5.1.2. Адсорбция

Адсорбциейназывается явлениесгущения газообразного или растворенного вещества на поверхности раздела фаз. Подробно адсорбция изучается в курсе коллоидной химии. Здесь будут изложены лишь элементы соответствующих представлений.

Начнем с определений. Более плотная фаза(жидкость или твердое тело, на поверхности которых происходит адсорбция) называетсяадсорбентом.Менее плотная фаза(газ, растворенное вещество, которое адсорбируется на поверхности адсорбента) называетсяадсорбтивом. Адсорбент с адсорбированным на нем адсорбтивом называетсяадсорбатом.

Весьма грубо силы, действующие между молекулами адсорбтива и поверхностью адсорбента, можно разделить на силыВан-дер-Ваальсовы(слабые) исилы химические (сильные). Ван-дер-Ваальсовым силам соответствуют энергии типа потенциальнойэнергии Леннард–Джонса, а химическим силам — энергиихимической связи.

Важнейшей характеристикой адсорбции является поверхностная концентрация адсорбтива α — количество адсорбтива (адсорбированного вещества), приходящееся на единицу площади поверхности адсорбентаα₌ν/S; [α]₌моль/м².

Простейшая теория адсорбциибыла создана Ирвингом Ленгмюром. Эта теория основана на представлении о существовании на поверхности адсорбента «активных центров». Активными центрами называются малые области на поверхности, такие, что молекулы адсорбента из этих областей легче связываются с молекулами адсорбтива. Конечно, в таком определении часто бывает элемент тавтологии. Действительно, на вопрос: «Что такое эти малые области?» ответ будет: «Это активные центры». Сам Ленгмюр представлял, что активные центры — это возвышенности, пики на адсорбирующей поверхности. С примитивной точки зрения в активных центрах усиливается электрическое поле, сгущаются линии напряженности вокруг острия.

Представление об активных центрах приводит к заключению, что α≤α_max, гдеα_max— поверхностная концентрация адсорбтива, при которой все активные центры заняты. С другой стороны, если считать, что с одним активным центром связывается одна молекула адсорбтива (мономолекулярная теория адсорбции), тоαопределяется давлением (парциальным давлением)р. Ведь именно давление в идеальном газе определяется числом молекул, пришедших (столкнувшихся) к поверхности в единицу времени.

В результате Ленгмюр предложил уравнение изотермы адсорбции в виде (закон Ленгмюра):

(5.5)

Величина 1/Аназываетсяконстантой равновесия. СамоАи, соответственно, 1/Ане зависят от поверхностной концентрацииα.