Адсорбция газов на твердых непористых и макропористых адсорбентах

Следовательно, сделаем вывод, что теория мономолекулярной адсорбции, которую разработал американский химик И. Ленгмюр, основывается на следующих положениях: 1) адсорбция является локализованной и вызывается силами, близкими к химическим, 2) адсорбция происходит не на всей поверхности адсорбента, 3) каждый активный центр способен взаимодействовать только с одной молекулой адсорбата, 4) процесс адсорбции является обратимым и равновесным.

 

 

 

 

2.2.Теория полимолекулярной адсорбции Поляни и уравнение Фрейндлиха

 

На практике часто (особенно при адсорбции паров) встречаются т.н. S-образные изотермы адсорбции (рис. 2), форма которых свидетельствует о возможном, начиная с некоторой величины давления, взаимодействии адсорбированных молекул с адсорбатом.

Рисунок 2 - Изотерма полимолекулярной адсорбции

Для описания таких изотерм адсорбции М. Поляни предложил теорию полимолекулярной адсорбции, основанную на следующих основных положениях [1, с.15]:

1. Адсорбция вызвана чисто физическими силами.

2. Поверхность адсорбента  однородна, т.е. на ней нет активных центров; адсорбционные силы образуют непрерывное силовое поле вблизи поверхности адсорбента.

3. Адсорбционные силы  действуют на расстоянии, большем  размера молекулы адсорбата. Иначе  говоря, у поверхности адсорбента  существует некоторый адсорбционный объём, который при адсорбции заполняется молекулами адсорбата.

4. Притяжение молекулы  адсорбата поверхностью адсорбента  не зависит от наличия в  адсорбционном объеме других  молекул, вследствие чего возможна  полимолекулярная адсорбция.

5. Адсорбционные силы  не зависят от температуры и, следовательно, с изменением температуры адсорбционный объем не меняется.

Уравнение Фрейндлиха.

Теоретические представления, развитые Ленгмюром и Поляни, в значительной степени идеализируют и упрощают истинную картину адсорбции. На самом деле поверхность адсорбента неоднородна, между адсорбированными частицами имеет место взаимодействие, активные центры не являются полностью независимыми друг от друга и т.д. Все это усложняет вид уравнения изотермы.

Г. Фрейндлих показал, что при постоянной температуре число молей адсорбированного газа или растворенного вещества, приходящееся на единицу массы адсорбента (т.н. удельная адсорбция x/m), пропорционально равновесному давлению (для газа) или равновесной концентрации (для веществ, адсорбируемых из раствора) адсорбента, возведенным в некоторую степень, которая всегда меньше единицы:

(9)

(10)

(а)

(б)

Рисунок 3 - Изотерма адсорбции Фрейндлиха в обычных (а) и логарифмических (б) координатах

Показатель степени n и коэффициент пропорциональности а в уравнении Фрейндлиха определяются экспериментально. Логарифмируя уравнения (9 - 10), получаем:

(11)

(12)

Т.о., зависимость логарифма удельной адсорбции от логарифма концентрации (давления) графически выражается прямой линией, отсекающей на оси ординат отрезок, равный lga, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен по величине показателю степени при давлении или концентрации (рис. 3):  (13). [9, с.28].

Таким образом, для описания таких изотерм адсорбции М. Поляни предложил теорию полимолекулярной адсорбции, основанную на следующих основных положениях: 1) адсорбция вызвана чисто физическими силами; 2) поверхность адсорбента однородна; 3) адсорбционные силы действуют на расстоянии, большем размера молекулы адсорбата; 4) притяжение молекулы адсорбата поверхностью адсорбента не зависит от наличия в адсорбционном объеме других молекул, вследствие чего возможна полимолекулярная адсорбция; 5) адсорбционные силы не зависят от температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Адсорбция является самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением свободной энергии и энтропии системы. Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Адсорбция газов на твердых поверхностях используется в некоторых отраслях пищевой промышленности, а именно масложировой (например, в производстве маргарина) и в бродильной (например, в производстве дрожжей) для очистки технологических газовых потоков с целью предотвращения выбросов вредных веществ в атмосферу.

Адсорбент должен обладать следующими основными свойствами: необходимой селективностью; отсутствием каталитической активности и химической инертностью к компонентам разделяемой смеси; достаточной механической прочностью; линейностью изотермы адсорбции; быть доступным.

Единой теории, которая достаточно корректно описывала бы все виды адсорбции на разных поверхностях раздела фаз, не имеется; рассмотрим поэтому некоторые наиболее распространенные теории адсорбции, описывающие отдельные виды адсорбции на поверхности раздела твердое тело – газ или твердое тело – раствор.

Теория мономолекулярной адсорбции, которую разработал американский химик И. Ленгмюр, основывается на следующих положениях: 1) адсорбция является локализованной и вызывается силами, близкими к химическим, 2) адсорбция происходит не на всей поверхности адсорбента, 3) каждый активный центр способен взаимодействовать только с одной молекулой адсорбата, 4) процесс адсорбции является обратимым и равновесным.

Для описания таких изотерм адсорбции М. Поляни предложил теорию полимолекулярной адсорбции, основанную на следующих основных положениях: 1) адсорбция вызвана чисто физическими силами; 2) поверхность адсорбента однородна; 3) адсорбционные силы действуют на расстоянии, большем размера молекулы адсорбата; 4) притяжение молекулы адсорбата поверхностью адсорбента не зависит от наличия в адсорбционном объеме других молекул, вследствие чего возможна полимолекулярная адсорбция; 5) адсорбционные силы не зависят от температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемых источников

 

1. Андреева, И.В.Теория полимолекулярной адсорбции Поляни / И.В. Андреева // Журнал общей химии. – 2011. - №9. С.15-18
2. Астахов, В.А. Основы инженерного расчета адсорбционных равновесий для микропористых адсорбентов / В.А. Астахов. –М.: Просвещение, 2009. – 201с.
3. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия / Н.С.Ахметов - М.: Инфра- М, 2008. – 360с.
4. Вольхин, В.В. Общая химия. Основной курс. / В.В. Вольхин. – Краснодар: Химия; 2011. – 377с.
5. Глинка, Н.Л. Общая химия/ Н.Л. Глинка -  М.; 2009, - 207с.
6. Евстратова, К.И. Физическая и коллоидная химия / К.И.Евстратова. -  М.: Знание, 2009. – 305с.
7. Зимон, А.Д. Занимательная коллоидная химия: своеобразный мир частиц. – 2-е изд./ А.Д. Зимон. – М.: Дрофа, 2010. – 260с.
8. Зимон, А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия /А.Д.Зимон. -  М.: Дрофа, 2008. – 310с.
9. Камынина, С.А. Уравнение Фрейндлиха / С.А. Камынина //Журнал общей химии. – 2011. - №1. С.27-29
10. Коллоидная химия: М. И. Гельфман, О. В. Ковалевич, В. П. Юстратов. – М.: Лань, 2011.- 336 с.
11. Кругляков,  П.М. Физическая и коллоидная химия / П.М. Кругляков. - М.: Знание, 2010. – 288с.
12. Розинкин, А.В. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра /А.В. Розинкин // Российский химический журнал. – 2010. - №4. С.12-16
13. Смотров, И.А. Адсорбция газов на твердых непористых и макропористых адсорбентах / И.А. Смотров // Химия и химики. – 2011. - №7. С.10-13