Диаграммы однокомпонентных систем

Адсорбцией называется явление концентрации молекул газа на поверхности твердого тела. При этом твердое тело — адсорбент, а газ — адсорбат. Обратный процесс называется десорбцией. Характеристики адсорбции:

— величина удельной

— величина адсорбции.

— поверхностная концентрация. Зависит только от природы адсорбента и адсорбата при постоянных температуре и давлении.

В зависимости от характера сил взаимодействия между адсорбатом и адсорбентом различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая адсорбция осуществляется за счет сил андерваальсова (межмолекулярного) взаимодействия. Если адсорбент неполярнен, то это дисперсионные силы. Если на поверхности адсорбента имеются полярные молекулы, то осуществляется дипольное взаимодействие. Взаимодействие неполярной молекулы или атома адсорбата с неполярными молекулами адсорбента описывается уравнением Леннарда-Джонса:

— потенциал взаимодействия, C и B — постоянные коэффициенты. r — расстояние между центрами частиц адсорбента и адсорбата.

При химической адсорбции (хемосорбции) молекулы адсорбента образуют химические соединения с молекулами адсорбата. Практически имеют дело с гетерогенными реакциями (т.е. протекающими на границе раздела фаз). Химическая адсорбция необратима. Если вещество поглощается всем объемом другого вещества, а не только на границе раздела фаз, то такой процесс называется абсорбцией.

Адсорбция (лат. ad — на, при; sorbeo — поглощаю) — процесс концентрирования вещества из объёма фаз на границе их раздела.

Поглощаемое вещество, еще находящееся в объеме фазы, называют адсорбтив, поглощенное — адсорбат. В более узком смысле под адсорбцией часто понимают поглощение примеси из газа или жидкости твердым веществом — адсорбентом. При этом, как и в общем случае адсорбции, происходит концентрирование примеси на границе раздела адсорбент-жидкость либо адсорбент-газ. Процесс, обратный адсорбции, то есть перенос вещества с поверхности раздела фаз в объем фазы, называется десорбция.

Физическая адсорбция

Причиной адсорбции являются неспецифические (то есть не зависящие от природы вещества) ван-дер-ваальсовы силы. Адсорбция, осложненная химическим взаимодействием между адсорбентом и адсорбатом, является особым случаем. Явления такого рода называют хемосорбцией и химической адсорбцией. «Обычную» адсорбцию в случае, когда требуется подчеркнуть природу сил взаимодействия, называют физической адсорбцией.

Физическая адсорбция является обратимым процессом, условие равновесия определяется равными скоростями адсорбции молекул адсорбтива P на вакантных местах поверхности адсорбента S^* и десорбции — освобождения адсорбата из связанного состояния S − P: ;

уравнение равновесияя в таком случае: ,

где K — константа равновесия, [S − P] и [S^*] — доли поверхности адсорбента, занятые и незанятые адсорбатом, а [P] — концентрация адсорбтива.

Количественно процесс физической мономолекулярной адсорбции в случае, когда межмолекулярным взаимодействием адсорбата можно пренебречь, описывается уравнением Ленгмюра:

,

где θ — доля площади поверхности адсорбента, занятая адсорбатом, α — адсорбционный коэффициент Ленгмюра, а P — концентрация адсорбтива.

Поскольку [ S − P ] = θ и, соответственно, [ S ^* ] = 1 − θ, уравнение адсорбционного равновесия может быть записано следующим образом:

Уравнение Ленгмюра является одной из форм уравнения изотермы адсорбции. Под уравнением изотермы адсорбции (чаще применяют сокращенный термин — изотерма адсорбции) понимают зависимость равновесной величины адсорбции от концентрации адсорбтива a=f(С) при постоянной температуре (T=const). Концентрация адсорбтива для случая адсорбции из жидкости выражается, как правило, в мольных либо массовых долях. Часто, особенно в случае адсорбции из растворов, пользуются относительной величиной: С/С_s, где С — концентрация, С_s — предельная концентрация (концентрация насыщения) адсорбтива при данной температуре. В случае адсорбции из газовой фазы концентрация может быть выражена в единицах абсолютного давления, либо, что особенно типично для адсорбции паров, в относительных единицах: P/P_s, где P — давление пара, P_s — давление насыщенных паров этого вещества. Саму величину адсорбции можно выразить также в единицах концентрации (отношение числа молекул адсорбата к общему числу молекул на границе раздела фаз). Для адсорбции на твердых адсорбентах, особенно при рассмотрении практических задач, используют отношение массы или количества поглощенного вещества к массе адсорбента, например мг/г или ммоль/г.