Изотерма адсорбции. 
Коллоидная химия

Для данной пары веществ адсорбент — адсорбат адсорбция определяется двумя параметрами состояния — концентрацией С (давлением паров Р) адсорбтива и температурой Т. Эти параметры связаны функциональной зависимостью (термическим уравнением обратимой адсорбции): Да, С, Т) = 0.

В конкретных случаях рассматривают адсорбционное равновесие при условии, что один из параметров постоянен, и описывают изотерму (Т= const), изобару (Р = const) или изостеру (а = const) адсорбции.

На рис. 7.2 приведены графические изображения изотермы, изобары и изостеры адсорбции.

Рис. 7.2. Основные виды кривых адсорбционного равновесия.

Наиболее часто рассматривают изотермы адсорбции, которые можно получить экспериментально, измеряя величину адсорбции в зависимости от концентрации адсорбтива: а = ДС). Способ измерения величины адсорбции зависит от особенностей изучаемой системы.

?? Некоторые экспериментальные методы определения адсорбции описаны в подпараграфах 7.3.1 и 7.4.1.

С повышением температуры величина физической адсорбции уменьшается. Изобары и изостеры адсорбции обычно рассчитывают по изотермам, измеренным при разных температурах, хотя возможно и прямое их измерение. Анализ изобар позволяет судить о характере взаимодействия между адсорбатом и адсорбентом, а изостеры используют для нахождения теплоты адсорбции.

<4 О характере взаимодействия адсорбент — адсорбат см. в подпараграфе 7.1.2.

?? О теплоте адсорбции см. в подпараграфе 7.1.4.

При изучении адсорбции из газовой фазы концентрацию адсорбтива обычно задают через давление: а = ДР), при этом давление часто выражают в нормированном виде — как P/P_s, где P_s — давление насыщенных паров адсорбтива при данной температуре: а = f (P/P_s). От способа выражения концентрации адсорбтива будет зависеть и одна из координат (абсцисса) изотермы: С, Р или Р/Р$.

Формы изотерм адсорбции разнообразны. С. Брунауэр проанализировал многочисленные реальные изотермы адсорбции и предложил их классификацию. Согласно этой классификации можно выделить пять основных типов изотерм адсорбции, изображенных на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Пять основных типов (I—V) изотерм адсорбции (классификация по Брунауэру). Концентрация адсорбтива выражена через относительное давление его пара Р/Р$.

Изотерма типа I отражает мономолекулярную адсорбцию, ограниченную образованием одного слоя молекул адсорбата.

Изотермы типов II—IV обычно связывают с образованием при адсорбции многих слоев, т. е. с полимолекулярной адсорбцией. Различия между этими изотермами обусловлены различным соотношением энергии взаимодействия адсорбат — адсорбент и адсорбат — адсорбат.

Изотермы типов II и IV характерны для систем с высокой энергией взаимодействия адсорбент — адсорбат, а изотермы типов III и V ассоциируются с более интенсивным взаимодействием адсорбат — адсорбат.

Изотермы типов II и III отличаются от изотерм типов IV и V тем, что в первых двух адсорбция возрастает бесконечно при приближении давления пара к давлению насыщения, тогда как в случаях IV и V имеет место конечная адсорбция при давлении насыщения.

Изотермы типов II и III обычно характерны для адсорбции на непористых адсорбентах, а типов IV и V — на пористых твердых телах.

Сравним изотермы адсорбции различных типов, но форме начальных и конечных участков и интенсивности адсорбционных взаимодействий (табл. 7.1).

Сравнение изотерм адсорбции.

Резюме.

Изотерма адсорбции — зависимость величины адсорбции от концентрации адсорбтива при постоянной температуре. Разные формы изотерм отражают разную интенсивность адсорбционных взаимодействий между поверхностью и адсорбируемым веществом.