III. XÚC TÁC DỊ THỂ
5 Sự hấpphụ đẳng nhiệt
B. Ðường đẳng nhiệt hấp phụ Pheundelich
Lượng chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ pha rắn phụ thuộc vào bản chất hấp phụ và bị hấp phụ, vào nồng độ của chất bị hấp phụ ở trong pha khu trú và còn vào áp suất và nhiệt độ.
Ðể đặc trưng cho sự hấp phụ chất cho trước, người ta thường sử dụng sự đẳng nhiệt hấp phụ. Ðó là các dạng đường cong ứng với nhiệt độ không đổi, gắn liền với lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ, phụ thuộc vào sáp suất chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng, khi nó là khí, hoặc phụ thuộc vào nồng độ mol của nó, khi nó là một hợp phần của chất lỏng.
Phương trình (9.51) có dạng đặc trưng chung cho quá trình hấp phụ. Thường nó được thỏa mãn cho trường hợp pha lỏng so với pha khí.
Trên hình (9.8) ta thấy: đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundelich có ba đoạn.
Hình 9.8: Ðường đẳng nhiệt hấp phụ Freundelich.
Ý nghĩa vật lý của ba đoạn thẳng trên.
Ở nồng độ bề mặt không lớn, khi làm tăng nồng độ chất bị hấp phụ trên pha khu trú cho đến lúc tất cả các vị trí hoạt động (có khả năng liên kết với chất bị hấp phụ) đều bị chiếm. Lúc đó bề mặt chất hấp phụ được bảo hòa bằng chất bị hấp phụ.
Chúng ta cho rằng, trên bề mặt tiếp xúc diễn ra quá trình hóa học đơn phân tử, trong đó chất phản ứng là chất phản ứng bề mặt và giai đoạn này là giai đoạn quyết định tốc độ của toàn bộ quá trình hấp phụ. Có thể tiến hành đo nồng độ chất bị hấp phụ trong pha lỏng khu trú. Nếu trạng thái cân bằng hấp phụ tương ứng với
giai đoạn 1 của đường đẳng nhiệt thì phương trình động học thực nghiệm sẽ là bậc nhất, trong trường hợp đoạn 2 bậc là phân số, còn đoạn 3 bậc không (tất cả đều đối với nồng độ trong pha lỏng). Khi bậc phản ứng là bậc không thì tốc độ hấp phụ không phụ thuộc vào nồng độ chất bị hấp phụ nữa.
Nếu nhiệt độ tương ứng với sự hấp phụ đẳng nhiệt là thấp hơn nhiệt độ kết tinh của chất bị hấp phụ, thì dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ có khác với dạng ở hình (9.8) và dạng này cho ở hình (9.9). Ở vùng áp suất thấp của hơi bảo hòa chất bị hấp phụ khí, nồng độ bề mặt tăng rấtnhanh theo quy luật hàm số mũ (dạng 4) (tạo ra lớp có bề dày nhiều phân tử bao bọc bề mặt).
Hình 9.9: Ðường đẳng nhiệt hấp phụđối với trường hợp bao bọc bề mặt.
C. Thuyết Langmuir về sự hấp phụ
Langmuir người đưa ra lý thuyết hấp phụ (1916) và phương trình hấp phụ đẳng nhiệt.
Cho rằng, chất bị hấp phụ tạo ra trên bề mặt chất hấp phụ lớp hấp phụ, cấu tạo của nó phức tạp. Lớp này thường có nhiều phân tử, các phân tử này gắn với chất hấp phụ sẽ liên kết với những phân tử xa hơn. Do đó, xảy ra sự tương tác giữa các phân tử trong lớp. Thuyết của Langmuir chỉ để ý đến một lớp trong số cấu tạo lớp hấp phụ có thể. Langmuis cho rằng, lớp hấp phụ chỉ là lớp đơn phân tử với nhau. Mẫu như thế thì rất đơn giản. Nó không phù hợp với thực tế cấu tạo lớp.
Theo Langmuir nồng độ tương đối lớn của chất bị hấp phụ trong pha lỏng làm cho bảo hòa bề mặt chất hấp phụ. Trong trường hợp nồng độ thấp hơn chỉ có một phần vị trí hoạt động.