Temat: izotermy sorpcji towarów higroskopijnych.
Towary higroskopijne, to towary posiadające zdolność pochłaniania przez nie pary wodnej z otaczającego powietrza. Zjawisko pochłaniania jednej substancji (sorbatu), przez inną substancję (sorbent), określamy pojęciem „sorpcja”, które dzielimy na :
absorpcję (sorpcja wgłębna) – przenikanie substancji jednej fazy w głąb innej fazy w procesie dyfuzji, absorbentem nazywa się substancją pochłaniającą, a absorbatem substancję pochłanianą
adsorpcję (sorpcja powierzchniowa) - powierzchniowe wiązanie substancji, związane ze zmianą stężenia substancji jednej fazy na powierzchni innej fazy. Zmiana stężenia na granicy faz może być konsekwencją procesów fizycznych (adsorpcja fizyczna) i chemicznych (adsorpcja chemiczna). Adsorbentem nazywa się substancją pochłaniającą, a adsorbatem substancję pochłanianą
Zjawisko higroskopijności ciał stałych związane jest z przebiegiem adsorpcji fizycznej, której teorię zapoczątkował Irving Langmuir. Teoria Langmuira zakłada, że na powierzchni sorbentu występuje określona liczba miejsc aktywnych, na których następuje adsorbowanie się po jednej cząsteczce adsorbantu.
Rownanie stanu równowagi adsorpcyjnej: f(a,p,T)=0
gdzie:
il. Subst zaadsorbowanej w warstwie powierzchniowej 1g adsorbentu p – cisnienie równowagowe pary wodnej
jeżeli T = const, to stan równowagi można zapisac równaniem izotermy adsorpcji: a=f(p)T
Zaadsorbowaną parę wodną w stanie równowagi określa się wilgotnością równoważną lub wilgotnością równowagową.
Langmuir twierdził, że powierzchnia adsorbentu posiada centra aktywne, czyli okr liczbę miejsc aktywnych. Na jednym miejscu aktywnym może zaadsorbować się jedna cząsteczka adsorbatu. Wielkość adsorpcji początkowo rośnie proporcjonalnie do ciśnienia, następnie stopniowo maleje i adsorpcja osiąga stala wielkość. Monowarstwa (warstwa monomolekularna) tworzy się w momencie kiedy wszystkie miejsca aktywne zostają zajęte. Na powierzchni adsorbentu nie może zostać zaadsorbowana większa ilość cząstek adsorbatu.
Istnieje również teoria adsorpcji wielowarstwowej (teoria BET), opracowana przez Brunauera, Emmetta i Tellera. Teoria zakłada, że wraz ze wzrostem cisnienia pary i zbliżania się jej do ciśnienia pary nasyconej, zmniejsza się liczba niezajętych miejsc na powierzchni adsorbentu oraz tworzą się siły podwójne, kompleksy adsorpcyjne cząsteczek adsorbentu (cząsteczki przy niskich ciśnieniach par utworzyły monowarstwę). W ten sposób na powierzchni adsorbentu tworzy się wiele warstw kompleksów adsorpcyjnych. Model Bet ma związek z wytworzeniem się wielomolekularnej warstwy. Kiedy cząstka adsorbatu trafiaja na zajęte miejsce nie opuszcza go od razu, zatem powstaje krótkotrwały kompleks adsorpcyjny. Konsekwencją tworzenia się podwójnych, potrójnych kompleksów adsorpcyjnych jest wzrost ciśnienia, ktore powoduje zmniejszanie liczby miejsc aktywnych przez jedną cząsteczkę adsorbatu.
Typy izoterm: Na jednym wykresie
Procesem odwrotnym do sorpcji nazywamy desorpcję, polegającą na oddawaniu pary wodnej do otaczającej atmosfery. Desorpcja może przebiegać w całym przedziale wilgotności higroskopijnej. poniżej izotermy desorpcji zawsze leżą izotermy sorpcji w układzie współrzędnych, zatem równowagowa zawartość wody określona na podstawie izotermy sorpcji jest zawsze mniejsza niż na podstawie izotermy desorpcji. Histerezą sorpcyjną nazywa sie zjawisko niepokrywania się izoterm sorpcji.