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
- Отличие в величине теплоты адсорбции и хемосорбцииАдсорбция — экзотермический процесс (ΔH<0).
Экспериментально определяют величину ΔH используя калориметр.
- СелективностьЕсли процесс селективен, то это хемосорбция. Физическая адсорбция универсальна.
- ОбратимостьЕсли процесс обратим, то это физическая адсорбция. Обратный процесс называется десорбцией. Хемосорбция не всегда обратима.
- Влияние температурыФизическая адсорбция с ростом температуры уменьшается, влияние не очень велико.
Хемосорбция с ростом температуры возрастает, влияние большое.
Методы определения адсорбции
- ВесовойМетод 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.
- ОбъемныйМетод 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)
