Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра

Фундаментальным вкладом в учение об адсорбции явилась теории Ленгмюра. Эта теория учитывает ограниченность адсорбционного объема и поверхности адсорбента.

Суть ее можно изложить, приняв следующие допущения:

1) адсорбция локализована (молекулы не перемещаются по поверхности) на отдельных адсорбционных центрах, каждый из которых взаимодействует только с 1 молекулой адсорбата – образуется мономолекулярный слой;

2) адсорбционные центры энергетически эквивалентны – поверхность эквипотенциальна;

3) адсорбированные молекулы не взаимодействуют друг с другом.

Предположим, что при адсорбции происходит квазихимическая реакция между компонентом и адсорбционным центром поверхности:

- образующийся комплекс на поверхности.

При увеличении концентрации В реакция сдвигается вправо, адсорбционных центров становиться меньше. Тогда без учета коэффициентов активности константа равновесия адсорбции равна

В этом соотношении ,

- емкость адсорбционного слоя, число адсорбционных центров на единицу поверхности или массы адсорбента,

- число оставшихся адсорбционных центров на единицу поверхности или массы адсорбента,

А - величина адсорбции.

Исходя из этого, получим уравнение изотермы адсорбции:

(4.18)

(4.19)

Так как для газов С пропорциональна их парциальным давлениям, то для них изотерма адсорбции принимает вид:

(4.20)

На рисунке приведена типичная изотерма адсорбции Ленгмюра:

Уравнение Ленгмюра в координатах линейной формы:

Анализ уравнения:

1. При малых концентрациях или давлениях когда

(4.21)

- степень заполнения поверхности,

(4.22)

Уравнение Ленгмюра в этом случае соответствует закону Генри – величина адсорбции линейно растет с увеличением концентрации (давления).

2. При больших С и Р, когда КС >> 1 и К _Р >> 1 получим соотношение:

- насыщение мономолекулярного слоя.

Зная величину можно рассчитать удельную поверхность адсорбента:

(4.23)

где - предельная адсорбция в моль/кг (на единицу массы адсорбента),

- число Авогадро,

- площадь, занимаемая 1 молекулой.

Экспериментальные результаты по определению изотермы адсорбции обычно обрабатывают с помощью изотермы Ленгмюра, записанного в линейной форме:

Из графика

Отсекаемый отрезок прямой на оси ординат равен . Таким образом графически из изотермы адсорбции можно найти оба постоянных параметра адсорбции - .

Дата добавления: 2014-01-11