9. Адсорбция твердое тело – газ. Удельная адсорбция. Факторы, определяющие количество поглощённого газа или пара на твёрдом адсорбенте. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Уравнение Ленгмюра, его анализ.

При адсорбции на границе твёрдое тело—газ молекулы газа или пара накапливаются на поверхности твёрдого адсорбента. Удельная адсорбция — количество адсорбированного вещества, отнесённое к единице массы адсорбента; её выражают, например, в моль/кг или ммоль/г.

Количество поглощённого вещества зависит от природы и площади поверхности адсорбента, пористости, природы адсорбтива, температуры и давления газа (или его концентрации). Для физической адсорбции количество обычно увеличивается с ростом давления при постоянной температуре и уменьшается с повышением температуры; для хемосорбции температурная зависимость может быть сложнее.

Теория Ленгмюра описывает мономолекулярную адсорбцию на однородной поверхности с одинаковыми независимыми центрами. Каждый центр связывает не более одной молекулы; между адсорбированными молекулами взаимодействием пренебрегают, а динамическое равновесие устанавливается между адсорбцией и десорбцией.

Для газа уравнение Ленгмюра имеет вид \(a=a_{max}\frac{Kp}{1+Kp}\), где \(a\) — адсорбция при равновесном давлении \(p\), \(a_{max}\) — предельная адсорбция (соответствует заполнению монослоя), \(K\) — константа, характеризующая сродство адсорбтива к поверхности.

При низком давлении, когда \(Kp\ll1\), \(a\approx a_{max}Kp\): адсорбция почти пропорциональна давлению. При высоком давлении, когда \(Kp\gg1\), \(a\approx a_{max}\): поверхность приближается к насыщению. Линейная форма: \(\frac{p}{a}=\frac{1}{K a_{max}}+\frac{p}{a_{max}}\); график \(p/a\) против \(p\) в идеальном случае позволяет определить \(a_{max}\) и \(K\).