Ðàçìåùåíî íà http://www.allbest.ru/

Ôåäåðàëüíîå àãåíòñòâî ñâÿçè

Ñèáèðñêèé Ãîñóäàðñòâåííûé Óíèâåðñèòåò Òåëåêîììóíèêàöèé è Èíôîðìàòèêè Êàôåäðà òåõíè÷åñêîé ýëåêòðîíèêè

Ðàñ÷åòíî-ãðàôè÷åñêîå çàäàíèå

ïî òåìå

«Àäñîðáöèÿ ïîðèñòûõ ñîðáåíòîâ»

Âûïîëíèë: Âîëãèí Ì.Ñ.

Ïðîâåðèë: Ãóëàÿ Å.Â.

Íîâîñèáèðñê, 2015 ã

Îãëàâëåíèå

Ââåäåíèå

Òåîðåòè÷åñêàÿ ÷àñòü

Çàêëþ÷åíèå ïî òåîðåòè÷åñêîé ÷àñòè

Ïðàêòè÷åñêàÿ ÷àñòü

Âûâîä

Ñïèñîê èñïîëüçóåìîé ëèòåðàòóðû

Ââåäåíèå

Îäíèì èç âàæíåéøèõ ðàçäåëîâ ôèçè÷åñêîé õèìèè ïîëèìåðîâ è êîëëîèäíîé õèìèè â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ ôèçèêî-õèìèÿ ïîâåðõíîñòíûõ ÿâëåíèé â ïîëèìåðàõ. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ñîçäàíèå íîâûõ ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ, íà÷èíàÿ îò ïðèìåíÿþùèõñÿ â áûòîâûõ öåëÿõ è êîí÷àÿ êîñìè÷åñêîé òåõíèêîé, íåïîñðåäñòâåííî ñâÿçàíî ñ èñïîëüçîâàíèåì ãåòåðîãåííûõ ïîëèìåðíûõ ñèñòåì Äåéñòâèòåëüíî, áîëüøàÿ ÷àñòü ñîâðåìåííûõ ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ ÿâëÿåòñÿ ãåòåðîãåííûìè ñèñòåìàìè ñ âûñîêîðàçâèòûìè ïîâåðõíîñòÿìè ðàçäåëà ôàç. Ýòî - àðìèðîâàííûå ïëàñòèêè, íàïîëíåííûå òåðìîïëàñòû, óñèëåííûå ðåçèíû, ëàêîêðàñî÷íûå ïîêðûòèÿ, êëåè è äð.

Âñëåäñòâèå ýòîãî ïîâåðõíîñòíûå ÿâëåíèÿ â ïîëèìåðàõ è ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëàõ èãðàþò ñóùåñòâåííóþ ðîëü âî âñåì êîìïëåêñå èõ ñâîéñòâ, è ïðåæäå âñåãî, â ñòðóêòóðíî-ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ, à èññëåäîâàíèå îñîáåííîñòåé ïîâåäåíèÿ ìàêðîìîëåêóë íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç ÿâëÿåòñÿ ñåé÷àñ îäíîé èç âàæíåéøèõ çàäà÷ â ýòîé îáëàñòè.

 äàííîì ðàñ÷åòíî-ãðàôè÷åñêîì çàäàíèè ìû òåîðåòè÷åñêè èçó÷èì ïðîöåññ àäñîðáöèè íà ïîðèñòûõ ñîðáåíòàõ, èñïîëüçóÿ ïîòåíöèàëüíóþ òåîðèþ Ïîëÿíè. Òàê æå ïîñòðîèì èçîòåðìó àäñîðáöèè ñåðíèñòîãî àíãèäðèäà íà ñèëèêàãåëå ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ, ðàññ÷èòàåì è ïîñòðîèì õàðàêòåðèñòè÷åñêóþ êðèâóþ, îïðåäåëèì ìàêñèìàëüíûé è ìèíèìàëüíûé ðàäèóñ ïîð àäñîðáåíòà.

Òåîðåòè÷åñêàÿ ÷àñòü

Àäñîðáöèÿ - ïðîöåññ ñàìîïðîèçâîëüíîãî ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ êîìïîíåíòîâ ñèñòåìû ìåæäó ïîâåðõíîñòíûì ñëîåì è îáúåìíîé ôàçîé, ò.å. ïîãëîùåíèå îäíîãî âåùåñòâà ïîâåðõíîñòüþ äðóãîãî.

Ñ òåðìîäèíàìè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ àäñîðáöèÿ - ñàìîïðîèçâîëüíûé ïðîöåññ âûðàâíèâàíèÿ õèìè÷åñêèõ ïîòåíöèàëîâ êîìïîíåíòà â îáúåìå ñèñòåìû è ïîâåðõíîñòíîì ñëîå. Ýòîò ïðîöåññ ïðîèñõîäèò âñëåäñòâèå ñòðåìëåíèÿ ê ìèíèìóìó ïîâåðõíîñòíîé ýíåðãèè èëè ýíåðãèè Ãèááñà ñèñòåìû.

Êîëè÷åñòâåííûå çàêîíîìåðíîñòè àäñîðáöèè äåëÿòñÿ íà äâå ãðóïïû: çàêîíîìåðíîñòè, îïèñûâàþùèå àäñîðáöèþ íà îäíîðîäíûõ ïîâåðõíîñòÿõ, è çàêîíîìåðíîñòè äëÿ ïîðèñòûõ àäñîðáåíòîâ. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ ðàçëè÷èåì â ýíåðãåòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè îäíîðîäíîé è ïîðèñòîé ïîâåðõíîñòåé, è, ñîîòâåòñòâåííî, ðàçëè÷èåì â êîëè÷åñòâåííîì îïèñàíèè ïðîòåêàþùèõ íà íèõ ïðîöåññîâ àäñîðáöèè.

Àäñîðáöèÿ íà ïîðèñòûõ ñîðáåíòàõ, óäåëüíàÿ ïîâåðõíîñòü êîòîðûõ äîñòèãàåò ñîòåí òûñÿ÷ êâàäðàòíûõ ìåòðîâ, èìååò áîëåå ñëîæíûé õàðàêòåð ïî ñðàâíåíèþ ñ àäñîðáöèåé íà íåïîðèñòûõ òåëàõ òîé æå õèìè÷åñêîé ïðèðîäû. Êàê ïðàâèëî, îíà ñîïðîâîæäàåòñÿ êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèåé - êîíäåíñàöèåé ïàðà â ïîðàõ ïðè äàâëåíèÿõ ìåíüøèõ, ×åì äàâëåíèå íàñûùåííîãî ïàðà àäñîðáàòà íàä ïëîñêîé ïîâåðõíîñòüþ. Ðàññìîòðèì àäñîðáöèþ íà ïîðèñòûõ ñîðáåíòàõ. àäñîðáöèÿ ïîðèñòûé àíãèäðèä ñåðíèñòûé

Ïîðèñòûå ñîðáåíòû

Ïîðèñòûå àäñîðáåíòû - òâåðäûå òåëà, âíóòðè êîòîðûõ èìåþòñÿ ïîðû, îáóñëàâëèâàþùèå íàëè÷èå âíóòðåííåé ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè. Ïîðû ìîãóò áûòü çàïîëíåíû ãàçîì èëè æèäêîñòüþ. Òèï òàêèõ ñèñòåì Ã/Ò èëè ÆËÃ.  îòëè÷èå îò àäñîðáöèè íà òåëàõ ñ ðîâíîé ïîâåðõíîñòüþ, àäñîðáöèÿ íà ïîðèñòûõ òåëàõ çíà÷èòåëüíî âûøå è çàâèñèò îò ñòðîåíèÿ è ðàçìåðà ïîð. Óâåëè÷åíèå ïîðèñòîñòè ñîðáåíòà ïðèâîäèò íå òîëüêî ê óâåëè÷åíèþ óäåëüíîé ïîâåðõíîñòè S_óä, íå è îáåñïå÷èâàåò êîíäåíñàöèþ ïàðà ïðè äàâëåíèÿõ ìåíüøèõ, ÷åì äëÿ ðîâíîé ïîâåðõíîñòè. Êðîìå òîãî, â ìèêðîïîðèñòûõ òåëàõ íàáëþäàåòñÿ óâåëè÷åíèå ýíåðãèè àäñîðáöèè è ðåçêîå âîçðàñòàíèå âåëè÷èíû àäñîðáöèè. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ïîðèñòûå ñîðáåíòû øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ â ïðîìûøëåííîñòè: â ãåòåðîãåííîì êàòàëèçå, ïðè óëàâëèâàíèè âûáðîñîâ ïðåäïðèÿòèé (ýêîëîãèÿ) è ò.ä.

Äëÿ êîëè÷åñòâåííîé õàðàêòåðèñòèêè ïîðèñòûõ òåë èñïîëüçóþò:

1. Ïîðèñòîñòü (Ï) - îòíîøåíèå îáùåãî îáúåìà ïîð ê îáùåìó îáúåìó òåëà:

. (1)

2. Óäåëüíûé îáúåì ïîð ( V_óä ) - îòíîøåíèå îáùåãî îáúåìà ïîð ê ìàññå ïîðèñòîãî òåëà:

. (2)

3. Óäåëüíàÿ ïîâåðõíîñòü ( S_óä ) - îòíîøåíèå îáùåé ïîâåðõíîñòè ïîð ê îáúåìó òåëà:

. (3)

4. Ðàñïðåäåëåíèå ïîð ïî ðàçìåðàì: èíòåãðàëüíûå () è äèôôåðåíöèàëüíûå êðèâûå().

Ïîðèñòûå òåëà êëàññèôèöèðóþòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ ðàçìåðàìè ïîð (êëàññèôèêàöèÿ Ì.Ì. Äóáèíèíà):

1. Ìàêðîïîðèñòûå òåëà (r>200 íì, S_óä ?10³ ì²/êã). Äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî îïèñàíèÿ àäñîðáöèè â ïîðàõ òàêîãî ðàçìåðà èñïîëüçóþò óðàâíåíèÿ Ëýíãìþðà.

2. Ìåçîïîðèñòûå (ïåðåõîäíîïîðèñòûå) òåëà (r˜2÷200 íì, S_óä ?10³ ÷10⁵ ì²/êã).  ïîðàõ òàêèõ àäñîðáåíòîâ èäåò ïîëèìîëåêóëÿðíàÿ àäñîðáöèÿ, êîòîðàÿ çàêàí÷èâàåòñÿ êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèåé ïðè îáðàçîâàíèè âîãíóòîãî ìåíèñêà. Ïðîöåññ àäñîðáöèè îïèñûâàåòñÿ òåîðèÿìè Ïîëÿíè è ÁÝÒ.

3. Ìèêðîïîðèñòûå òåëà (r˜0,5÷2 íì, S_óä ?10⁵ ÷10⁶ ì²/êã) - ìîëåêóëÿðíûå ñèòà (öåîëèòû - àëþìîñèëèêàòû, îáëàäàþùèå ñòðîãî ðåãóëÿðíîé êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðîé, àêòèâèðîâàííûå óãëè). Ïðîöåññ àäñîðáöèè îïèñûâàåòñÿ Òåîðèåé îáúåìíîãî çàïîëíåíèÿ ìèêðîïîð (ÒÎÇÌ) Äóáèíèíà.

 ñëó÷àå ìåçîïîðèñòûõ àäñîðáåíòîâ ïðîöåññ âçàèìîäåéñòâèÿ àäñîðáåíòà ñ àäñîðáàòîì (ãàçîì èëè ïàðîì) îñëîæíÿåòñÿ êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèåé.

Êàïèëëÿðíàÿ êîíäåíñàöèÿ - ýòî êîíäåíñàöèÿ ãàçîîáðàçíîãî âåùåñòâà íà ïîðèñòûõ òâåðäûõ òåëàõ ñ ðàçìåðîì ïîð îò 2 äî 200 íì ïðè äàâëåíèÿõ, ìåíüøèõ äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà ýòîãî âåùåñòâà íàä ïëîñêîé ïîâåðõíîñòüþ (p_S). Êîëè÷åñòâåííî êàïèëëÿðíàÿ êîíäåíñàöèÿ îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì Òîìñîíà (Êåëüâèíà):

· äëÿ ñôåðè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé: , (4)

· äëÿ öèëèíäðè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé: , (5)

ãäå ð - äàâëåíèå íàñûùåííîãî ïàðà íàä âîãíóòîé (èñêðèâëåííîé) ïîâåðõíîñòüþ; p_S - äàâëåíèå íàñûùåííîãî ïàðà íàä ðîâíîé ïîâåðõíîñòüþ; V_m - ìîëüíûé îáúåì æèäêîñòè; ó - ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå æèäêîñòè; r - ðàäèóñ êðèâèçíû; R - óíèâåðñàëüíàÿ ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ; Ò - òåìïåðàòóðà.

Âèä èçîòåðìû êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè çàâèñèò îò ôîðìû ïîð. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî â ðåàëüíûõ òåëàõ èìåþòñÿ ïîðû ðàçëè÷íîé ôîðìû è ðàçìåðîâ, ïðîöåññ êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè ìîæíî ïðåäñòàâèòü, èñïîëüçóÿ òðè îñíîâíûå ìîäåëè:

1) ïîðèñòîå òåëî ñ îäèíàêîâûìè ïîðàìè êîíóñîîáðàçíîé ôîðìû;

2) ïîðèñòîå òåëî ñ îäèíàêîâûìè ïîðàìè öèëèíäðè÷åñêîé ôîðìû ñ çàêðûòûì êîíöîì (öèëèíäðè÷åñêàÿ çàêðûòàÿ ïîðà);

3) ïîðèñòîå òåëî ñ îäèíàêîâûìè ïîðàìè öèëèíäðè÷åñêîé ôîðìû ñ îòêðûòûì êîíöîì (öèëèíäðè÷åñêàÿ îòêðûòàÿ ïîðà);

4) ïîðèñòîå òåëî ñ îäèíàêîâûìè ïîðàìè áóòûëêîîáðàçíîé ôîðìû ñ çàêðûòûì êîíöîì (áóòûëêîîáðàçíàÿ çàêðûòàÿ ïîðà).

 ïîðàõ, èìåþùèõ êîíóñîîáðàçíóþ ôîðìó (ðèñ. 1), â íà÷àëå àäñîðáöèè ó÷àñòêè ãëàäêîé ïîâåðõíîñòè è ïîâåðõíîñòü ïîð ïîêðûâàþòñÿ òîíêèì ñëîåì ìîëåêóë àäñîðáàòà (ó÷àñòîê ÎÀ, ðèñ.2)). Êàê òîëüêî íà äíå ïîðû îáðàçóåòñÿ øàðîîáðàçíûé ìåíèñê, ïàð íà÷èíàåò ìãíîâåííî êîíäåíñèðîâàòüñÿ, ïðîèñõîäèò ìãíîâåííîå çàïîëíåíèå ïîðû. Ïî ìåðå çàïîëíåíèÿ ïîðû ðàäèóñ ìåíèñêà óâåëè÷èâàåòñÿ (óìåíüøàåòñÿ êðèâèçíà), ïîýòîìó äëÿ äàëüíåéøåãî çàïîëíåíèÿ ïîðû íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü äàâëåíèå (ó÷àñòîê ÀÂ, ðèñ.2). Ïîñëå òîãî êàê ïîðà ïîëíîñòüþ çàïîëíèòñÿ àäñîðáàòîì, äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå äàâëåíèå íà àäñîðáöèþ íå âëèÿåò (ó÷àñòîê ÂÑ, ðèñ.2). Ïðè óìåíüøåíèè íàáëþäàåòñÿ ÿâëåíèå äåñîðáöèè - àäñîðáàò óõîäèò îò ïîâåðõíîñòè àäñîðáåíòà. Ïðîöåññ äåñîðáöèè èäåò â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè è îïèñûâàåòñÿ òîé æå èçîòåðìîé.

Ðèñ.1. Êîíóñîîáðàçíàÿ ïîðà.	Ðèñ.3. Öèëèíäðè÷åñêàÿ çàêðûòàÿ ïîðà.
Ðèñ. 2. Èçîòåðìà êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè íà êîíóñîîáðàçíîé ïîðå.	Ðèñ. 4. Èçîòåðìà êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè íà öèëèíäðè÷åñêîé çàêðûòîé ïîðå.

 öèëèíäðè÷åñêèõ îòêðûòûõ ïîðàõ (ðèñ.3) êîíäåíñàöèÿ ïàðà òàêæå íà÷èíàåòñÿ íà äíå ïîðû, ãäå êðèâèçíà ñôåðè÷åñêàÿ è ïîýòîìó íàèáîëüøàÿ. Òàê êàê â ïðîöåññå êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè ðàäèóñ ìåíèñêà íå ìåíÿåòñÿ, ïîðà çàïîëíÿåòñÿ êîíäåíñàòîì ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè (ó÷àñòîê ÀÂ, ðèñ.4), íà èçîòåðìå êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè ïðÿìàÿ âåðòèêàëüíàÿ ëèíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ïðîöåññ äåñîðáöèè îïèñûâàåòñÿ òîé æå èçîòåðìîé.

 öèëèíäðè÷åñêîé îòêðûòîé ïîðå (ðèñ.5) êàïèëëÿðíàÿ êîíäåíñàöèÿ íà÷èíàåòñÿ íà ñòåíêàõ öèëèíäðà, èìåþùåãî êðèâèçíó â äâà ðàçà ìåíüøå, ÷åì ó ñôåðû òîãî æå ðàäèóñà (5). Êîíäåíñàöèÿ íà ñòåíêàõ öèëèíäðè÷åñêîé ïîðû ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ åå äèàìåòðà, ÷òî âûçûâàåò ìãíîâåííîå çàïîëíåíèå ïîðû. Íà êîíöàõ ïîðû îáðàçóþòñÿ ñôåðè÷åñêèå ìåíèñêè æèäêîñòè. Äåñîðáöèÿ ìîæåò íà÷àòüñÿ òîëüêî ïðè äàâëåíèè, ñîîòâåòñòâóþùåì ðàäèóñàì êðèâèçíû ýòèõ ìåíèñêîâ, îïðåäåëÿåìûõ óðàâíåíèåì (4). Òàêèì îáðàçîì, îïîðîæíåíèå êàïèëëÿðà ïðîèñõîäèò ïðè äàâëåíèè ìåíüøåì, ÷åì åãî çàïîëíåíèå, èçîòåðìà äåñîðáöèè íå ñîâïàäàåò ñ èçîòåðìîé àäñîðáöèè (ðèñ. 6). Ýòèì îáúÿñíÿåòñÿ ïîÿâëåíèå ïåòëè êàïïèëÿðíî-êîíäåíñàöèîííîãî ãèñòåðåçèñà.

Ðèñ.5. Öèëèíäðè÷åñêàÿ îòêðûòàÿ ïîðà.	Ðèñ.7. Áóòûëêîîáðàçíàÿ ïîðà.
Ðèñ. 6. Èçîòåðìà êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè íà öèëèíäðè÷åñêîé îòêðûòîé ïîðå	Ðèñ. 8. Èçîòåðìà êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè íà áóòûëêîîáðàçíîé ïîðå

Ïðè ñìà÷èâàíèè àäñîðáàòîì ñòåíîê áóòûëêîîáðàçíîé ïîðû (ðèñ.7), íà äíå ïîðû îáðàçóåòñÿ âîãíóòûé ìåíèñê ñ ðàäèóñîì r₁. Òàê êàê ðàäèóñ ìåíèñêà íå ìåíÿåòñÿ, òî ïîðà ìãíîâåííî çàïîëíÿåòñÿ ïðè îïðåäåëåííîì ïîñòîÿííîì çíà÷åíèè ïàðà (íà èçîòåðìå êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè ïðÿìàÿ âåðòèêàëüíàÿ ëèíèÿ). Äåñîðáöèÿ àäñîðáàòà íà÷íåòñÿ ïðè äàâëåíèè ñîîòâåòñòâóþùåì ðàäèóñó r₂. Òàê êàê r₂ < r₁ , òî â ñîîòâåòñòâèè ñ óðàâíåíèåì (4), ð_äåñ < ð_àäñ.

Ðèñ. 9. Èçîòåðìà àäñîðáöèè ïðè êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè.	Òàêèì îáðàçîì, îïîðîæíåíèå êàïèëëÿðà áóäåò ïðîèñõîäèòü ïðè äàâëåíèè ìåíüøåì, ÷åì åãî çàïîëíåíèå (ðèñ.8). Ïîÿâëÿåòñÿ ïåòëÿ êàïèëëÿðíî-êîíäåíñàöèîííîãî ãèñòåðåçèñà. Òàê êàê ðåàëüíûå ñîðáåíòû èìåþò ïîðû ðàçëè÷íûõ ôîðì è ðàçìåðîâ, êîòîðûå çàïîëíÿþòñÿ è îïîðîæíÿþòñÿ ïðè ðàçíûõ äàâëåíèÿõ, òî ðåàëüíûå èçîòåðìû àäñîðáöèè èìåþò âèä, ïðåäñòàâëåííûé íà ðèñ. 9.

Äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî îïèñàíèÿ àäñîðáöèè íà ìåçîïîðèñòûõ òåëàõ èñïîëüçóþò òåîðèþ ïîëèìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè Ïîëÿíè.

 òåîðèè Ïîëÿíè ïðîâîäèòñÿ àíàëîãèÿ ìåæäó àäñîðáöèåé è êîíäåíñàöèåé ïàðà. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ïîâåðõíîñòüþ ãàç ñæèìàåòñÿ äî äàâëåíèÿ íàñûùåíèÿ ð_S è ïåðåõîäèò â æèäêîñòü. Ïðè ýòîì âîçíèêàåò àäñîðáöèîííûé îáúåì æèäêîñòè , êîòîðûé ñâÿçàí ñ âåëè÷èíîé àäñîðáöèè ñîîòíîøåíèåì:

, (6)

ãäå À - çíà÷åíèå óäåëüíîé àäñîðáöèè â ìîëü/ã èëè ìîëü/êã, - ìîëüíûé îáúåì àäñîðáàòà â êîíäåíñèðîâàííîì ñîñòîÿíèè (îáúåì 1 ìîëü æèäêîãî àäñîðáàòà).

Ìåðîé èíòåíñèâíîñòè àäñîðáöèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ àäñîðáöèîííûé ïîòåíöèàë, êîòîðûé èìååò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ó ïîâåðõíîñòè è ìèíèìàëüíîå - íà ãðàíèöå àäñîðáöèîííîãî ñëîÿ.

Àäñîðáöèîííûé ïîòåíöèàë ( ) - ðàáîòà îáðàòèìîãî èçîòåðìè÷åñêîãî ïðîöåññà ïî ïåðåíîñó 1 ìîëü àäñîðáàòà èç äàííîé òî÷êè àäñîðáöèîííîãî îáúåìà â ãàçîâóþ ôàçó, êîòîðûé ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî óðàâíåíèþ:

, (7)

ãäå ð_S - íàñûùåííîå äàâëåíèå ãàçà (ïàðà) ïðè äàííîé òåìïåðàòóðå (êîíñòàíòà äëÿ êàæäîãî ãàçà), ð - ðàâíîâåñíîå äàâëåíèå â îáúåìíîé ôàçå âäàëè îò ïîâåðõíîñòè.

Ïðè çàïîëíåíèè ïîð àäñîðáåíòà æèäêèì àäñîðáàòîì ãðàíèöà ìåæäó æèäêîñòüþ è ãàçîì èñêðèâëÿåòñÿ - âîçíèêàåò êàïèëëÿðíîå äàâëåíèå. Ïðèðàùåíèå ýíåðãèè Ãèááñà äëÿ èñêðèâëåííîé ïîâåðõíîñòè ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå äëÿ èíäèâèäóàëüíîãî âåùåñòâà áóäåò ðàâíî:

, (8)

ãäå - èçáûòî÷íîå âíóòðèìîëåêóëÿðíîå äàâëåíèå, êîòîðîå äëÿ ñôåðè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé ñîãëàñíî óðàâíåíèþ Ëàïëàñà ðàâíî ; r - ðàäèóñ êðèâèçíû, êîòîðûé èç-çà ìàëîãî ðàçìåðà ïîð ñîâïàäàåò ñ èõ ðàäèóñîì; ó - ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå æèäêîãî àäñîðáàòà; V_m - ìîëüíûé îáúåì æèäêîãî àäñîðáàòà, ðàâíûé îòíîøåíèþ ìîëÿðíîé ìàññû ê ïëîòíîñòè æèäêîãî àäñîðáàòà.

 ñîñòîÿíèè ðàâíîâåñèÿ:

. (9)

Êðèâóþ êàïèëëÿðíîé êîíäåíñàöèè (äåñîðáöèîííóþ âåòâü) ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ðàñ÷åòà ñòðóêòóðíîé êðèâîé àäñîðáåíòà, òî åñòü ðàññ÷èòàòü ýôôåêòèâíûé ðàäèóñ ïîð àäñîðáåíòà, èñïîëüçóÿ óðàâíåíèå (9):

. (10)

Äëÿ àäñîðáåíòîâ, ðàçìåð ïîð êîòîðûõ êîëåáëåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 2 äî 200 íì, ïðåäëîæåíî óðàâíåíèå, ñâÿçûâàþùåå àäñîðáöèîííûé îáúåì (ïîðèñòîñòü) ñ àäñîðáöèîííûì ïîòåíöèàëîì:

, (11)

ãäå - ïðåäåëüíûé îáúåì ïîð; - ýìïèðè÷åñêàÿ êîíñòàíòà.

Óðàâíåíèå (11) ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòàòü ïðåäåëüíûé îáúåì ïîð, äëÿ ýòîãî óðàâíåíèå (11) ëîãàðèôìèðóþò:

. (12)

Ðèñ.10. Ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü	Óðàâíåíèå (12) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé óðàâíåíèå ïðÿìîé â êîîðäèíàòàõ (ðèñ.10). Îòðåçîê, îòñåêàåìûé ïðÿìîé íà îñè îðäèíàò ðàâåí .

Îïðåäåëèâ ïî êðèâîé äåñîðáöèè, ñòðîÿò èíòåãðàëüíóþ êðèâóþ ðàñïðåäåëåíèÿ ïîð ïî ðàçìåðàì â êîîðäèíàòàõ , ïîçâîëÿþùóþ îïðåäåëèòü îáúåì ïîð îïðåäåëåííîãî ðàäèóñà.

Ìåòîäîì ãðàôè÷åñêîãî äèôôåðåíöèðîâàíèÿ ñòðîÿò äèôôåðåíöèàëüíóþ êðèâóþ ðàñïðåäåëåíèÿ ïîð ïî ðàçìåðàì â êîîðäèíàòàõ . ×åì ðåç÷å âûðàæåí ìàêñèìóì è óæå äèôôåðåíöèàëüíàÿ êðèâàÿ, òåì ìåíüøå ðàçëè÷àþòñÿ ïîðû ïî ðàçìåðàì. Êðîìå òîãî, äèôôåðåíöèàëüíàÿ êðèâàÿ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü, ê êàêîìó òèïó îòíîñèòñÿ äàííîå ïîðèñòîå òåëî.

Ðèñ. 11. Èíòåãðàëüíàÿ êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ïîð ïî ðàçìåðàì	Ðèñ. 12. Äèôôåðåíöèàëüíàÿ êðèâàÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ïîð ïî ðàçìåðàì

Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ òåîðèè Ïîëÿíè:

1. àäñîðáöèÿ îáóñëîâëåíà ÷èñòî ôèçè÷åñêèìè ñèëàìè;

2. íà ïîâåðõíîñòè àäñîðáåíòà íåò àêòèâíûõ öåíòðîâ, à àäñîðáöèîííûå ñèëû äåéñòâóþò âáëèçè ïîâåðõíîñòè è îáðàçóþò îêîëî ýòîé ïîâåðõíîñòè íåïðåðûâíîå ñèëîâîå ïîëå;

3. àäñîðáöèîííûå ñèëû äåéñòâóþò íà ñðàâíèòåëüíî áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ, ïðåâûøàþùèå ðàçìåðû îòäåëüíûõ ìîëåêóë àäñîðáòèâà è ïîýòîìó ìîæíî ãîâîðèòü î ñóùåñòâîâàíèè ó ïîâåðõíîñòè àäñîðáåíòà àäñîðáöèîííîãî îáúåìà, êîòîðûé çàïîëíÿåòñÿ ìîëåêóëàìè àäñîðáòèâà;

4. äåéñòâèå àäñîðáöèîííûõ ñèë ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò ïîâåðõíîñòè óìåíüøàåòñÿ è íà íåêîòîðîì ðàññòîÿíèè ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì íóëþ;

5. ïðèòÿæåíèå äàííîé ìîëåêóëû ïîâåðõíîñòüþ àäñîðáåíòà íå çàâèñèò îò íàëè÷èÿ â àäñîðáöèîííîì ïðîñòðàíñòâå äðóãèõ ìîëåêóë;

6. àäñîðáöèîííûå ñèëû íå çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû è, ñëåäîâàòåëüíî, ñ èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû àäñîðáöèîííûé îáúåì íå èçìåíÿåòñÿ;

7. ïîä âîçäåéñòâèåì àäñîðáöèîííîãî ïîëÿ âîçíèêàåò âîçìîæíîñòü îáðàçîâàíèÿ íåñêîëüêèõ ñëîåâ ìîëåêóë àäñîðáàòà. Íàèáîëüøåå ïðèòÿæåíèå è ñæàòèå èñïûòûâàåò ïåðâûé àäñîðáöèîííûé ñëîé; ãàçîîáðàçíûå ïðîäóêòû â íåì êîíäåíñèðóþòñÿ â æèäêîñòü. Ïðèòÿæåíèå ïîñëåäóþùèõ ñëîåâ ñíèæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà ïëîòíîñòü âåùåñòâà ïîíèçèòñÿ äî åãî ïëîòíîñòè â îêðóæàþùåé ñðåäå.

Òåîðèÿ ïîëèìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè Ïîëÿíè ïîçâîëÿåò îïèñàòü àäñîðáöèþ íà ïîðèñòûõ àäñîðáåíòàõ è êà÷åñòâåííî îáúÿñíèòü õàðàêòåð S-îáðàçíîé èçîòåðìû. Îäíàêî ýòà òåîðèÿ íå ïðèâåëà ê âûâîäó óðàâíåíèÿ, îïèñûâàþùåãî ýòó èçîòåðìó.

Áðóíàóýð, Ýììåò è Òåëëåð ðàçðàáîòàëè òåîðèþ ïðèìåíèòåëüíî ê àäñîðáöèè ïàðîâ. Ýòà òåîðèÿ ïîëó÷èëà íàçâàíèå òåîðèè ÁÝÒ â ñîîòâåòñòâèè ñ íà÷àëüíûìè áóêâàìè ôàìèëèé àâòîðîâ.

Ýòà òåîðèÿ îñíîâàíà íà ñëåäóþùèõ ïîëîæåíèÿõ:

1) íà ïîâåðõíîñòè àäñîðáåíòà èìååòñÿ îïðåäåëåííîå ÷èñëî ðàâíîöåííûõ â ýíåðãåòè÷åñêîì îòíîøåíèè àêòèâíûõ öåíòðîâ;

2) êàæäàÿ ìîëåêóëà ïåðâîãî ñëîÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé àêòèâíûé öåíòð äëÿ äàëüíåéøåé àäñîðáöèè, ÷òî ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ âòîðîãî, òðåòüåãî è ò.ä. ñëîåâ. Ïðè ýòîì ïîñòðîåíèå ïîñëåäóþùèõ ñëîåâ âîçìîæíî ïðè íåçàïîëíåííîì ïåðâîì;

3) âçàèìîäåéñòâèåì ñîñåäíèõ àäñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë â ðàìêàõ îäíîãî ñëîÿ ïðåíåáðåãàþò;

4) ìîëåêóëû àäñîðáòèâà â ïîñëåäóþùèõ ñëîÿõ ïî ñóììå ñòàòèñòè÷åñêèõ ñîñòîÿíèé ïîäîáíû ìîëåêóëàì æèäêîñòè è îòëè÷àþòñÿ îò ìîëåêóë ïåðâîãî ñëîÿ. Òàêèì îáðàçîì, àäñîðáèðîâàííàÿ ôàçà ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà êàê ñîâîêóïíîñòü àäñîðáöèîííûõ êîìïëåêñîâ - ìîëåêóëÿðíûõ öåïî÷åê, íà÷èíàþùèõñÿ ìîëåêóëàìè ïåðâîãî ñëîÿ, íåïîñðåäñòâåííî ñâÿçàííûìè ñ ïîâåðõíîñòüþ àäñîðáåíòà. Ïðè ýòîì öåïî÷êè íå âçàèìîäåéñòâóþò ìåæäó ñîáîé.

Ñõåìà ïîëèìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè ïî òåîðèè Áðóíàóýðà, Ýììåòà è Òåëëåðà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 4.6 .

Èòàê, òåîðèÿ ÁÝÒ èñõîäèò èç íàëè÷èÿ íà ïîâåðõíîñòè àäñîðáåíòà àêòèâíûõ öåíòðîâ.  ýòîì ñîñòîèò åå ñõîäñòâî ñ òåîðèåé Ëåíãìþðà. Âìåñòå ñ òåì, ïîäîáíî òåîðèè Ïîëÿíè, îíà äîïóñêàåò âîçìîæíîñòü îáðàçîâàíèÿ íåñêîëüêèõ àäñîðáöèîííûõ ñëîåâ.

Àâòîðû òåîðèè ðàññìàòðèâàþò àäñîðáöèþ êàê ñåðèþ ïîñëåäîâàòåëüíûõ êâàçèõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé:

ãäå À - àêòèâíûé öåíòð, Â - ìîëåêóëà àäñîðáòèâà,

- êîíñòàíòû ñîîòâåòñòâóþùèõ àäñîðáöèîííûõ ðàâíîâåñèè.

Àâòîðû òåîðèè ïðèíÿëè, ÷òî âî âñåõ ñëîÿõ, êðîìå ïåðâîãî, âçàèìîäåéñòâóþò ìåæäó ñîáîé â îñíîâíîì ìîëåêóëû àäñîðáàòà, êàê è ïðè êîíäåíñàöèè. Ïîýòîìó áûëî ïðèíÿòî, ÷òî:

ãäå

- êîíñòàíòà êîíäåíñàöèè ïàðà, ðàâíàÿ îòíîøåíèþ àêòèâíîñòåé âåùåñòâà â æèäêîì ñîñòîÿíèè è â ñîñòîÿíèè íàñûùåííîãî ïàðà -

Áðóíàóýð, Ýììåò è Òåëëåð âûâåëè ñëåäóþùåå óðàâíåíèå èçîòåðìû àäñîðáöèè ïàðîâ:

 ýòîì óðàâíåíèè:

- äàâëåíèå íàñûùåííîãî ïàðà ïðè äàííîé òåìïåðàòóðå,

- îòíîñèòåëüíîå äàâëåíèå ïàðà,

.

Óðàâíåíèå (4.13) íàçûâàåòñÿ óðàâíåíèåì ïîëèìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè ÁÝÒ. àäñîðáöèÿ ïîðèñòûé àíãèäðèä ñåðíèñòûé

Ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ ð, äàëåêèõ îò , ò.å. ïðè , óðàâíåíèå (4.13) ïðåâðàùàåòñÿ â óðàâíåíèå ìîíîìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè Ëåíãìþðà, à ïðè äàëüíåéøåì óìåíüøåíèè äàâëåíèÿ () ïåðåõîäèò â çàêîí Ãåíðè. Ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ ð ê ÷èñëî ñâîáîäíûõ àêòèâíûõ öåíòðîâ óìåíüøàåòñÿ è êðàòíîñòü êîìïëåêñîâ ðàñòåò. Ïðè ð = ïðîèñõîäèò îáúåìíàÿ êîíäåíñàöèÿ ïàðà. Òàêèì îáðàçîì, óðàâíåíèå ÁÝÒ îïèñûâàé âñþ S-îáðàçíóþ èçîòåðìó àäñîðáöèè (ñì. ðèñ. 4.5). Òî÷êà À íà ýòîé êðèâîé îòâå÷àåò çàâåðøåíèþ ìîíîñëîÿ àäñîðáòèâà.

Íà òåîðèè ÁÝÒ îñíîâàí ñòàíäàðòíûé ìåòîä èçìåðåíèÿ óäåëüíîé ïîâåðõíîñòè àäñîðáåíòîâ, êàòàëèçàòîðîâ, ïîðîøêîâ è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçóåòñÿ óðàâíåíèå ÁÝÒ â ëèíåéíîé ôîðìå:

Ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì ñòðîÿò ãðàôèê â êîîðäèíàòàõ

(ðèñ. 4.7 ).

Òàíãåíñ óãëà íàêëîíà ïðÿìîé ê îñè àáñöèññ ðàâåí

, à îòðåçîê, îòñåêàåìûé íà îñè îðäèíàò, - .

Èç ãðàôèêà íàõîäÿò , à çàòåì ðàññ÷èòûâàþò óäåëüíóþ ïîâåðõíîñòü:

ãäå - ÷èñëî Àâîãàäðî, - ïëîùàäü, çàíèìàåìàÿ îäíîé ìîëåêóëîé àäñîðáòèâà.

 êà÷åñòâå àäñîðáòèâà îáû÷íî èñïîëüçóþò ãàçû (àçîò, àðãîí, êðèïòîí), â êîòîðûõ ìåæìîëåêóëÿðíîå âçàèìîäåéñòâèå íà ïîâåðõíîñòè àäñîðáåíòà ÿâëÿåòñÿ ñëàáûì, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò èñõîäíûì äîïóùåíèÿì òåîðèè. Ïðèíèìàþòñÿ ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ : àçîò - 0,162 , àðãîí - 0,138 , êðèïòîí - 0,195 .

Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî, íåñìîòðÿ íà ðÿä íåäîñòàòêîâ, ñâÿçàííûõ ñ äîïóùåíèÿìè, êîòîðûå ëåæàò â îñíîâå òåîðèè ÁÝÒ, îíà ÿâëÿåòñÿ âåñüìà ïîëåçíîé òåîðèåé ôèçè÷åñêîé àäñîðáöèè.

Çàêëþ÷åíèå ïî òåîðåòè÷åñêîé ÷àñòè

Àäñîðáöèÿ ãàçîâ íà ïîâåðõíîñòè òâåðäûõ òåë íàõîäèò øèðîêîå ïðàêòè÷åñêîå ïðèìåíåíèå, â ñâÿçè ñ ýòèì èññëåäîâàíèå çàêîíîìåðíîñòåé àäñîðáöèîííûõ ïðîöåññîâ ïðåäñòàâëÿåò çíà÷èòåëüíûé èíòåðåñ.

Ñðåäè ôàêòîðîâ, îò êîòîðûõ çàâèñèò àäñîðáöèÿ ãàçà íà òâåðäîì àäñîðáåíòå, ñóùåñòâåííûì ÿâëÿåòñÿ ñòðóêòóðà ïîâåðõíîñòè. Åñëè â æèäêîñòÿõ ñâîéñòâà ïîâåðõíîñòè â ðàçëè÷íûõ åå ó÷àñòêàõ îäèíàêîâû, òî íà ïîâåðõíîñòè òâåðäûõ òåë ïîëîæåíèå àòîìîâ ôèêñèðîâàíî, è ñòðîåíèå ïîâåðõíîñòè èìååò ñëîæíûé è íåîäíîðîäíûé õàðàêòåð. Ñ ýòèì ñâÿçàíû çíà÷èòåëüíûå òðóäíîñòè, âîçíèêàþùèå ïðè èññëåäîâàíèè àäñîðáöèîííûõ ïðîöåññîâ íà òâåðäûõ àäñîðáåíòàõ.

Ñðåäè ôàêòîðîâ, îò êîòîðûõ çàâèñèò àäñîðáöèÿ ãàçà èëè ïàðà íà òâåðäîì àäñîðáåíòå, âàæíûì ÿâëÿåòñÿ ðàâíîâåñíîå äàâëåíèå àäñîðáòèâà. Çàâèñèìîñòü àäñîðáöèè îò ðàâíîâåñíîãî äàâëåíèÿ ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå âûðàæàåòñÿ êðèâûìè à = f(ð), íàçûâàåìûìè èçîòåðìàìè àäñîðáöèè.

Íà èçîòåðìàõ ìîíîìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè èìåþòñÿ òðè ó÷àñòêà. Ïðè î÷åíü ìàëûõ äàâëåíèÿõ è, ñëåäîâàòåëüíî, ìàëûõ çàïîëíåíèÿõ ïîâåðõíîñòè àäñîðáàòîì àäñîðáöèÿ ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà äàâëåíèþ (çàêîí Ãåíðè).

Ïðè ñðåäíèõ äàâëåíèÿõ èçîòåðìà ñòàíîâèòñÿ êðèâîëèíåéíîé. Äëÿ ýòîé îáëàñòè ñïðàâåäëèâî óðàâíåíèå Ôðåéíäëèõà, êîòîðûì ÷àñòî ïîëüçóþòñÿ äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ.

Ïðè âûñîêèõ äàâëåíèÿõ àäñîðáöèÿ ïåðåñòàåò çàâèñåòü îò ðàâíîâåñíîãî äàâëåíèÿ àäñîðáòèâà - ýòîò ó÷àñòîê èçîòåðìû ïàðàëëåëåí îñè äàâëåíèé, äîñòèãàåòñÿ ïðåäåëüíàÿ àäñîðáöèÿ.

Ñòðîãàÿ òåîðèÿ èçîòåðìû ìîíîìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè áûëà ñîçäàíà È. Ëåíãìþðîì. Â îñíîâó ýòîé òåîðèè ïîëîæåíà ñëåäóþùàÿ ìîäåëü.

1. Ïîâåðõíîñòü àäñîðáåíòà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íàáîð ýíåðãåòè÷åñêè îäèíàêîâûõ àêòèâíûõ öåíòðîâ, íà êîòîðûõ àäñîðáèðóþòñÿ ìîëåêóëû àäñîðáòèâà.

2. Íà îäíîì öåíòðå àäñîðáèðóåòñÿ òîëüêî îäíà ìîëåêóëà àäñîðáòèâà.

3. Àäñîðáöèÿ íà äàííîì öåíòðå íå âëèÿåò íà àäñîðáöèþ íà äðóãèõ öåíòðàõ, ò.å. âçàèìîäåéñòâèåì àäñîðáèðîâàííûõ ìîëåêóë ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Ýòîé ìîäåëè îòâå÷àåò óðàâíåíèå Ëåíãìþðà, êîòîðîå ïîëíîñòüþ îïèñûâàåò èçîòåðìó ìîíîìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè.

Ñ ïîìîùüþ òåîðèè Ëåíãìþðà ìîæíî òàêæå îïèñàòü ñòóïåí÷àòóþ àäñîðáöèþ. Ìîäåëü Ëåíãìþðà ÿâëÿåòñÿ èäåàëèçèðîâàííîé, îíà ïðèãîäíà òîëüêî â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà èìååò ìåñòî ìîíîìîëåêóëÿðíàÿ àäñîðáöèÿ.

Ìîäåëü àäñîðáöèè, ïðèíöèïèàëüíî îòëè÷íóþ îò Ëåíãìþðîâñêîé, ïðåäëîæèë Ïîëÿíè. Ñîãëàñíî ýòîé ìîäåëè âáëèçè ïîâåðõíîñòè àäñîðáåíòà ñóùåñòâóåò ñèëîâîå ïîëå, óáûâàþùåå ñ óäàëåíèåì îò ïîâåðõíîñòè. Âñëåäñòâèå ýòîãî äàâëåíèå àäñîðáòèâà, âäàëè îò ïîâåðõíîñòè ðàâíîå ð, âáëèçè ïîâåðõíîñòè âîçðàñòàåò è íà íåêîòîðîì ðàññòîÿíèè îò íåå äîñòèãàåò çíà÷åíèÿ , ïðè êîòîðîì àäñîðáòèâ êîíäåíñèðóåòñÿ. Ýòà ìîäåëü ïîëó÷èëà íàçâàíèå ïîòåíöèàëüíîé òåîðèè àäñîðáöèè. Òåîðèÿ Ïîëÿíè ïîçâîëÿåò îïèñàòü àäñîðáöèþ íà ïîðèñòûõ àäñîðáåíòàõ è êà÷åñòâåííî îáúÿñíèòü õàðàêòåð S-îáðàçíîé èçîòåðìû.

Äàëüíåéøèì ðàçâèòèåì òåîðèè ïîëèìîëåêóëÿðíîé àäñîðáöèè ÿâèëàñü òåîðèÿ ÁÝÒ.

Ýòà òåîðèÿ ïîñòóëèðóåò, ÷òî ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå êðèòè÷åñêîé êàæäàÿ ìîëåêóëà, àäñîðáèðîâàííàÿ â ïåðâîì ñëîå, ÿâëÿåòñÿ öåíòðîì äëÿ ìîëåêóë, îáðàçóþùèõ âòîðîé ñëîé è ò.ä. Ïðè ýòîì ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî òåïëîòà àäñîðáöèè âî âñåõ ñëîÿõ, êðîìå ïåðâîãî, ðàâíà òåïëîòå êîíäåíñàöèè. Óðàâíåíèå ÁÝÒ îïèñûâàåò âñþ S-îáðàçíóþ èçîòåðìó àäñîðáöèè. Ðåøåíèå óðàâíåíèÿ ÁÝÒ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü óäåëüíóþ ïîâåðõíîñòü àäñîðáåíòà.

Ñóùåñòâóåò åùå îäèí ìåõàíèçì, ïðèâîäÿùèé ê äîïîëíèòåëüíîé àäñîðáöèè àäñîðáòèâîâ íèæå èõ êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû íà ïîðèñòûõ àäñîðáåíòàõ. Ýòî êàïèëëÿðíàÿ êîíäåíñàöèÿ. Åñëè â ïîðå îáðàçóåòñÿ âîãíóòûé ìåíèñê àäñîðáàòà, òî â íåé íà÷èíàåòñÿ êîíäåíñàöèÿ ïðè äàâëåíèÿõ, ìåíüøèõ, ÷åì äàâëåíèå íàñûùåííîãî ïàðà íàä ïëîñêîé ïîâåðõíîñòüþ. Êàïèëëÿðíàÿ êîíäåíñàöèÿ ïðèâîäèò ê ðåçêîìó ïîäúåìó èçîòåðìû àäñîðáöèè. Êàïèëëÿðíóþ êîíäåíñàöèþ ìû ðàññìîòðåëè âûøå.

Ïðàêòè÷åñêàÿ ÷àñòü

Ïðè èçó÷åíèè àäñîðáöèè ñåðíèñòîãî àíãèäðèäà íà ñèëèêàãåëå ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ áûëè ïîëó÷åíû ñëåäóþùèå ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå:

Òàáëèöà 1 - èñõîäíûå äàííûå

Ò=303Ê	Ò=313Ê	Ò=330Ê
ð, ìì.ðò.ñò	À, ñì^3/ã	ð,ìì.ðò.ñò	À, ñì^3/ã	ð, ìì.ðò.ñò	À, ñì^3/ã
0	0	0	0	0	0
100	37,7	130	36,5	230	34,9
146	44,9	178	42,2	345	43,3
192	50,6	226	47,1	460	50,4
246	56,7	289	52,4	600	58,3

à) Ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì ñòðîèì èçîòåðìû àäñîðáöèè ñåðíèñòîãî àíãèäðèäà íà ñèëèêàãåëå ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ:

Ðèñóíîê 1 - çàâèñèìîñòü èçîòåðìû àäñîðáöèè ñåðíèñòîãî àíãèäðèäà íà ñèëèêàãåëå ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ.

á) Ðàññ÷èòûâàåì êîëè÷åñòâî ìîëü SO2, àäñîðáèðîâàííîãî 1 ã ñèëèêàãåëÿ:

Òàáëèöà 2 - ðàñ÷åò êîëè÷åñòâî ìîëü SO2, àäñîðáèðîâàííîãî 1 ã ñèëèêàãåëÿ

Ò=303Ê	Ò=313Ê	Ò=330
À, ñì^3/ã	n, ìîëü	À, ñì^3/ã	n, ìîëü	À, ñì^3/ã	n, ìîëü
37,7	0,0017	36,5	0,0016	34,9	0,0016
44,9	0,0020	42,2	0,0019	43,3	0,0019
50,6	0,0023	47,1	0,0021	50,4	0,0023
56,7	0,0025	52,4	0,0023	58,3	0,0026

â) Ðàññ÷èòûâàåì ìîëüíûé îáúåì ñåðíèñòîãî àíãèäðèäà:

V_m=M/ ?, ãäå 64 ã/ìîëü - ìîëÿðíàÿ ìàññà SO2

V_m=43,7786442

ã) Ðàññ÷èòûâàåì àäñîðáöèîííûé îáúåì:

V_àäñ=A^.V_m

Òàáëèöà 2 - ðàñ÷åò àäñîðáöèîííîãî îáúåìà, ñì^3/ã

Ò=303Ê		Ò=313Ê		Ò=330Ê
n,ìîëü	Vàäñ,ñì^3/ã	n,ìîëü	Vàäñ,ñì^3/ã	n,ìîëü	Vàäñ,ñì^3/ã
0,0017	0,0737	0,0016	0,0713	0,0016	0,0682
0,0020	0,0878	0,0019	0,0825	0,0019	0,0846
0,0023	0,0989	0,0021	0,0921	0,0023	0,0985
0,0025	0,1108	0,0023	0,1024	0,0026	0,1138

ä) Ðàññ÷èòûâàåì àäñîðáöèîííûé ïîòåíöèàë:

E=RT^.ln ?_s/ ?

Òàáëèöà 3 - ðàñ÷åò àäñîðáöèîííîãî ïîòåíöèàëà, Äæ/ìîëü

Ò=303Ê		Ò=313Ê		Ò=330Ê
ð,ìì.ðò.ñò.	Å	ð,ìì.ðò.ñò.	Å	ð,ìì.ðò.ñò.	Å
100	3151	130	3349	230	3349
146	2199	178	2532	345	2237
192	1509	226	1911	460	1448
246	885	289	1272	600	719

å) Ïîñòðîåíèå õàðàêòåðèñòè÷åñêîé êðèâîé:

Ðèñóíîê 2 - õàðàêòåðèñòè÷åñêàÿ êðèâàÿ çàâèñèìîñòè àäñîðáöèîííîãî îáúåìà îò àäñîðáöèîííîãî ïîòåíöèàëà.

æ) Ðàññ÷èòàåì ðàäèóñ ïîð ïðè Ò=303Ê è ïðè Ò=313Ê:

r_min=2?V_m/E_max

r_max=2?V_m/E_min

Òàáëèöà 4 - ðàäèóñ ïîð ïðè ðàçíûõ òåìïåðàòóðàõ

	303K	313K
r min	6,32E-10	5,49E-10

Âûâîä

 äîííîé ðàáîòå ìû âûÿñíèëè, ÷òî ïðè óâåëè÷åíèè àäñîðáöèîííîãî îáúåìà ïîðèñòîãî àäñîðáåíòà ïðîèñõîäèò óìåíüøåíèå àäñîðáöèîííîãî ïîòåíöèàëà. Òàê æå ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ïðè óâåëè÷åíèè òåìïåðàòóðû ðàäèóñ ïîð ïîðèñòîãî àäñîðáåíòà óìåíüøàåòñÿ, íî íå çíà÷èòåëüíî.

Ñïèñîê ëèòåðàòóðû

1. Ôðîëîâ Þ.Ã. Êóðñ êîëëîèäíîé õèìèè. Ïîâåðõíîñòíûå ÿâëåíèÿ è äèñïåðñíûå ñèñòåìû. - Ì.: Õèìèÿ, 1989. - Ñ. 129-174.

2. Ôðèäðèõñáåðã Ä.À. Êóðñ êîëëîèäíîé õèìèè. --' ÑÏá: Õè-ìèÿ, 1995. Ñ. 150-178.

3. Âîþèêèé Ñ.Ñ. Êóðñ êîëëîèäíîé õèìèè. - Ì.:Õèìèÿ, 1976. -Ñ.8-ÏÇ.

4. Çèìîí À.Ä., Ëåùåíêî Í.Ô. Êîëëîèäíàÿ õèìèÿ. - Ì.: Õè-ìèÿ, 1995. - Ñ 62-64, 68-77, 98-102.

5. Øåðøàâèíà À.À. Èíäèâèäóàëüíûå çàäàíèÿ ïî êîëëîèä-íîé õèìèè: ó÷åáí.ïîñîáèå. - Ìèíñê: Íîâîå çíàíèå, 2008. - Ñ. 112 - 126.

Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru

...