9. Адсорбция твёрдое 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 концентрируются на поверхности твёрдого адсорбента. Удельную адсорбцию обычно выражают количеством адсорбированного вещества на единицу массы адсорбента, например в моль/г. Количество адсорбата зависит от природы и площади поверхности адсорбента, природы газа, температуры, давления и предварительной обработки поверхности. У пористых материалов важны пористость и распределение пор по размерам.

Теория Ленгмюра предполагает, что поверхность содержит конечное число одинаковых центров адсорбции; на одном центре может находиться одна молекула, образуется монослой, а адсорбированные молекулы не взаимодействуют между собой. Устанавливается динамическое равновесие адсорбции и десорбции.

Для газа уравнение Ленгмюра имеет вид \(a=a_{\max}\frac{bP}{1+bP}\), где \(a\) — адсорбция, \(a_{\max}\) — предельная адсорбция, \(P\) — давление, \(b\) — константа, характеризующая сродство адсорбата к поверхности.

При низком давлении, когда \(bP\ll1\), получаем \(a\approx a_{\max}bP\): адсорбция примерно пропорциональна давлению. При высоком давлении, когда \(bP\gg1\), \(a\to a_{\max}\): поверхность насыщается и достигается предел монослойной адсорбции. В линейной форме уравнение записывают как \(P/a=P/a_{\max}+1/(a_{\max}b)\).