Коллоидная химия | страница 28



Итак, теория БЭТ исходит из наличия на поверхности адсорбента активных центров. В этом состоит ее сходство с теорией Ленгмюра. Вместе с тем, подобно теории Поляни, она допускает возможность образования нескольких адсорбционных слоев.

Авторы теории рассматривают адсорбцию как серию последовательных квазихимических реакций:

где А - активный центр, В - молекула адсорбтива, - константы соответствующих адсорбционных равновесии.

Авторы теории приняли, что во всех слоях, кроме первого, взаимодействуют между собой в основном молекулы адсорбата, как и при конденсации. Поэтому было принято, что:

где - константа конденсации пара, равная отношению активностей вещества в жидком состоянии и в состоянии насыщенного пара -

Брунауэр, Эммет и Теллер вывели следующее уравнение изотермы адсорбции паров:

В этом уравнении: - давление насыщенного пара при данной температуре, - относительное давление пара, .

Уравнение (4.13) называется уравнением полимолекулярной адсорбции БЭТ.

При малых значениях р, далеких от , т.е. при , уравнение (4.13) превращается в уравнение мономолекулярной адсорбции Ленгмюра, а при дальнейшем уменьшении давления () переходит в закон Генри. По мере приближения р к число свободных активных центров уменьшается и кратность комплексов растет. При р = происходит объемная конденсация пара. Таким образом, уравнение БЭТ описывай всю S-образную изотерму адсорбции (см. рис. 4.5). Точка А на этой кривой отвечает завершению монослоя адсорбтива.

На теории БЭТ основан стандартный метод измерения удельной поверхности адсорбентов, катализаторов, порошков и других материалов. Для этого используется уравнение БЭТ в линейной форме:

По экспериментальным данным строят график в координатах (рис. 4.7 ). Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс равен , а отрезок, отсекаемый на оси ординат, - .

Из графика находят , а затем рассчитывают удельную поверхность:

где - число Авогадро, - площадь, занимаемая одной молекулой адсорбтива.

В качестве адсорбтива обычно используют газы (азот, аргон, криптон), в которых межмолекулярное взаимодействие на поверхности адсорбента является слабым, что соответствует исходным допущениям теории. Принимаются следующие значения : азот - 0,162 , аргон - 0,138 , криптон - 0,195 .

Необходимо отметить, что, несмотря на ряд недостатков, связанных с допущениями, которые лежат в основе теории БЭТ, она является весьма полезной теорией физической адсорбции.

2.4.5.

КАПИЛЛЯРНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ