WYZNACZANIE IZOTERMY ADSORPCJI FREUNDLICHA
Dla chemisorpcji charakterystyczne są duże efekty cieplne, takie jak dla 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 ustaloną liczbę miejsc dla adsorbowanych cząsteczek i że każde takie miejsce może 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 pomiędzy cząsteczkami. Przyjmując taki wyidealizowany model, możemy wyprowadzić wyrażenie określające równowagę adsorpcji.
Podczas równowagi termodynamicznej szybkość adsorpcji musi być równa szybkości desorpcji. Szybkość adsorpcji będzie proporcjonalna do ciśnienia (jeżeli adsorpcja zachodzi ze stanu gazowego) lub stężenia (z roztworu) substancji adsorbowanej oraz do ułamka miejsc niezajętych adsorbentu:
gdzie Θ oznacza ułamek miejsc zajętych.
Natomiast szybkość desorpcji będzie proporcjonalna do:
Przyrównując te wielkości otrzymujemy:
i ostatecznie:
gdzie
Adsorpcja na granicy faz ciało stałe – roztwór ciekły jest procesem bardziej złożonym od adsorpcji gazów. Wielkość adsorpcji wyznaczona jest tutaj oddziaływaniem pomiędzy adsorbentem a każdym ze składników roztworu, które niejednokrotnie konkurują z sobą o miejsce w fazie powierzchniowej, a także wzajemnym oddziaływaniem cząsteczek składników roztworu.
W przypadku adsorpcji substancji z roztworów często stosowane jest empiryczne równanie Freundlicha (1907):
gdzie: w oznacza liczbę gramów substancji zaadsorbowanej na 1 gram adsorbentu, c jest stężeniem substancji adsorbowanej, k i n – stałe, przy czym n≥1.
Równowagę adsorpcyjną między adsorbentem a roztworem ciekłym opisuje się zazwyczaj na gruncie termodynamiki, przyjmując określone modele roztworu, z którego następuje adsorpcja, i fazy powierzchniowej (np. model roztworu idealnego i prawidłowego itp.).
Zjawisko adsorpcji na ciałach stałych jest szeroko wykorzystywane w praktyce laboratoryjnej i przemysłowej. Stanowi ono podstawę procesów oczyszczania i rozdzielania związków, analitycznej i preparatywnej chromatografii, wymiany jonowej, odgrywa wreszcie zasadniczą rolę w katalizie kontaktowej.
Literatura:
„Chemia fizyczna” – Sobczyk, Kisza, PWN W – wa, 1977
„Chemia fizyczna” – Pigoń, Ruziewicz, PWN W – wa, 1980
Wykaz substancji chemicznych stosowanych w zadaniu:
1. 0,5 molowy roztwór kwasu octowego
2. 0,1 molowy roztwór wodorotlenku sodowego
3. węgiel aktywny
Oświadczenie:
Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyk wyżej wymienionych substancji i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.
Rainhardt