Активированная адсорбция

Скорости процесса адсорбции различных веществ на разных адсорбентах изменяются в широких пределах. Адсорбция газов и паров может протекать очень быстро или с измеримой скоростью. При физической адсорбции количество адсорбированного вещества при постоянном давлении уменьшается с увеличением температуры, тогда как скорость процесса физической адсорбции мало зависит от темперктуры, так как в основном она определяется скоростью диффузии. В случае хемосорбции количество адсорбированного вещества также уменьшается с ростом температуры, но обычно количество хемосорбированного вещества выше, чем адсорбированного физически, а скорость процесса сильно зависит от температуры (растет экспоненциально с ростом температуры). Процесс характеризуется определенной значительной (порядка сотен кДж на моль) энергией активации. Химическая адсорбция такого типа получила название активированной.

Очень часто для одного и того же вещества в различных температурных интервалах можно наблюдать оба типа адсорбции. При низких температурах наблюдается процесс физической адсорбции, при высоких температурах – активированной адсорбции. Оба этих процесса обычно бывают разделены промежуточной областью, которая характеризуется ростом количества адсорбированного вещества с повышением температуры (см. рис. 15).

Энергии активации, измеренные для области активированной адсорбции, оказываются во многих случаях того же порядка, что и энергии активации реакции свободного радикала с молекулой. Это позволяет предполагать, что процесс активированной адсобции сходен с реакцией между атомом и молекулой в газовой фазе, так как на поверхности адсорбента всегда существуют ненасыщенные валентности. Возможно, что активированная адсорбция связана с растяжением молекул на поверхности адсорбента, вызывающим иногда диссоциацию молекул на атомы.

Рис. 15. Изобара адсорбции водорода на катализаторе MnO₂ + Cr₂O₃

В ряде случаев оптимальные температуры для проведения гетерогенных каталитических реакций лежат в области температур, где наблюдается активированная адсорбция реагирующих веществ. Например, температуры, при которых ведется процесс синтеза аммиака, совпадают с температурами, при которых наблюдается активированная адсорбция азота.

В некоторых случаях активированная адсорбция является одной из стадий гетерогенного каталитического процесса, но все же ее роль в процессе выяснена недостаточно. Можно предполагать, что активированная адсорбция приводит к деформации адсорбированных молекул и тем самым повышает их реакционную способность. Кроме того, как было сказано выше, энергия диссоциации адсорбированных молекул оказывается ниже, чем энергия диссоциации молекул, находящихся в объеме.

Дата добавления: 2014-01-07