12.2 Adsorpční rovnováhy

Látka adsorbující se na pevnou látku z plynné fáze vytváří na povrchu pevné látky zpravidla tenkou povrchovou vrstvu.

Pevná fáze, která adsorbuje plyn se nazývá adsorbent a adsorbovaný plyn se označuje adsorbát.

Množství adsorbátu se nejčastěji vyjadřuje

 •  bezrozměrným hmotnostním poměrem a

displaymath

 •  látkovým množstvím adsorbátu připadajícím na jednotkovou hmotnost adsorbentu (jednotka:  mol  kg−1)

displaymath

 •  objemem plynu za specifikovaných podmínek (nejčastěji při Tref = 273,15 K a tlaku pref = 101,325 kPa) adsorbovaným na jednotkovou hmotnost adsorbentu (jednotka:  m3   kg−1)

displaymath


 

Kvalitativní popis adsorpce

Adsorpční izoterma vyjadřuje závislost adsorbovaného množství složky plynu na jejím parciálním tlaku za konstantní teploty. S tlakem se adsorbované množství monotónně zvětšuje.

Adsorpční izobara vyjadřuje závislost adsorbovaného množství látky na teplotě za konstantního parciálního tlaku tohoto plynu. S teplotou se adsorbované množství plynu snižuje.

Adsorpční izostera udává závislost parciálního tlaku plynu na teplotě při konstantním adsorbovaném množství.


 

Kvantitativní popis adsorpční izotermy

Kvantitativně se nejčastěji popisuje adsorpce prostřednictvím rovnice pro adsorpční izotermu. V případě čistých plynů se v jednoduchých případech používají izotermy:

a)  Empirická Freundlichova izoterma

displaymath

kde k, n jsou parametry závislé na teplotě, přičemž obvykle platí n > 1. Tato rovnice dobře popisuje jak fyzikální adsorpci, tak chemisorpci při středních tlacích.

b)  Langmuirova izoterma

displaymath

kde amax, b jsou obecně parametry. amax má však fyzikální význam maximálního množství adsorbátu při p → ∞.


 

Adsorpce z roztoků na pevných látkách

Na povrchu pevných látek, které jsou ve styku s roztokem, dochází jak k adsorpci rozpouštědla, tak i rozpuštěné látky. O adsorpci rozpuštěné látky v užším slova smyslu mluvíme tehdy, pokud je rozpuštěná látka mnohem více adsorbována než rozpouštědlo.

Ke kvantitativnímu popisu se používají v jednoduchých případech jak Freundlichova, tak Langmuirova izoterma ve tvaru (srovnej s (12.16) a (12.17) ), ve kterých místo parciálních tlaků vystupují koncentrace

displaymath

kde k, n, amax, b jsou parametry závislé na teplotě a charakteristické pro danou trojici látek - rozpouštědlo, rozpuštěnou látku a adsorbát, a2 je množství rozpuštěné látky (adsorbátu) adsorbované jednotkovou hmotností adsorbentu, c2 je rovnovážná koncentrace rozpuštěné látky.


 
Gibbsova adsorpční izoterma

Detailní mikroskopický popis fázového rozhraní u směsí je velmi složitý. Je proto vhodné modelovat celkový systém jako souhrn objemových fází o konstantním složení a povrchové fáze.

Povrchová fáze, σ, je definována jako infinitezimálně tenká vrstva o zanedbatelném objemu oddělující objemové fáze, která však obsahuje určitá látková množství všech látek. Množství látky i v povrchové fázi je charakterisováno adsorpcí

displaymath

kde n(σ)i je látkové množství látky i a A je plocha mezifázového rozhraní.

Povrchovou fázi lze umístit v oblasti přechodu objemových fází libovolně. Její poloha se zpravidla volí tak, aby adsorpce rozpouštědla nebo hlavní složky směsi byla rovna nule (Γ1 = 0). Pak označujeme adsorpci ostatních složek jako relativní adsorpci vůči složce 1, Γi,1.

Mezi relativní adsorpcí a povrchovým napětím platí relace nazývaná Gibbsova adsorpční izoterma

displaymath

Tuto rovnici můžeme pro ideální binární směsi vyjádřit vztahem

displaymath

který umožňuje při znalosti γ = γ(ci) určit relativní adsorpci rozpuštěné složky v povrchové vrstvě.