Адсорбция

Адсорбция — яление межмолекулярного взаимодействия твердого тела с газом, приводящее к росту концентрации газа на поверхноси (абсорбция — в объеме). Эти два понятия часто объединяют в одно — сорбция (т.к. часто не можем определить какое именное).

Хемосорбция — явление химического взаимодействия твердого тела с газом на поверхности, (в объеме — гетерогенная химическая реакция).

Впервые явление адсорбции было обнаружено Карлом Шееле в 1783г. (описал поглощение углерода газообразных веществ).

Для количественной оценки адсорбции используется следующее понятие: адсорбция (а) — это количество вещества адсорбированного на поверхности твердого тела отнесенное к единице массы твердого тела.

В знаменателе стоит масса, а не площадь, т. к. для твердого тела трудно определить площадь поверхности.

Адсорбент (абсорбент) — твердое тело, на поверхности (в объеме) которой происходит процесс адсорбции (абсорбции). В общем случае это твердое тело называется сорбентом.

Адсорбат (абсорбат) — газ, который адсорбируется (абсорбируется) на поверхности (в объеме). В общем случае — сорбат.

Энергия взаимодействия твердого тела с газом определяется суммой энергий Ван-дер-Ваальсового взаимодействия и водородных связей.

, где Uдисп — энергия дисперсионного взаимодействия, Uор — ориентационного взаимодействия, Uдисп — индукционного взаимодействия, UH+ — энергия водородных связей

Виды взаимодействия зависят от природы поверхности и газа.

Адсорбционные силы более дальнодействующие.

Отличие физической адсорбции от хемосорбции

1. Отличие в величине теплоты адсорбции и хемосорбции

   Адсорбция — экзотермический процесс $\delta H <0$.

   

   Экспериментально определяют величину ΔH используя калориметр.

2. Селективность

   Если процесс селективен, то это хемосорбция. Физическая адсорбция универсальна.

3. Обратимость

   Если процесс обратим, то это физическая адсорбция. Обратный процесс называется десорбцией. Хемосорбция не всегда обратима.

4. Влияние температуры

   Физическая адсорбция с ростом температуры уменьшается, влияние не очень велико.

   Хемосорбция с ростом температуры возрастает, влияние большое.

Методы определения адсорбции

1. Весовой

   Метод основан на определении адсорбции по изменению массы сорбента до и после сорбции. Система требует высокого вакуума.

   

   Где m0 — масса до адсорбции; М — молекулярная масса адсорбата; m-m0 — привес.

2. Объемный

   Метод основан на определении адсорбции по увеличению адсорбата, заключенного в определенный объем.

   Объем известен. Измеряют давление пара до и после процесса адсорбции. Газ считают идеальным.

   Если T=const, то получают изотерму адсорбции

   

   Ps — давление насыщенного пара; P — текущее давление пара над системой адс/пар.

   Если P=const, то получают избару адсорбции:

   

   Если С=const, то получают изопикну адсорбции.

   Если a=const, то получают изостеру:

   

   Изостера важна для определения теплоты адсорбции.

   

Термодинамика адсорбции

Измеряют характеристики газовой фазы (тв. считают неизменным)