Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Равновесные (статические) изотермы адсорбции. Основные уравнения.
Анализ накопленного экспериментального материала позволил Брунауэру, Демингу, Теллеру выделить 5 основных типов изотерм (см. рис. выше). Первая изотерма отображает мономолекулярную, четыре остальных — моно- и полимолекулярную адсорбцию: 1 — кривая Лэнгмюровского типа, II — s-образная кривая, III — вогнутая кривая без перегибов с монотонным ростом da/dp, IV, V — кривые типов II, III, осложненные капиллярной конденсацией, сопровождающей полимолекулярную адсорбцию. Такая классификация охватывает подавляющее большинство описанных в литературе изотерм. Рассмотрим изотерму I (СЛАЙД 9), как наиболее распространенную для мономолекулярной адсорбции. По характеру зависимости величины адсорбции от давления на ней можно выделить три области: 1 —низких, 2 — средних, и 3 — высоких давлений (концентраций). В области 1 соотношение между давлениями и величиной адсорбции выражается прямой пропорциональностью — уравнением Генри (СЛАЙД 10): α= kP (1) К нему можно подойти, рассматривая процесс адсорбции из газовой фазы с динамической точки зрения. При соударении частиц адсорбата с поверхностью твердого тела они могут либо упруго отразиться, либо оставаться на поверхности в течение некоторого времени, а затем десорбироваться в объемную фазу. В результате такой задержки увеличивается концентрация частиц адсорбата на поверхности адсорбента. В условиях равновесия объемной фазы с адсорбированными молекулами концентрация частиц на поверхности твердого тела будет определяться выражением а = nτ (2) где а — число молекул на 1 смэ поверхности, п — число молекул, ударяющихся об 1 см2 поверхности за 1 с, τ — среднее время жизни молекулы на поверхности твердого тела. Для определения величины а надо знать n и τ. Величину п можно найти, исходя из кинетической теории газов (СЛАЙД 11): n = (3) где Р — давление, М — молекулярный вес, Т — температура, R — газовая постоянная. Величина τ зависит от природы поверхности и адсорбирующегося газа. Френкелем была предложена зависимость τ от Т τ = τ0 exp(q / RT) где τ 0—период колебания адсорбированной молекулы в направлении, перпендикулярном к поверхности, q — теплота адсорбции. Объединяя уравнения (1), (2), (3), получаем
α = = kP - уравнение Генри 2-я область изотермы, отвечающая средним давлениям и напоминающая по своему виду параболу, удовлетворительно описывается эмпирическим уравнением Бедекера — Фреиндлиха (молекулярная адсорбция за счет сил Ван-дер-Ваальса) (СЛАЙД 12): a = x / m = kP илиα = a / s = kP где m — масса адсорбента, Р — равновесное давление газа над адсорбентом, s — удельная поверхность, к и 1/nконстанты. Для адсорбции из раствора уравнение Бедекера — Фреиндлиха принимает следующий вид: a= x / m = βC где С — равновесная концентрация, β — константа. Данное уравнение, представляя собой уравнение параболы, не может дать прямолинейного нарастания адсорбции с давлением или концентрацией (область 1) и предельного значения адсорбции (область 3). В целом, адсорбционная изотерма I удовлетворительно описывается уравнением Лэнгмюра (мономолекулярная адсорбция) (СЛАЙД 13) a = (4) где ат — емкость монослоя, т. е. максимальное количество вещества, которое может быть адсорбировано в виде монослоя па поверхности твердого тела, k = τ / . Действительно, при очень малых Р kР << 1 и уравнение (4) переходит в (1). В области высоких давлений kP> > 1, в результате уравнение (4) принимает вид а = ат и показывает, что количество адсорбированного газа не изменяется более с изменением давления.
При этом считается что: 1) поверхность однородна с одно и той же теплотой адсорбции 2) сорбируемые молекулы остаются на своих местах в течении всего времени сорбции 3) соударение с чистой поверхностью приводит к сорбции, а с сорбируемой молекулой к отталкиванию 4) при сорбции устанавливается равновесие между концентрацией вещества в объеме растворе и поверхностью с ее свободными и занятыми участками.
Для обработки экспериментальных данных уравнение Лэнгмюра удобно выразить в виде P/a = 1/kam+P/am Откладывая Р/а от Р, получают прямую линию, из параметров которой находят ат и k. Наиболее универсальным уравнением, с помощью которого можно описать все виды изотерм, является уравнение БЭТ a = (5) где aт — величина адсорбции, отвечающая мономолекулярному покрытию, С = ехр (E1 — E L )/RT, E1, —теплота адсорбции в первом слое, EL — теплота конденсации, (E1 — EL) — чистая теплота адсорбции.
Это уравнение было выведено Брунауэром, Эмметом и Теллером (1940 г.), исходя из теории полимолекулярной адсорбции и известного уравнения Лэнгмюра. Если E1>EL тогда С>>1, и уравнение (5) приводит к кривым типа II и IV. При E1<EL получаем кривые типа III и I. Таким образом, форма кривой изотермы меняется в зависимости от соотношения E1 и EL что и подтверждает универсальность данного уравнения. При малом значении Р/Рs оно переходит в уравнение Лэнгмюра. Уравнение БЭТ хорошо применимо ко многим адсорбентам в интервале P/Ps от 0,05 до 0,35 и обусловливает учет всех равноценных мест на поверхности адсорбента.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 513; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.224.95.38 (0.008 с.) |