Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра

Теория мономолекулярной адсорбции была предложена американским учёным Ленгмюром в 1915г. Им использованы представления об адсорбционных силах, впервые выдвинутые русским учёным Л.Г. Гурвичем.

Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра основывается на следующих положениях.

1.Адсорбция является локализованной и вызывается силами близкими к химическим.

2.Адсорбция происходит не на всей поверхности адсорбента, а на активных центрах, которыми являются выступы либо впадины на поверхности адсорбента, характеризующиеся наличием так называемых свободных валентностей. Активные центры считаются независимыми (т.е. один активный центр не влияет на адсорбционную способность других), и тождественными.

3.Каждый активный центр способен взаимодействовать только с одной молекулой адсорбата; в результате на поверхности может образоваться только один слой адсорбированных молекул.

4.Процесс адсорбции является обратимым и равновесным – адсорбированная молекула удерживается активным центром некоторое время, после чего десорбируется; т.о., через некоторое время между процессами адсорбции и десорбции устанавливается динамическое равновесие.

Исходя из этих положений Ленгмюр вывел простейшее общее уравнение изотермы адсорбции.

Пусть –число молей адсорбтива, налетающих на поверхность 1 см² за 1с.;

– доля молекул, удерживаемых на поверхности адсорбционными силами;

–число молекул, улетающих с единицы поверхности адсорбента (1 см²) за единицу времени (1 с), полностью насыщенной молекулами адсорбтива;

–доля поверхности, занятая адсорбтивом;

–доля свободной поверхности.

Тогда количество молекул n_a, адсорбируемых единицей поверхности в единицу времени, долно быть равно количеству налетающих молекл, помноженному на долю удерживаемых молекул и на долю свободной поверхности:

–количество адсорбированных молекул.

Количество молекул n_д, десорбирующихся с единицы поверхности в единицу времени равно количеству молекул, улетающих с единицы полностью насыщенной поверхности, помноженной на долю занятой поверхности:

– количество улетающих молекул.

При достижении равновесия :

т.к. μ пропорционально давлению газа р: и =>

,

Или через скорости: в состоянии равновесия

,

- количество молекул 1 единице площади.

и числитель и знаменатель делим на k_дN:

обозначим через k, тогда уравнение примет следующий вид:

Максимально возможная величина адсорбции Г_∞ (удельная адсорбция) достигается при условии, что все активные центры заняты молекулами адсорбата, т.е. θ = 1. Если

=>

- уравнение изотермы