469 [1024x768]

47

REAKCJE KATALITYCZNE I ZJAWISKA ADSORPCJI

Zjawiska adsorpcji

Na powierzchni ciała stałego, niezależnie od typu sieci krystalicznej, panują siły, które powodują adsorpcję cząsteczek z fazy gazowej lub ciekłej. Siły te mają charakter bądź fizyczny (mówimy o adsorpcji fizycznej), bądź chemiczny (chemisorpcja).

W przypadku adsorpcji fizycznej mamy do czynienia z oddziaływaniem Adsorpcja van der Waalsa. a więc typu jon-dipol. dipol-dipol, dipol-dipol indukowany ^FIZYCZNA a także typu dyspersyjnego. O adsorpcji fizycznej mówimy również wtedy, gdy występują oddziaływania typu wiązania wodorowego Atomy lub jony na powierzchni kryształu są szczególnie uprzywilejowane pod względem oddziaływań międzycząsteczkowych. Jeżeli mamy sieć jonową, to w danym punkcie powierzchni działa silne pole elektryczne pochodzące tylko od jonów leżących po jednej stronie powierzchni. Jeżeli to jest sieć atomowa, to atomy powierzchniowe są niewysyconc pod względem chemicznym tworząc wysoce aktywną powierzchnię.

Na powierzchni metalu panują bardzo silne pola elektryczne i szczególnie silnie adsorbowane są cząsteczki naładowane elektrycznie lub cząsteczki polarne. Najmniej aktywna jest powierzchnia sieci cząsteczkowej, ale i w tym przypadku dochodzi do oddziaływań, podobnych jak między swobodnymi cząsteczkami. Trzeba ponadto uwzględnić, że powierzchnia ciał* stałych jest bardzo niejednorodna, zróżnicowana pod względem chemicznym jak i geometrycznym. Często powierzchnia pokryta jest trwałymi chemicznie związkami np. tlenkami. Zaw iera też charakterystyczne grupy zdolne do tworzenia wiązań wodorowych np. grupy —Oli czy —COOH.

Wielkością, która charakteryzuje powinowactwa danego rodzaju powierzchni adsorbentu do określonego związku — adsorbtywu jest ciepło adsorpcji A//_adt. Wielkość ta jest zawsze ujemna, tzn. ciepło podczas adsorpcji się wydziela. Również zmiana entropii jest ujemna, wobec tego IA//..J > |rAS_a4sj.

W przypadku adsorpcji fizycznej A//_ad, osiąga co najwyżej - 10 kcal/mol.

Dla chemisorpcji charakterystyczne są duże efekty cieplne, takie jak dla Chemisorpcja zwykłych reakcji chemicznych. W wielu przypadkach obserwuje się też energie aktywacji chemisorpcji i mówimy wtedy o adsorpcji aktywowanej. Ten rodzaj adsorpcji jest decydujący w katalizie kontaktowej.

Niezależnie od rodzaju sił wywołujących adsorpcję, do jej ilościowego opisu można zastosować bardzo poglądowy model Langmuira (1916). W modelu tym zakłada się, że powierzchnia adsorbentu zawiera ustalony liczbę miejsc dla adsorbowanych cząsteczek i te kat de takie miejsce mole być obsadzone przez jedną cząsteczkę. Ciepło adsorpcji przypadające na jedną cząsteczkę jest niezależne od stopnia obsadzenia dostępnych miejsc, to znaczy, że każda cząsteczka jest związana z powierzchnią z jednakową siłą i że nie ma oddziaływań