Хемосорбция

Хемосорбция может протекать при температурах выше и ниже критической температуры адсорбируемого газа. От физической адсорбции ее отличает прежде всего зависимость от химической природы адсорбента и адсорбата. Теплоты хемосорбции близки к теплотам химических реакций. Хемосорбированные вещества удалить с поверхности сорбента значительно труднее, чем при физической адсорбции, причем десорбция может сопровождаться химическими реакциями. Например, при термической десорбции кислорода с угля (кислород хемосорбируется на угле очень прочно) вместо кислорода выделяется смесь CO и CO₂. При хемосорбции количество адсорбируемого вещества также уменьшается с повышением температуры, но обычно количество хемосорбированного вещества больше, чем при физической адсорбции. Скорость процесса хемосорбции существенно зависит от температуры- растет по экспоненте с повышением температуры. Энергия активации хемосорбции достигает несколько 10-ов ккал/моль.

Хемосорбция нередко протекает сравнительно медленно. Со скоростью, определяемой наличием активационного барьера (отсюда название «активационная адсорбция»). При хемосорбции молекулы или атомы адсорбента обмениваются электронами, образуя поверхностное химическое соединение. В этом случае действуют гораздо большие (валентные) силы, чем Ван-дер-ваальсовские.

Очень часто для одного и того же вещества, но в различных интервалах температур можно наблюдать оба типа адсорбции.

При низких температурах наблюдается физическая адсорбция, при высоких – хемосорбция. Оба процесса разделены промежуточной областью, которая характеризуется увеличением количества адсорбированного вещества.

250

50

-100 0 100 200 300 Т, ⁰С

Рисунок 34. Количество адсорбированного водорода на магний-хромистом катализаторе в зависимости от температуры.

Отличие физической и активированной адсорбций сказывается в различии длины связи адсорбированных частиц с атомом или молекулой на поверхности адсорбента. При хемосорбции длина связи гораздо меньше длины связи в случае физической адсорбции и составляет величину того же порядка, что наблюдается в случае больших химических соединений.

В некоторых случаях хемосорбция является одной из стадий гетерогенного процесса. Предполагают, что хемосорбция приводит к деформации адсорбированных молекул и тем самым повышает их реакционную способность.

При физической адсорбции происходит образование множества слоев адсорбируемого вещества, хемосорбция характеризуется образованием мономолекулярного слоя.