I тип, изотерма Ленгмюра

Изотерма Ленгмюра описывает мономолекулярное покрытие адсорбатом поверхности адсорбента. Для описания применяют уравнения Ленгмюра, Фрейндлиха, Тёмкина.

II тип простой случай: мономолекулярная адсорбция переходит в полимолекулярную.

Точка «В» отвечает этому переходу и характеризует емкость монослоя, то есть количество адсорбата, необходимое для покрытия поверхности адсорбента монослоем.

Р₀- давление газа адсорбата.

Этот тип характерен для непористых адсорбентов или макропористых.

Г.

III тип изотермы адсорбции, случай когда взаимодействие адсорбат – адсорбент меньше, чем между адсорбированными молекулами. На практике встречается редко, например адсорбция на углях.

IV – VI тип изотермы с присутствием капиллярной конденсации (три вида):

VII тип изотермы адсорбции – характеризует ступенчатую многослойную адсорбцию на однородной поверхности.

VIII тип изотермы адсорбции имеет место на плоской поверхности.

Все восемь типов изотерм описывают так называемый идеальный адсорбированный слой Лэнгмюра.

Модели адсорбции и основанные на них теории

Современные требования к моделям адсорбции заключаются в том, что соответствующие теориям уравнения изотермы адсорбции удовлетворительно описывают возможность предсказать характер изменения теплоты адсорбции с изменением количества адсорбата.

Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра

Основное допущение теории: адсорбция ограничивается образованием идеального монослоя.

Основные положения теории (всего 5-ть):

1) Адсорбция происходит на отдельных адсорбционных центрах. Каждый адсорбционный цент может удерживать только одну молекулу адсорбата. Предполагается, что поверхность содержит адсорбционные центры лишь одного вида, характеризуется одной и той же теплотой адсорбции. Связь адсорбат – адсорбент в пределах всей поверхности адсорбента характеризуется одним и тем же значением энергии связи Е_св. Такая поверхность адсорбента называется энергетически однородной;

2) Адсорбированные молекулы не взаимодействуют друг с другом. Прочность связи с адсорбционным центром определяется только видом адсорбционной молекулы и центра и не зависит от присутствия соседних центров с адсорбированными молекулами;

3) Общее число адсорбционных центров не меняется с температурой, давлением, степенью заполнения поверхности, оно определяется «биографией» поверхности (дефекты);

4) Каждый данный центр может связаться с молекулой адсорбата строго определённым образом. Так, что энергия связи представляет постоянную характеристику данного центра к молекуле адсорбата, не меняется со временем;

5) Число адсорбционных центров на поверхности которых есть постоянная величина, характерная для данной поверхности и обусловлена её «биографией». Общее число центров не меняется с температурой и зависит от степени заполнения поверхности.

Вывод основного уравнения теории, уравнения Ленгмюра:а

ʋ_адс примерно равна числу столкновений молекул адсорбата со свободной поверхностью адсорбента:

ʋ_адс=k₁ρ(1-θ), где

ρ- давление газа адсорбата;

(1-θ) – свободная поверхность;

ʋ_дес=k₂θ, где

ʋ_дес – примерно равна числу занятых центров.

В момент установления равновеися: k₁ρ(1-θ)=k₂θ =>

θ/1- θ=k₁/k₂*ρ => 1/ θ-1=a*p => θ=bp/1+bρ

уравнения Ленгмюра, в которых учтено, что

k₁/k₂=k_адс/k_дес=K_равн;

1/К_равн=а и К_равн=b – постоянные, введённые удобства.

Для адсорбции из растворов применяется новое уравнение Ленгмюра, в котором применяют адсорбцию по Гиббсу: Г=Г_∞*с/с+а, где

с- концентрация адсорбата;

Г- адсорбция при данном неполном заполнении поверхности;

Г_∞ – максимальная адсорбция;

Г=Г_∞*bp/1+bp; Г=Г_∞*р/а+р;

Смысл коэффициентов а и b недостаточно ясен, очевидно, только, что они зависят от природы адсорбируемых молекул.

Анализ уравнения Лэнгмюра

Описывает изотерму Ленгмюра:

3) Среднее значение р, с соответствует участок 2 Уравнения Ленгмюра для них работает в полной форме;

Уравнение математического отражения теории Ленгмюра не является типичным адсорбционным уравнением. Для его вывода не требуется специальных допущений, например, о центрах адсорбции.

Уравнение Ленгмюра введено для однородной поверхности адсорбента в условиях отсутствия взаимодействия между частицами. На практике оказалось, что оно применимо ко многим «реальным» случая адсорбции.

Объяснение: эффект компенсации ошибок

Присутствие на реальных поверхностях двух закономерностей:

1) Неоднородность и как следствие неравномерное изменение теплоты адсорбции q;

2) В реальных поверхностях всегда присутствует взаимодействие адсорбированных молекул: боковое

Эффект компенсации ошибок

В результате наложения этих факторов и появляется возможность их взаимной компенсации. На определенном отрезке АК возможно применение уравнения Ленгмюра к реальным процессам. Можно найти объяснение и случаям применения уравнения Ленгмюра не только к физической, но и к химической адсорбции.

Катализ

План презентации

Основные понятия. Кинетика катализа;

Дата добавления: 2015-07-11