Полімолекулярна адсорбція

Поряд з ізотермою адсорбції, що наведено на рис. 3.3, часто на практиці зустрічаються ізотерми без прямолінійної ділянки, що паралельна осі абсцис і відповідає насиченню поверхні адсорбенту молекулами адсорбтиву
(рис. 3.4).

Рис.3.4. Загальний вигляд ізотерми адсорбції, характерної для полімолекулярної адсорбції

У 1915 році Поляні запропонував теорію полімолекулярної адсорбції,

Із розгляду положень теорії полімолекулярної адсорбції витікає, що силове поле, яке виникає біля поверхні адсорбенту, подібне гравітаційному полю (здатність до насичення поля молекулами адсорбтиву адсорбенту; незалежність сил, що діють у полі, від температури).

На рис. 3.5 схематично показано розріз адсорбційного об’єму, що відповідає уявленням теорії полімолекулярної адсорбції. Як у всякому силовому полі, в адсорбційному полі можна уявити еквіпотенціальні поверхні (поверхні з рівним адсорбційним потенціалом). Під адсорбційним потенціалом вважають роботу, що виконується проти адсорбційних сил при переміщенні 1 моля адсорбтива (пари) із даної точки поля у газову фазу. Таким чином, максимальний адсорбційний потенціал повинен бути на межі адсорбент – адсорбційний об’єм. Тобто там, де закінчується дія адсорбційних сил, потенціал повинен бути рівним нулю.

Теорія полімолекулярної адсорбції допускає, що для адсорбційного об’єму можна використати рівняння стану газу. Тому ізотерми, що характеризують залежність щільності адсорбтиву δ від адсорбційного об’єму φ для різних температур, нагадують ізотерми р, V.

Рис.3.5. Схема адсорбційного об’єму згідно з уявленням полімолекулярної теорії адсорбції

Зміну щільності адсорбтиву в адсорбційному просторі, що відповідає різним умовам досліду, показано на рис. 3.6. Діаграма побудована так, що вісь ординат збігається з границею адсорбент – адсорбційний об’єм. Для простоти поверхню вважають плоскою.

Рис.3.6. Щільність газу в адсорбційному об’ємі при різних температурах:

1 – температура значно нижча від критичної;

2 – температура значно вища від критичної;
3 – температура близька до критичної

Теорія мономолекулярної адсорбції Ленгмюра і теорія полімолекулярної адсорбції Поляні обмежені у використанні.

Теорія БЕТ – (Брунауер, Еммет, Теллер) заснована на наступних положеннях:

- на поверхні є визначене число рівноцінних в енергетичному відношенні центрів, здатних утримати молекули адсорбтиву;

- кожна молекула першого шару являє собою потенційний центр для адсорбції в другому шарі; кожна молекула другого шару є можливим центром адсорбції в третьому, і т.д.

- передбачається, що всі молекули в другому і більш далеких шарах мають таку ж суму статистичних станів, що й у кожному стані (у цілому, що відрізняється від суми станів першого шару).

- адсорбована фаза – сукупність полімерних ланцюжків, що починаються молекулами першого шару, причому ці ланцюжки енергетично не взаємодіють один з одним.