Ισόθερμες προσρόφησης Langmuir

Η Ισόθερμη Προσρόφησης Langmuir αναφέρεται στην ισορροπία μεταξύ του προσροφητικού και του συστήματος προσροφήσεως. Σε αυτή τη μέθοδο, η προσρόφηση του προσροφήματος περιορίζεται πάντα σε ένα μοριακό στρώμα. Συμβαίνει πριν ή πριν φτάσει κανείς στη σχετική πίεση της ενότητας. Αυτή η εξίσωση χρησιμοποιείται σε πολλαπλά συστήματα με μέτρια χαμηλή κάλυψη. Το πιο σημαντικό, χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη συμπεριφορά του δυαδικού συστήματος απορρόφησης. Σύμφωνα με την Ισόθερμη Προσρόφησης Langmuir, η επιφάνεια είναι ομοιογενής με την υπόθεση ότι δεν λαμβάνει χώρα πλευρική αλληλεπίδραση μεταξύ των παρακείμενων απορροφημένων μορίων. Ακόμη και όταν ένα μεμονωμένο μόριο καταλαμβάνει μια θέση επιφάνειας, αυτό παραμένει το ίδιο.

Υποθέσεις Ισόθερμων Προσρόφησης Langmuir

Η ισόθερμη προσρόφησης Langmuir προέκυψε χρησιμοποιώντας την κινητική ενέργεια των αερίων μαζί με τις ακόλουθες υποθέσεις:

1. Η προσρόφηση περιλαμβάνει μια μονοστιβάδα στην επιφάνεια.
2. Δεν λαμβάνει χώρα αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων σε διαφορετικές τοποθεσίες.
3. Κάθε τοποθεσία μπορεί να χωρέσει μόνο ένα προσροφημένο μόριο.
4. Η θερμότητα της προσρόφησης δεν εξαρτάται από τον αριθμό των τοποθεσιών. Είναι ίσο για όλους.

Παραγωγές εξισώσεων

Το Langmuir Adsorption Isotherm προβλέπει γραμμική προσρόφηση σε μέγιστη επιφανειακή κάλυψη και χαμηλή πυκνότητα προσρόφησης. Συμβαίνει σε υψηλότερες συγκεντρώσεις διαλυμένων μετάλλων.

Αυτή η ισόθερμη παίρνει την ακόλουθη μορφή στη διαδικασία:

KaCe (1 – θ) =​Kd θ 

Εδώ,

Το Ka αναφέρεται στην αντίστοιχη σταθερά ρυθμού που απαιτείται για την προσρόφηση,

Το Kd αναφέρεται στην αντίστοιχη σταθερά ρυθμού που απαιτείται για την εκρόφηση.

Το Θ σημαίνει το κλάσμα της επιφάνειας που καλύπτεται από ένα προσροφημένο μόριο,

Υπολογισμός ισοθερμικής προσρόφησης Langmuir 

Η Ισόθερμη Προσρόφησης Langmuir υπολογίζεται ως εξής:

Γ e /Q e =Γ e /Q μ + 1/(Ε μ *K Λ )

Εδώ,

Το Ce αναφέρεται στη συγκέντρωση ισορροπίας του εν λόγω προσροφητικού,

Το Qe αναφέρεται στην ικανότητα προσρόφησης που απορροφάται σε κατάσταση ισορροπίας,

Το Qm αναφέρεται στη μέγιστη ικανότητα προσρόφησης,

Το KL αναφέρεται στη σταθερά προσρόφησης Langmuir.

Langmuir Constant

Η σταθερά Langmuir αναφέρεται συνήθως ως K. Υποδεικνύει το επίπεδο αλληλεπίδρασης μεταξύ της επιφάνειας και του προσροφήματος. Εάν η τιμή αυτής της σταθεράς είναι μεγαλύτερη, υποδηλώνει μια ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ του προσροφητικού και του προσροφητικού. Από την άλλη πλευρά, το K που έχει μικρότερη τιμή υποδηλώνει ασθενέστερη αλληλεπίδραση μεταξύ της επιφάνειας και του προσροφήματος.

Θέση της ισορροπίας

Η θέση της ισορροπίας εξαρτάται από τους παράγοντες που αναφέρονται παρακάτω:

1. Η σχετική σταθερότητα των ειδών αέριας φάσης και των προσροφημένων μορίων.
2. Η θερμοκρασία του εν λόγω συστήματος (τόσο η επιφάνεια όσο και το αέριο).
3. Η πίεση του αερίου υπολογίζεται πάνω από την επιφάνεια.

Παραγωγή Θεμάτων Ισορροπίας

Η ισόθερμη Langmuir προέρχεται από την αντιμετώπιση της διαδικασίας προσρόφησης όπως οποιαδήποτε άλλη διαδικασία ισορροπίας. Ωστόσο, το εξαιρετικό γεγονός σε αυτήν την περίπτωση είναι ότι η ισορροπία συμβαίνει μεταξύ των μορίων της αέριας φάσης και των ειδών που προσροφούνται στην επιφάνεια που περιλαμβάνει επίσης τις κενές επιφανειακές θέσεις.

Αυτή η ισορροπία βρίσκεται πάντα σε μια δυναμική φάση. Σημαίνει ότι η ισορροπία αντιπροσωπεύει μια κατάσταση στην οποία ο ρυθμός εκρόφησης των μορίων αντισταθμίζει το ρυθμό προσρόφησης των μορίων. Σύμφωνα με το μοντέλο του Langmuir Adsorption Isotherm, τόσο η εκρόφηση όσο και η προσρόφηση είναι εύκολα αναστρέψιμες διεργασίες.

Επιπλέον, αυτό το μοντέλο είναι επίσης υπεύθυνο για την εξήγηση των επιπτώσεων της πίεσης στο περιβάλλον. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το προσροφητικό υποτίθεται ότι είναι μια ιδανική στερεά επιφάνεια. Αποτελείται από διακριτές θέσεις που είναι ικανές να συγκρατούν το προσροφημένο μαζί. Αυτή η δέσμευση αντιμετωπίζεται ως μια τέλεια χημική αντίδραση που συμβαίνει μεταξύ των αέριων μορίων και μιας θέσης προσρόφησης που είναι συνήθως άδεια.

Το πιο σημαντικό πράγμα που πρέπει να έχετε κατά νου εδώ είναι ότι η Ισόθερμη προσρόφησης Langmuir ισχύει μόνο για προσρόφηση μονοστιβάδας. Επιπλέον, αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε μια ομοιογενή επιφάνεια όταν υπάρχει μηδενική αλληλεπίδραση μεταξύ των ήδη προσροφημένων ειδών. Αν και αυτή η διαδικασία ήταν προηγουμένως κατάλληλη για την περιγραφή μόνο της διαδικασίας χημειορόφησης, τώρα ακολουθείται σε πολλά συστήματα, τα περισσότερα από τα οποία έχουν μέτρια χαμηλή κάλυψη.

Περιορισμοί των Ισόθερμων Προσρόφησης Langmuir

• Το προσροφημένο αέριο απαιτείται για να συμπεριφέρεται ιδανικά στη φάση ατμού. Επιπλέον, αυτή η προϋπόθεση μπορεί να εκπληρωθεί μόνο υπό χαμηλή πίεση.

• Οι ισόθερμες προσρόφησης Langmuir υποθέτουν ότι η προσρόφηση είναι μονοστιβάδα. Ωστόσο, αυτός ο σχηματισμός είναι επίσης δυνατός μόνο υπό χαμηλή πίεση. Αυτή η υπόθεση καταρρέει εντελώς υπό υψηλή πίεση. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μόρια αερίου έλκονται μεταξύ τους.

• Η υπόθεση που ισχύει σε αυτήν την εξίσωση είναι ότι όλες οι θέσεις που υπάρχουν στη στερεά επιφάνεια είναι ίσες σε σχήμα και μέγεθος. Θεωρείται επίσης ότι έχουν ίση συγγένεια για τα μόρια που προσροφούνται. Με άλλα λόγια, η επιφάνεια ενός στερεού θεωρείται ομοιογενής. Ωστόσο, είναι ετερογενής.

• Αυτή η εξίσωση υποθέτει επίσης ότι τα μόρια δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει επειδή όλα τα μόρια έχουν τουλάχιστον μια ασθενή δύναμη έλξης που υπάρχει μεταξύ τους.

• Περαιτέρω προϋποθέτει ότι τα προσροφημένα μόρια πρέπει να εντοπιστούν. Ωστόσο, αυτό δεν είναι αλήθεια, καθώς η ρευστοποίηση της προσρόφησης των αερίων έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της τυχαιότητας. Ωστόσο, η τιμή που παραμένει δεν είναι μηδέν.

Συμπέρασμα

Οι Ισόθερμες Προσρόφησης Langmuir βασίζονται σε μια απλή υπόθεση. Αυτή η θεωρία υποστηρίζει ότι υπάρχει μια ομοιογενής κατανομή των αντιδρώντων ομάδων στην επιφάνεια του σωματιδίου. Επιπλέον, καμία πλευρική αλληλεπίδραση δεν συμβαίνει μεταξύ αυτών των ομάδων. Έτσι, είναι δυνατό να ληφθούν μόνο ημι-εμπειρικές παράμετροι.

Αυτό το μοντέλο εξηγεί τη διαδικασία της προσρόφησης με μια άλλη βασική υπόθεση:ότι το προσροφημένο συμπεριφέρεται πάντα σαν ένα ιδανικό αέριο σε ισοθερμικές συνθήκες. Ένα σημαντικό γεγονός για το Langmuir Adsorption Isotherm είναι ότι πάντα προϋποθέτει προσρόφηση μονοστιβάδας. Οι παραπάνω σημειώσεις του υλικού μελέτης σχετικά με τις Ισόθερμες προσρόφησης Langmuir θα σας βοηθήσουν να κατανοήσετε λεπτομερώς ολόκληρη τη διαδικασία ισορροπίας.