Полимолекулярная адсорбция газов на твердой поверхности. Теория Поляни и БЭТ.

Часто процесс адсорбции не заканчивается образованием лишь одного слоя молекул адсорбата на поверхности адсорбента. Поверх первого слоя адсорбированных молекул происходит образование второго адсорбционного слоя, третьего и т. д. Такой процесс называют полимолекулярной адсорбцией.

Возможность образования полимолекулярных слоев рассматривалась в потенциальной теории М. Поляни. Основное положение теории адсорбции Поляни заключается в том, что на поверхности адсорбента нет активных центров, а допускается существование вблизи поверхности непрерывного поля адсорбционных сил, действующих на расстоянии, значительно превышающем диаметр молекул адсорбата. По мере удаления от поверхности действие этих сил уменьшается и на некотором расстоянии становится равным нулю.

Таким образом, в зоне определенной толщины создается адсорбционный объем, который заполняется адсорбируемыми молекулами. Каждой точке поля соответствует определенное значение адсорбционного потенциала, который выражает интенсивность сил притяжения. По природе адсорбционные силы являются силами Ван–дер–Ваальса. Молекулы газа, попадая в адсорбционное поле, притягиваются поверхностью адсорбента. В теории допускается, что практически все адсорбированное вещество находится в конденсированном состоянии.

Теория Поляни не дала математического выражения изотермы адсорбции, однако ее представления положены в основу современной теории объемного заполнения пор адсорбента молекулами адсорбата.

С. Брунауэр, П. Эммет и Е. Теллер создали наиболее общую теорию полимолекулярной адсорбции (теорию БЭТ), в которой описание процессов адсорбции увязывается с представлениями и методами статистической физики. Используя ряд положений теории Ленгмюра, они сделали дополнительное допущение об образовании на поверхности адсорбента последовательных комплексов между адсорбционным центром и одной, двумя, тремя и т.д. молекулами газа. Адсорбция рассматривается как ряд последовательных квазихимических реакций со своими константами равновесия. На активных центрах поверхности адсорбента могут образоваться конденсированные полимолекулярные слои. Авторы теории на основе уравнения изотермы адсорбции Ленгмюра получили приближенное уравнение полимолекулярной адсорбции, которое широко применяется для определения удельной поверхности адсорбентов и их теплоты адсорбции.

где S₀ – площадь, занимаемая одной молекулой адсорбата.

Изотерма полимолекулярной адсорбции имеет вид:

Дата добавления: 2013-12-13