ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Динамика адсорбционного процесса из "Курс коллоидной химии 1984" Теплоты (энергии) адсорбции определяют в неменьшей степени, чем температура и время, динамику адсорбционных процессов. [c.119] До сих пор явление адсорбции мы рассматривали как равновесное состояние, на базе термостатических и электростатических представлений. Обратимся теперь к динамике адсорбционного процесса динамический подход, предложенный Лэнгмюром, развивается в работах де Бура [10]. [c.119] Молекулы газа, движущиеся прямолинейно во всех направлениях, непрерывно ударяются о поверхность твердого тела, контактирующую с газовой фазой. В результате молекула либо немедленно отразится от поверхности под углом, равным углу падения, либо она задержится некоторое время в поверхностном слое и лишь потом перейдет в газовую фазу при этом направление движения уже не зависит от начального, иначе говоря, молекула адсорбата не сохранит памяти пути . [c.119] Задержка молекул на поверхности приводит к увеличению концентрации газа в поверхностном слое, т. е. к адсорбции. Таким образом, сущность адсорбции состоит в пребывании молекул на поверхности в течение определенного времени т, называемого временем адсорбции. [c.120] Расчеты по уравнению (VIII. 16) показывают, что число п очень велико. Этим объясняется поглощение влаги многими веществами (гигроскопичность), например, неорганическими солями, крахмалом, даже из сравнительно сухого воздуха. Так, при относительной влажности воздуха 10% давление паров р = = 1,76 мм рт. ст. при 20 °С и. согласно уравнению, при этих условиях п 10 молекул/(см -с). Если площадь, занимаемая молекулой Н2О на поверхности До = 0,1 нм = 10 см , то число молекул в плотном монослое у составляет 10 молекул/см . Таким образом, монослой может образоваться за с. Это значит, что процесс адсорбции идет практически мгновенно. [c.120] Расчеты, проведенные для межзвездных облаков, показывают, что монослой образуются всего за несколько лет (время, в астрономических масштабах, очень малое). С этим связано свечение хвостов комет, обусловленное десорбцией газов при прохождении кометы в окрестности Солнца (нагревание). Стекающий газ возбуждается излучением Солнца и светится позади кометы. [c.120] Следует отметить, что в состоянии динамического равновесия между паром и поверхностным слоем на твердом теле или жидкости, число поступающих молекул п должно быть равно числу выходящих (десорбирующихся) t, п = /г . Эти две величины различны по своей природе, так как первая определяется всецело свойствами пара, вторая — зависит от адсорбционных сил. Однако при равновесии эти величины равны и кажется (макроскопически), что ничего не происходит. [c.120] Весьма важное выражение для зависимости т от J было получено Я. Френкелем еще в 1924 г. [c.121] Уравнение (VIII. 17) позволяет вычислить т, исходя нз величины Qa, доступной экспериментальному определению. Период то близок к периоду колебаний атомов в решетке адсорбента и имеет порядок с. [c.121] Приведенные данные показывают, насколько сильно влияет Qa на значение t так, при Q, — 80 кДж/моль, т 2 мин, для 120 кДж/моль —оно больше столетия. Для адсорбции О2 на W (Qa = 808 кДж/моль) уже все равно, считать ли х в секундах или в столетиях — это значение несоизмеримо ни с жизнью человека, ни с возрастом Земли и Солнечной системы. При высоких значениях Qa процесс адсорбции практически необратим, и сорбированные молекулы нельзя удалить никакой откачкой, поскольку они будут находиться на поверхности н течение т и равновесие практически не установится. [c.121] При (Эа 100 кДж/моль молекула живет на месте недели, годы или тысячелетия поэтому в большинстве случаев хемосорбция является локализованной. [c.121] Первый член (VIII. 20) вырамсает обычные аэродинамические характеристики потока (упругое столкновения со стенкой), второй— ограничения, связанные с задержкой молекул на твердой поверхности с последующим рассеянием их во всех направлениях. [c.122] В качестве примера, в табл. VIII. 4 приведены значения t, вычисленные для потоков На и СзНз через поры силикагеля размером d = 10 см и / = см. Значения t приведены раздельно для двух членов уравнения (VIH. 20). [c.122] Таким образом, несмотря на небольшое различие в скоростях (один порядок) и размерах молекул этих газов, скорость прохождения фронта различается в миллионы раз. Как видно из табл. VIII. 4, это различие связано с величиной Qa и, следовательно, большим временем т для С Нв на силикагеле. На этом основан во многих случаях действие молекулярных сит , позволяющих разделять на компоненты газовую смесь, состоящую из близких по размерам молекул, при протекании ее через колонку с адсорбентам. [c.122] РЫЖКОВ, задерживаясь = 40, ЛЕд = 20 к Дж/моль. [c.123] Из рассмотренной схемы видно, что значение АЕа зависит от энергетической неоднородности поверхности. Для металлов она невелика А RT, и задержек практически не будет молекула в этом случае может свободно скользить по поверхности в качестве двумерного идеального газа. [c.123] Таким образом, мы познакомились с двумя видами поверхностной подвижности, с прыгающими и скользящими молекулами. Существуют еще и танцующие молекулы, волнообразно движущиеся вдоль поверхности. [c.124] Рассмотренный материал показывает, что существующая информация о состоянии и поведении молекул в поверхностном слое может служить основой для детального описания динамической картины адсорбционного процесса, иначе говоря — кинетики адсорбции. [c.124] Вернуться к основной статье