wymagania8 bmp

Równolegle można posługiwać się pojęciem całkowitej ilości adsorbatu w warstwie powierzchniowej, n^_y zdefiniowanym następująco

przestrzeń

absorpcyjna

W przypadku adsorpcji par i gazów pod niskimi ciśnieniami można przyjąć ⁿB ~ ⁿB (relatywnie mała wartość ej).    T

Zwyczajowo adsorpcję na granicy faz gaz-ciało stałe charakteryzuje się przez podanie wartości ng, oznaczając ją Og i nazywając tę wielkość po pros-' tu adsorpcją (tfg = /tg). W dalszym tekście będzie stosowana ta właśnie; konwencja. Jednocześnie rozpatrywane będą jedynie te układy, w których w fazie gazowej jest tylko jedna substancja mogąca ulegać adsorpcji (<jg = a).

Zgodnie z twierdzeniem Duhema, stan równowagi w układzie zamkniętym, dla którego podane zostały początkowe ilości substancji, jest całkowicie okreś--lony przez dwie zmienne niezależne, bez względu na liczbę faz, składników? więzów. Ponadto, zgodnie z regułą faz Gibbsa, dwuskładnikowy układ składa* jący się z dwóch faz objętościowych oddzielonych warstwą międzyfazową jest dwuzmienny (ma dwa stopnie swobody), a zatem wspomnianymi uprzednio zmiennymi niezależnymi mogą być dwie wielkości intensywne, np. T i p. Podanie ich wartości dla danego układu w stanie równowagi określa więc wielkość adsorpcji, a. Poczynione rozważania można zatem zapisać równaniem

f(a,p,T) = 0.

Zazwyczaj układ charakteryzuje się przez podanie zależności między dwiema spośród powyższych wielkości przy ustalonej trzeciej z nich, a więc równaniem:

1)    izotermy adsorpcji (T = const)

a =f_T(P)T>

2)    izobary adsorpcji (p - const)

“ -frW

3)    izostery adsorpcji (a = const)

p ~f.cn,.

Według Brunauera istnieje pięć zasadniczych typów izoterm adsorpcji gazów i par. Są one przedstawione na rys. 3.37.

Omówione dalej najbardziej popularne równania izoterm opisują adsorpcję na jednorodnej powierzchni adsorbentu (równocenność energetyczna powierzchni, brak efektów kapilarnych). Równania te nie uwzględniają również oddziaływań adsorbat-adsorbat.

1. Równanie Henry’ego

Podaje ono liniową zależność między wielkością adsorpcji a ciśnieniem adsorbowanego gazu

a = Kp_B,    (3.69)

gdzie K oznacza stałą Henry’ego. Jest to jedna z licznych postaci, w jakiej podawane jest to równanie.

Rys. 3.37. Typy izoterm adsorpcji gazów i par wg Brunauera

Wprowadzając pojęcie stopnia pokrycia powierzchni adsorbentu 6 £ a/a_m, gdzie a_m oznacza wartość adsorpcji odpowiadającą całkowitemu pokryciu powierzchni warstwą jednocząsteczkową (pojemność monowarstwy), można napisać

e = p_B = K'p_b.    (3.70)

a_m

Zatem stopień pokrycia jest proporcjonalny do ciśnienia gazu.

Izoterma Henry’ego poprawnie opisuje adsorpcję jedynie w zakresie bardzo niskich ciśnień adsorbatu (w tzw. obszarze Henry’ego), stanowiąc przypadek graniczny izoterm z rys. 3.37 dla p_B - 0.

2. Równanie Langmuira

Równanie izotermy Langmuira oparte jest na założeniu, iż na powierzchni adsorbentu znajduje się określona liczba tzw. miejsc aktywnych. Na nich jedynie może się zaadsorbować pojedyncza cząsteczka adsorbatu, która nie może przemieszczać się po powierzchni (tzw. adsorpcja zlokalizowana). Utworzona

215