ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 38
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
6. АДСОРБЦИЯ
-
Физическаяихимическаяадсорбция.
Адсорбция – как явление сопровождает двухфазные многокомпонентные системы.
Адсорбция – (ad – на, sorbeo – поглощаю, лат.). Абсорбция – (ab – в, " " " ).
Адсорбция имеет место на границах раздела: газ – тв. тело, жидкость – тв. тело, жидкость – жидкость, газ – жидкость в отсутствии химического взаимодействия и растворения.
Абсорбция наблюдается на границе раздела газ – жидкость и сопровождается растворением газа в объёме жидкости с или без химического взаимодействия.
Теплота адсорбции G + TS всегда отрицательна, так как
G и S отрицательны при самопроизвольной адсорбции. Все адсорбционные процессы экзотермичны.
Адсорбция характеризуется величиной Гi = ni/S , т. е. числом частиц ,адсорбированных на единицу поверхности. Твёрдые адсорбенты обладают развитой поверхностью, величина которой составляет 1 – 2000 м2/г. Если поверхность адсорбента неизвестна, то количество поглощённого газа относят к 1 см3 или к 1гадсорбента. Зависимость Г = f(P) или Г = f(C) при постоянной температуре называется изотермой адсорбции.
Различают два вида адсорбции – физическая и химическая адсорбция. Физическая адсорбция вызвана Ван – дер – ваальсовыми силами взаимодействия между молекулами адсорбата и адсорбента. Эти силы невелики и поэтому теплота физической адсорбции составляет 10 – 30 кДж/моль. Химическая адсорбция, или хемосорбция, обязана химической связи, возникающей между адсорбатом и адсорбентом. При этом образуются поверхностные соединения. Теплота хемосорбции составляет 100 – 400 кДж/моль, а сам процесс хемосорбции носит активационный характер. Молекулы адсорбата и адсорбента должны обладать энергией, которая превышает некоторое пороговое значение (энергия активации). Энергетические характеристики этих двух видов адсорбции и обуславливают их основные отличия(см таблицу 6.1.).
Физическая адсорбция неспецифична и ряд по адсорбируемости сохраняется на любом адсорбенте. Он связан с силами взаимодействия. Чем выше взаимодействие молекул адсорбата друг с другом, тем выше их нормальная точка кипения Тнтк и тем больше величина Гi (см. таблицу 6.2).
Таблица 6.1. Основные различия между физической и химической адсорбцией.
6. АДСОРБЦИЯ
-
Физическаяихимическаяадсорбция.
Адсорбция – как явление сопровождает двухфазные многокомпонентные системы.
Адсорбция – (ad – на, sorbeo – поглощаю, лат.). Абсорбция – (ab – в, " " " ).
Адсорбция имеет место на границах раздела: газ – тв. тело, жидкость – тв. тело, жидкость – жидкость, газ – жидкость в отсутствии химического взаимодействия и растворения.
Абсорбция наблюдается на границе раздела газ – жидкость и сопровождается растворением газа в объёме жидкости с или без химического взаимодействия.
Теплота адсорбции G + TS всегда отрицательна, так как
G и S отрицательны при самопроизвольной адсорбции. Все адсорбционные процессы экзотермичны.
Адсорбция характеризуется величиной Гi = ni/S , т. е. числом частиц ,адсорбированных на единицу поверхности. Твёрдые адсорбенты обладают развитой поверхностью, величина которой составляет 1 – 2000 м2/г. Если поверхность адсорбента неизвестна, то количество поглощённого газа относят к 1 см3 или к 1гадсорбента. Зависимость Г = f(P) или Г = f(C) при постоянной температуре называется изотермой адсорбции.
Различают два вида адсорбции – физическая и химическая адсорбция. Физическая адсорбция вызвана Ван – дер – ваальсовыми силами взаимодействия между молекулами адсорбата и адсорбента. Эти силы невелики и поэтому теплота физической адсорбции составляет 10 – 30 кДж/моль. Химическая адсорбция, или хемосорбция, обязана химической связи, возникающей между адсорбатом и адсорбентом. При этом образуются поверхностные соединения. Теплота хемосорбции составляет 100 – 400 кДж/моль, а сам процесс хемосорбции носит активационный характер. Молекулы адсорбата и адсорбента должны обладать энергией, которая превышает некоторое пороговое значение (энергия активации). Энергетические характеристики этих двух видов адсорбции и обуславливают их основные отличия(см таблицу 6.1.).
Физическая адсорбция неспецифична и ряд по адсорбируемости сохраняется на любом адсорбенте. Он связан с силами взаимодействия. Чем выше взаимодействие молекул адсорбата друг с другом, тем выше их нормальная точка кипения Тнтк и тем больше величина Гi (см. таблицу 6.2).
Таблица 6.1. Основные различия между физической и химической адсорбцией.
6. АДСОРБЦИЯ
-
Физическаяихимическаяадсорбция.
Адсорбция – как явление сопровождает двухфазные многокомпонентные системы.
Адсорбция – (ad – на, sorbeo – поглощаю, лат.). Абсорбция – (ab – в, " " " ).
Адсорбция имеет место на границах раздела: газ – тв. тело, жидкость – тв. тело, жидкость – жидкость, газ – жидкость в отсутствии химического взаимодействия и растворения.
Абсорбция наблюдается на границе раздела газ – жидкость и сопровождается растворением газа в объёме жидкости с или без химического взаимодействия.
Теплота адсорбции G + TS всегда отрицательна, так как
G и S отрицательны при самопроизвольной адсорбции. Все адсорбционные процессы экзотермичны.
Адсорбция характеризуется величиной Гi = ni/S , т. е. числом частиц ,адсорбированных на единицу поверхности. Твёрдые адсорбенты обладают развитой поверхностью, величина которой составляет 1 – 2000 м2/г. Если поверхность адсорбента неизвестна, то количество поглощённого газа относят к 1 см3 или к 1гадсорбента. Зависимость Г = f(P) или Г = f(C) при постоянной температуре называется изотермой адсорбции.
Различают два вида адсорбции – физическая и химическая адсорбция. Физическая адсорбция вызвана Ван – дер – ваальсовыми силами взаимодействия между молекулами адсорбата и адсорбента. Эти силы невелики и поэтому теплота физической адсорбции составляет 10 – 30 кДж/моль. Химическая адсорбция, или хемосорбция, обязана химической связи, возникающей между адсорбатом и адсорбентом. При этом образуются поверхностные соединения. Теплота хемосорбции составляет 100 – 400 кДж/моль, а сам процесс хемосорбции носит активационный характер. Молекулы адсорбата и адсорбента должны обладать энергией, которая превышает некоторое пороговое значение (энергия активации). Энергетические характеристики этих двух видов адсорбции и обуславливают их основные отличия(см таблицу 6.1.).
Физическая адсорбция неспецифична и ряд по адсорбируемости сохраняется на любом адсорбенте. Он связан с силами взаимодействия. Чем выше взаимодействие молекул адсорбата друг с другом, тем выше их нормальная точка кипения Тнтк и тем больше величина Гi (см. таблицу 6.2).
Таблица 6.1. Основные различия между физической и химической адсорбцией.
6. АДСОРБЦИЯ
-
Физическаяихимическаяадсорбция.
Адсорбция – как явление сопровождает двухфазные многокомпонентные системы.
Адсорбция – (ad – на, sorbeo – поглощаю, лат.). Абсорбция – (ab – в, " " " ).
Адсорбция имеет место на границах раздела: газ – тв. тело, жидкость – тв. тело, жидкость – жидкость, газ – жидкость в отсутствии химического взаимодействия и растворения.
Абсорбция наблюдается на границе раздела газ – жидкость и сопровождается растворением газа в объёме жидкости с или без химического взаимодействия.
Теплота адсорбции G + TS всегда отрицательна, так как
G и S отрицательны при самопроизвольной адсорбции. Все адсорбционные процессы экзотермичны.
Адсорбция характеризуется величиной Гi = ni/S , т. е. числом частиц ,адсорбированных на единицу поверхности. Твёрдые адсорбенты обладают развитой поверхностью, величина которой составляет 1 – 2000 м2/г. Если поверхность адсорбента неизвестна, то количество поглощённого газа относят к 1 см3 или к 1гадсорбента. Зависимость Г = f(P) или Г = f(C) при постоянной температуре называется изотермой адсорбции.
Различают два вида адсорбции – физическая и химическая адсорбция. Физическая адсорбция вызвана Ван – дер – ваальсовыми силами взаимодействия между молекулами адсорбата и адсорбента. Эти силы невелики и поэтому теплота физической адсорбции составляет 10 – 30 кДж/моль. Химическая адсорбция, или хемосорбция, обязана химической связи, возникающей между адсорбатом и адсорбентом. При этом образуются поверхностные соединения. Теплота хемосорбции составляет 100 – 400 кДж/моль, а сам процесс хемосорбции носит активационный характер. Молекулы адсорбата и адсорбента должны обладать энергией, которая превышает некоторое пороговое значение (энергия активации). Энергетические характеристики этих двух видов адсорбции и обуславливают их основные отличия(см таблицу 6.1.).
Физическая адсорбция неспецифична и ряд по адсорбируемости сохраняется на любом адсорбенте. Он связан с силами взаимодействия. Чем выше взаимодействие молекул адсорбата друг с другом, тем выше их нормальная точка кипения Тнтк и тем больше величина Гi (см. таблицу 6.2).
Таблица 6.1. Основные различия между физической и химической адсорбцией.
6. АДСОРБЦИЯ
-
Физическаяихимическаяадсорбция.
Адсорбция – как явление сопровождает двухфазные многокомпонентные системы.
Адсорбция – (ad – на, sorbeo – поглощаю, лат.). Абсорбция – (ab – в, " " " ).
Адсорбция имеет место на границах раздела: газ – тв. тело, жидкость – тв. тело, жидкость – жидкость, газ – жидкость в отсутствии химического взаимодействия и растворения.
Абсорбция наблюдается на границе раздела газ – жидкость и сопровождается растворением газа в объёме жидкости с или без химического взаимодействия.
Теплота адсорбции G + TS всегда отрицательна, так как
G и S отрицательны при самопроизвольной адсорбции. Все адсорбционные процессы экзотермичны.
Адсорбция характеризуется величиной Гi = ni/S , т. е. числом частиц ,адсорбированных на единицу поверхности. Твёрдые адсорбенты обладают развитой поверхностью, величина которой составляет 1 – 2000 м2/г. Если поверхность адсорбента неизвестна, то количество поглощённого газа относят к 1 см3 или к 1гадсорбента. Зависимость Г = f(P) или Г = f(C) при постоянной температуре называется изотермой адсорбции.
Различают два вида адсорбции – физическая и химическая адсорбция. Физическая адсорбция вызвана Ван – дер – ваальсовыми силами взаимодействия между молекулами адсорбата и адсорбента. Эти силы невелики и поэтому теплота физической адсорбции составляет 10 – 30 кДж/моль. Химическая адсорбция, или хемосорбция, обязана химической связи, возникающей между адсорбатом и адсорбентом. При этом образуются поверхностные соединения. Теплота хемосорбции составляет 100 – 400 кДж/моль, а сам процесс хемосорбции носит активационный характер. Молекулы адсорбата и адсорбента должны обладать энергией, которая превышает некоторое пороговое значение (энергия активации). Энергетические характеристики этих двух видов адсорбции и обуславливают их основные отличия(см таблицу 6.1.).
Физическая адсорбция неспецифична и ряд по адсорбируемости сохраняется на любом адсорбенте. Он связан с силами взаимодействия. Чем выше взаимодействие молекул адсорбата друг с другом, тем выше их нормальная точка кипения Тнтк и тем больше величина Гi (см. таблицу 6.2).
Таблица 6.1. Основные различия между физической и химической адсорбцией.
6. АДСОРБЦИЯ
-
Физическаяихимическаяадсорбция.
Адсорбция – как явление сопровождает двухфазные многокомпонентные системы.
Адсорбция – (ad – на, sorbeo – поглощаю, лат.). Абсорбция – (ab – в, " " " ).
Адсорбция имеет место на границах раздела: газ – тв. тело, жидкость – тв. тело, жидкость – жидкость, газ – жидкость в отсутствии химического взаимодействия и растворения.
Абсорбция наблюдается на границе раздела газ – жидкость и сопровождается растворением газа в объёме жидкости с или без химического взаимодействия.
Теплота адсорбции G + TS всегда отрицательна, так как
G и S отрицательны при самопроизвольной адсорбции. Все адсорбционные процессы экзотермичны.
Адсорбция характеризуется величиной Гi = ni/S , т. е. числом частиц ,адсорбированных на единицу поверхности. Твёрдые адсорбенты обладают развитой поверхностью, величина которой составляет 1 – 2000 м2/г. Если поверхность адсорбента неизвестна, то количество поглощённого газа относят к 1 см3 или к 1гадсорбента. Зависимость Г = f(P) или Г = f(C) при постоянной температуре называется изотермой адсорбции.
Различают два вида адсорбции – физическая и химическая адсорбция. Физическая адсорбция вызвана Ван – дер – ваальсовыми силами взаимодействия между молекулами адсорбата и адсорбента. Эти силы невелики и поэтому теплота физической адсорбции составляет 10 – 30 кДж/моль. Химическая адсорбция, или хемосорбция, обязана химической связи, возникающей между адсорбатом и адсорбентом. При этом образуются поверхностные соединения. Теплота хемосорбции составляет 100 – 400 кДж/моль, а сам процесс хемосорбции носит активационный характер. Молекулы адсорбата и адсорбента должны обладать энергией, которая превышает некоторое пороговое значение (энергия активации). Энергетические характеристики этих двух видов адсорбции и обуславливают их основные отличия(см таблицу 6.1.).
Физическая адсорбция неспецифична и ряд по адсорбируемости сохраняется на любом адсорбенте. Он связан с силами взаимодействия. Чем выше взаимодействие молекул адсорбата друг с другом, тем выше их нормальная точка кипения Тнтк и тем больше величина Гi (см. таблицу 6.2).
| Физическая адсорбция | Химическая адсорбция |
| 1) Теплота адсорбции 10 30 кДж/моль | 1) 100 300 кДж/моль |
| 2) Скорость адсорбции W a – число ударов о стенку | 2) W = aexp(-E/RT), где Е>80120 кДж/моль |
| 3) Температурная зависимость скорости W a T | 3) W exp(-E/RT) – скорость резко увеличивается с температурой |
| 4) Адсорбция неспецифична и ряд по адсорбируемости сохраняется на любом адсорбенте. | 4) Адсорбция специфична. Данный газ может с одним адсорбентом реагировать, с другим – нет. |
Таблица 6.2. Объёмы газов, адсорбируемых на 1гактивированного угля при 15оС.
| Газ | Vадс. см3 | Тнтк К |
| SO2 | 380 | 263 |
| Cl2 | 235 | 238 |
| NH3 | 181 | 243 |
| H2S | 99 | 213 |
| HCl | 72 | 188 |
| CO2 | 48 | 195 |
| CO | 9,3 | 72 |
| H2 | 4,7 | 20 |
-
ИзотермаадсорбцииЛэнгмюра.
Основной характеристикой адсорбции является зависимость равновесной Гi = f(P) при постоянной температуре. Рассмотрим систему газ – твёрдое тело при допущениях Лэнгмюра:
-
Адсорбент – совокупность одинаковых адсорбционных центров, т. е. поверхность адсорбента однородна; -
Межмолекулярными взаимодействиями адсорбата на поверхности можно пренебречь; -
Каждый центр адсорбции взаимодействует только с одной молекулой адсорбата, причём молекулы адсорбата не перемещаются по поверхности.
На поверхности может быть только один слой адсорбата с предельным заполнением Гм. Оценим его величину:
1см2=108108 (А0)2 = 1016(А0)2, Sмолек=110 (А0)2,
тогда
Гм=10151016частиц/см2.
Для монослойной адсорбции удобно оперировать степенью заполнения θ, т.е. отношением адсорбции при данном Р к предельной адсорбции Гм:
= Г/Гм
Запишем установление равновесия системы в виде следующего процесса:
А(Г) + S AS.
Условие равновесия для этой системы запишется в виде
А + S = AS. (6.1)
Выразим химические потенциалы компонентов:
А
А = 0 + RTlnP – для свободных молекул адсорбата;
S
S = 0 + RTln(1 ) – для свободных адсорбционных центров;
AS
AS = 0 + RTln для комплексов адсорбат – адсорбент.
В этих уравнениях (1 ) выступает в качестве мольной доли свободных центров, а мольной доли занятых центров. Подставим значения химических потенциалов в (6.1)
А S AS
A
адс
0 + RTlnP + 0 + RTln(1 ) = 0 + RTln,
RTln
Р(1)
= 0
0 0
S
+
AS
0
= G
адс
= 0
+ ТS0
адс,
еР(1)
S0
адс
R
H0
-
адс
e RT
в0 е
Н0
-
адс
RT
в,
где "в" – адсорбционный коэффициент, а по смыслу константа равновесия для процесса адсорбции Кадс. Поскольку давление Рможно измерить, а можно только вычислить, последнее уравнение разрешают относительно :
=вР вР,
откуда
вР . (6.2)
1 вР
Уравнение (6.2) носит название уравнения Лэнгмюра.
Запишем уравнение (6.2) в другом виде, введя величину адсорбции. По определению = Г/Гми тогда
Г Г
вР
. (6.3)
м1 вР
Из зависимости Г= f(Р) можно найти величины Гм и "в". Для этого перепишем (6.3) так:
1 1
Г ГмвР
1 , (6.3)
Гм
т. е. в координатах (1/Г– 1/Р) будет прямая линия, тангенс угла наклона которой равен 1/вГм, и отсекающая на оси ординат отрезок 1/Гм. Зависимость (6.3) изображена на рис. 6.1. Обработка экспериментальных результатов в этих координатах позволяет определить величину максимальной адсорбции Гми константу равновесия процесса адсорбции «в».
С ростом температуры при постоянном Рвеличина "в" уменьшается, следовательно, и величина Гбудет уменьшаться. Изотерма Т2 Т1 пойдёт ниже, но будет стремиться к Гм, которое от Т не зависит (см. рис. 6.2).
1Г
1
ГМ
1
P
Рис. 6.1 Изотерма адсорбции.
ГГм
Р
Рис. 6.2. Влияние температуры на вид изотермы адсорбции.
При малых давлениях Рвеличина вР 1, и (6.3) превращается в уравнение
Г=ГмвР. (6.4)
Уравнение (6.4) называется уравнением Генри. Величина К = вР –
коэффициент Генри.
-
Адсорбцияизсмесигазов.
Над твёрдой поверхностью имеется смесь газов из i компонент. Обозначим iдолю поверхности S , занятой i – м компонентом, причём
i=Гi/Гм. Согласно третьему предположению Лэнгмюра Гм одинаковы
для всех газовых компонент, а "вi" – различны в основном за счёт различных теплот адсорбции. Для каждого компонента имеем
i
(1i)Pi
вi
Обозначим (1 – i) = 0 – доля свободной поверхности. Тогда
i= 0Piвi, 0 = 1 – i= 1 – 0Piвi 0 = 1/1 + вiPi,
и для доли поверхности, занятой i – м компонентом имеем
i
вiPi . 1 вiPi
(6.5)
Формула (6.5) описывает адсорбционную конкуренцию компонент за обладание центрами адсорбции.
Величины вi могут отличаться в десятки и сотни тысяч раз. Предположим, что для двух газов адсорбционные коэффициенты отличаются в 105 раз. Тогда при равенстве в0 имеем
-
На дс
е RT
-
Hадс
e RT
105,
H
2,3RT
H
2,3RT
5,
2,38,313005 = 27 кДж/моль. Если теплоты адсорбции отличаются на 27 кДж/моль у двух газов, то их адсорбционные коэффициенты отличаются в 105 раз.
На разнице адсорбционных коэффициентов и основана работа противогаза. Газов N2 и О2 в воздухе много, но их "вi" на угле мало, а СОCl2, Cl2 мало в воздухе, но их вi велико. Поэтому активный элемент противогаза адсорбирует хлорсодержащие газы.
Если говорят, что газ адсорбируется слабо, это означает, что его адсорбционный коэффициент вi мал и величиной вiPi в знаменателе (6.5) можно пренебречь по сравнению с остальными членами.
-
Полимолекулярнаяадсорбция
Установлено, что адсорбция паров вблизи линии насыщения не подчиняется закону Ленгмюра. При Т < Ткр с ростом давления (Р РS, где РS – давление насыщения) энергия межмолекулярного