
Теорія Поляні дозволила якісно описати полімолекулярну адсорбцію, ізотерма якої має S-образний характер, але не запропонувала відповідне рівняння.
Б
рунауер,
Еммет і Теллер розробили цю теорію що
до адсорбції пари. Вона отримала назву
теорії БЕТ.
Рис. 4. Ізотерма полімолекулярної адсорбції
Згідно з цією теорією на поверхні адсорбенту є енергетично рівноцінні активні центри; кожна молекула попереднього шару є таким центром; молекули в шарі не впливають на сусідні молекули; енергетичні стани кожного шару відрізняються запасом енергії. Автори розглядали адсорбцію як серію послідовних псеадохімічних перетворень і приймали, що крім першого шару, всі інші утворювалися при взаємодії молекул адсорбату, як при конденсації.
Рівняння полімолекулярної адсорбції за теорією БЕТ має вигляд:
Г
=
,
де Г, Г − питома та питома гранічна адсорбція; K − константа, що залежіть від енергії взаємодії молекул у адсорбційному шарі; P/Ps − відносний тиск.
На теорії БЕТ заснований стандартний метод вимірювання питомої поверхні адсорбентів, каталізаторів, порошків.
Адсорбція газів на твердих тілах має велике практичне значення. Вона використовується для вилучення окремих компонентів з газових сумішей; для розділення сумішей; поглинання точксичних газів; рекуперації (відновлення розчинників; очищення повітря; осушування газів. Велику роль вона грає в гетерогенному каталізі, коли на поверхні каталізатору відбувається концентрування реагентів. Живлення рослин СО2 з повітря повۥязано з попередньою адсорбцією на поверхні листя; процес дихання починається з адсорбції газу в альвеолах.