Адсорбционное взаимодействие

С термодинамической точки зрения адсорбция является самопроизвольным процессом выравнивания химических потенциалов веществ в объеме и межфазном (поверхностном) слое. При этом поверхностная энергия и энергия Гиббса стремятся к минимуму.

При адсорбции происходит взаимодействие молекул адсорбата с активными центрами адсорбции. Согласно физико-химической классификации различают:

1. Физическую или молекулярную адсорбцию.

2. Хемосорбцию, когда происходит химическое присоединение атомов, молекул.

3. Ионный обмен. Ионообменная сорбция из растворов наблюдается на поверхностях с явно выраженным двойным электрическим слоем. Подвижные противоионы электрического слоя способны обмениваться на другие ионы того же знака, находящиеся в растворе. Ионообменные сорбенты.

При физической адсорбции происходит взаимодействие адсорбента и адсорбата за счет сил притяжения Ван-дер-Ваальса и водородных связей. Чем большее число атомов имеет молекула адсорбата, тем с большей энергией тем с большей энергией она будет притягиваться к адсорбенту. Между неполярными молекулами наблюдается дисперсионное взаимодействие за счет флуктуации электронной плотности. При взаимодействии полярной и неполярной молекул проявляется индукционный эффект (действие сил Дебая).

В отличие от химической адсорбции физическая адсорбция обратима. Процесс, обратный адсорбции называется десорбция, т.е. в прочесе устанавливается равновесие. Чем выше концентрация адсорбата, тем больше адсорбция. Чем выше температура, тем меньше физическая адсорбция, т.к. десорбция сопровождается поглощением тепла.

Количественная мера выражения адсорбции.

Адсорбция может быть выражена с помощью нескольких величин:

1. Величиною А – это количество адсорбата в объеме адсорбционного слоя, приходящаяся на единицу массы адсорбента, .

2. Величиною А – количество адсорбированного вещества на единицу поверхности адсорбента – поверхностная концентрация, .

3. Г – гиббсовская адсорбция – избыток числа молей вещества на единицу вещества в объеме поверхностного слоя площадью 1м² по сравнению с числом молей в объеме.

Адсорбция можно охарактеризовать:

1. Зависимость при , - изобары адсорбции, - изопикны адсорбции

2. Зависимость равновесного Р (или С) от температуры при - изостеры

3. Зависимостью и при , графики изотермы асорбции.

Обычно при изучении процесса адсорбции более широко пользуются изотермами адсорбции. На рисунке приведены типичные изотермы адсорбции.

1 - изотерма при Т = Т ₁

2 - изотерма при Т = Т ₂

3 участка изотермы адсорбции:

1 - при малых Р и С адсорбция пропорциональна Р и С. Уравнение Генри ;

2 - крутой подъем кривой говорит о том, что при этих значениях Р и С процесс адсорбции преобладает над процессом десорбции, но скорость адсорбции уменьшается;

3 - почти горизонтальный при высоких значениях Р и С отвечает поверхности полностью насыщенной адсорбтивом – предельная адсорбция, которая не зависит от температуры, а определяется размером молекул.

Дата добавления: 2014-01-11