Адсорбция как обратимый экзотермический процесс
В адсорбционном слое молекулы газа способны к перемещению лишь в двух измерениях, поэтому адсорбция газа сопровождается уменьшением энтропии, т.е. . Условием протекания адсорбции как самопроизвольного процесса является уменьшение энергии Гиббса, т. е. . Из термодинамической зависимости следует, что теплота адсорбции должна быть отрицательной, т. е. адсорбция газов или паров на твердом теле всегда является экзотермическим процессом. Поэтому степень адсорбции газа в равновесных условиях увеличивается с понижением температуры. Теплота адсорбции может быть определена прямым калориметрическим методом и рассчитана из обратимой изотермы адсорбции по уравнению Менделеева-Клаузиуса-Клайперона
Причиной выделения тепла при адсорбции является уменьшение энергии поверхности адсорбента.
Рис. 3.1. Зависимость теплоты адсорбции от величины адсорбции.
Различают дифференциальную и интегральную теплоту адсорбции. Интегральная теплота адсорбции - это общее количество тепла, выделившееся при адсорбции данного количества адсорбата на 1 кг адсорбента ; . Зависимость интегральной теплоты адсорбции от величины адсорбции нелинейна (рис. 3.1), т. к. поверхность адсорбента энергетически неоднородна. Вначале адсорбция идет на более активных центрах, и выделяется больше тепла, затем количество выделяющегося тепла снижается.
Дифференциальная теплота адсорбции - это тепло, выделившееся при дополнительной адсорбции малого количества адсорбата в расчете на моль адсорбата . Дифференциальная теплота адсорбции характеризует не весь адсорбционный процесс, а некоторую его стадию, для которой адсорбция достигла величины . Дифференциальная теплота адсорбции с увеличением количества адсорбированного вещества уменьшается (рис. 3.2). В первую очередь газ адсорбируется наиболее активными участками поверхности, и при этом выделяется наибольшее количество тепла. По мере насыщения активных центров адсорбция происходит на менее активных участках поверхности.
|
|
Рис. 3.2. Зависимость дифференциальной теплоты адсорбции от величины адсорбции.
При физической адсорбции значения теплоты адсорбции невелики. Так, значения дифференциальной теплоты адсорбции не превышает 10 ккал/моль. Поэтому адсорбция является обратимым процессом, находящимся в равновесии с обратным процессом десорбции: Адсорбция «Десорбция
Причиной адсорбции являются межмолекулярные силы, причиной десорбции - тепловое движение молекул.
Рис. 3.3. Влияние температуры на изотерму адсорбции.
Так как адсорбция обратима, то она подчиняется правилу Ле Шателье1. При повышении температуры процесс сдвигается в сторону десорбции, идущей с поглощением тепла, т. е. адсорбция уменьшается. Адсорбция имеет отрицательный температурный коэффициент. С повышением температуры равновесные значения адсорбции уменьшаются. Изотермы адсорбции при высокой температуре расположены ниже изотермы, соответствующей более низкой температуре (рис. 3.3)
|
|
Адсорбция возрастает с увеличением теплоты адсорбции в соответствии с уравнением:
где - константа равновесия адсорбции, - теплота адсорбции.
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 181; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!