Адсорбція на межі поділу двох фаз. Кількісні характеристики процесу адсорбції. Ізотерма адсорбції. Рівняння Фрейндлиха, рівняння Легмюра, страница 2

Істинна поверхня адсорбенту, як правило, залишається невизначеною. Тому величину адсорбції визначають кількістю речовини, яка адсорбувалася одиницею маси адсорбенту. (моль/кг). Для того, щоб адсорбція була достатньо великою в практиці використовують як адсорбенти пористі тіла. Деревне та кісткове вугілля, активоване вугілля, силікагель. Вони мають велику питому поверхню. Так сучасне активоване вугілля має поверхню більш ніж 1000 м² на 1 г вугілля. Така надзвичайно велика поверхня утворюється при спеціальній обробці. Завдяки чому у вугіллі виникає велика кількість дрібних пор , які й утворюють велику поверхню.

Тверде тіло може адсорбувати на своїй поверхні речовин як у вигляді молекул – молекулярна адсорбція, так і у вигляді іонів – іонна адсорбція.

Процес молекулярної адсорбції рідини чи газу на твердій поверхні при постійній температурі характеризується ізотермою адсорбції: по осі абсцис відкладають рівноважні концентрації речовини, що адсорбується , а по осі ординат – величину адсорбції

                                                                    Г

 

                                                                                                         С

4. Рівняння, що описує процес адсорбції називається рівнянням ізотерми адсорбції Легмюра:

Де Г і Гм – кількість моль адсорбованої речовини на одиниці поверхні адсорбенту (Г в момент рівноваги; Гм – максимально можлива);

С- молярна концентрація речовини в момент адсорбційної рівноваги;

К – константа адсорбції.

При адсорбції з газового середовища величина С заміщується пропорційній їй величиною тиску Р.

Для середніх значень концентрацій залежність адсорбції від концентрації описується простим емпіричним рівнянням Фрейндліха:            Х= К*С^1/n

Де Х – кількість молей речовини, адсорбовані одиницею маси або поверхні адсорбенту;

 С- рівноважна концентрація адсорбенту; К і n – константи для даного  процесу.

Для знаходження констант  К і n рівняння Фрейндлиха логарифмують: lgX = lgK + 1/n lgC

Одержане рівняння є рівнянням прямої лінії. По осі ординат відкладають значення lgX, а по осі абсцис – lgС . Відрізок , що відсікає пряма на осі ординат відповідає значенню lgК , а тангенс кута нахилу цієї прямої до осі абсцис дорівнює 1/n.

 

                                    lgx

                                                                a

 

                                                         lgK

 

                                                                                                         lgC

Наведені рівняння дозволяють розрахувати адсорбцію даного адсорбату на даному адсорбенті.

Поляни в 1915 р. запропонував теорію полімолекулярної адсорбції.

Основні положення теорії Поляни:

1) адсорбція зумовлена суто фізичними силами;

2) на поверхні адсорбенту немає активних центрів, а адсорбційні сили діють поблизу поверхні і утворюють біля цієї поверхні безперервне силове поле;

3) адсорбційні сили діють на порівняно більші відстані, що перевищують розміри окремих молекул адсорбтиву і тому можна говорити про існування біля поверхні адсорбенту адсорбційного об’єму , який заповнюється молекулами адсорбтиву;

4) дія адсорбційних сил в міру віддалення від поверхні зменшується і на деякій відстані стає рівним нулю;

5) притяжіння даної молекули поверхнею адсорбенту не залежить від наявності в адсорбційному просторі інших молекул;

6) адсорбційні сили не залежать від температури і, отже, зі зміною температури адсорбція не змінюється;

7) під впливом адсорбційного поля виникає можливість утворення декількох шарів молекул адсорбату.

Найбільше притяжіння і стиснення відчуває перший адсорбційний шар. Притяжіння наступних шарів знижується до тих пір, поки густина речовини знизиться до його густині в навколишньому середовищі.

Теорія полімолекулярної адсорбції Поляни дозволяє описати адсорбцію на пористих адсорбентах та пояснити характер S-образної ізотерми.

Молекулярна адсорбція з розчинів.

Перші дослідження належать росіянинові вченому Т.Е. Ловицу(1785). Він уперше запропонував очищувати спирт від сивушних масел вугіллям.