Ισόθερμες προσρόφησης Freundlich και Langmuir

Η προσρόφηση συμβαίνει όταν ένα υγρό ή αέριο σωματίδιο προσκολλάται στην επιφάνεια ενός προσροφητικού, προκαλώντας την ανάπτυξη ατομικού στρώματος στο προσροφητικό. Αυτό διαφέρει από την απορρόφηση, κατά την οποία η διαλυμένη ουσία διαχέεται στο στερεό και όχι στην επιφάνειά του. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε τους διάφορους όρους και νόμους που σχετίζονται με αυτό. Η συγκέντρωση του προσροφητικού αυξάνεται αποκλειστικά στην επιφάνεια του προσροφητικού κατά την προσρόφηση. Οι ισόθερμες προσρόφησης έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά χρήσιμες σε μελέτες που αφορούν την προστασία του περιβάλλοντος και τις στρατηγικές προσρόφησης. Οι ισόθερμες Freundlich και Langmuir είναι οι δύο βασικές προσεγγίσεις για την εκτίμηση της ικανότητας προσρόφησης μιας συγκεκριμένης ουσίας.

Ισοθερμία προσρόφησης

Ορισμός

Παράδειγμα

Προσρόφηση νερού – Σε αυτούς τους κλάδους, η προσρόφηση νερού στις επιφάνειες είναι ζωτικής σημασίας. Η παρουσία φυσικώς ή χημικά προσροφημένου νερού στις επιφάνειες των στερεών αναφέρεται ως προσρόφηση νερού, γνωστή και ως επιφανειακή ενυδάτωση. Αυτό είναι σημαντικό για τον έλεγχο των χαρακτηριστικών διεπαφής, των οδών χημικής αντίδρασης και της καταλυτικής απόδοσης σε μια σειρά συστημάτων. Στην περίπτωση του φυσικώς προσροφημένου νερού, η επιφανειακή ενυδάτωση συνήθως απομακρύνεται με τη διαδικασία ξήρανσης, η οποία συμβαίνει σε συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης και έχει ως αποτέλεσμα την ολική εξάτμιση του νερού. Το χημικά προσροφημένο νερό μπορεί να ενυδατωθεί με διασπαστική προσρόφηση ή μοριακή προσρόφηση.

Ισόθερμες προσρόφησης Freundlich

Ο Freundlich, ένας Γερμανός φυσικός, πρότεινε μια εμπειρική σύνδεση μεταξύ της ποσότητας αερίου που προσροφάται από μια μονάδα μάζας στερεού προσροφητικού και της πίεσης σε μια δεδομένη θερμοκρασία το 1909. Συμβολίζεται με την ακόλουθη εξίσωση.

x/m =k.P1/n (n> 1)

Όπου «x» είναι η μάζα του αερίου που προσροφάται στη μάζα προσροφητικού «m» στην πίεση «P». Τα «k» και «n» είναι σταθερές που ποικίλλουν ανάλογα με το προσροφητικό και το αέριο σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Για να αποδειχθεί η σύνδεση, η μάζα του αερίου που προσροφάται ανά γραμμάριο προσροφητικού υλικού απεικονίζεται σε γραφική παράσταση έναντι της πίεσης σε σχήμα καμπύλης.

Η φυσική προσρόφηση μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας σε σταθερή πίεση. Σε υψηλή πίεση, οι καμπύλες φτάνουν σε κορεσμό. Πάρτε το αρχείο καταγραφής της παραπάνω εξίσωσης

log x/m =log k + 1/n log P

Δοκιμή εγκυρότητας

Μπορούμε να σχεδιάσουμε το log x/m στον άξονα y και το log P στον άξονα x για να ελέγξουμε την εγκυρότητα της ισόθερμης Freundlich. Η ισόθερμη Freundlich είναι έγκυρη εάν το διάγραμμα δείχνει μια ευθεία γραμμή. αλλιώς δεν είναι. Η κλίση της ευθείας είναι ίση με 1/n, αλλά η τομή στον άξονα y ισούται με log k.

Ισοθερμίες προσρόφησης Langmuir

Ο Langmuir πρότεινε την έννοια της προσρόφησης αερίου στην επιφάνεια ενός στερεού να σχηματίζεται από στοιχειώδεις θέσεις, καθεμία από τις οποίες θα προσρόφησε ένα αέριο. Όλες οι θέσεις προσρόφησης πιστεύεται ότι είναι ίσες και η ικανότητα ενός μορίου αερίου να προσκολλάται σε οποιαδήποτε τοποθεσία είναι ανεξάρτητη από το εάν οι γειτονικές θέσεις είναι κατειλημμένες ή όχι. Επιπλέον, πιστεύεται ότι τα προσροφημένα και τα μη προσροφημένα μόρια αερίου βρίσκονται σε δυναμική ισορροπία.

Η ακόλουθη εξίσωση απεικονίζει το μοντέλο προσρόφησης Langmuir:

Ce/qm=1/Klqmax+Ce/qmax

Ce (mg L-1) και qm (mg g-1) είναι οι συγκεντρώσεις των μορίων σε ισορροπία και η ποσότητα των προσροφημένων μορίων στην επιφάνεια του προσροφητικού ανά πάσα στιγμή, αντίστοιχα. Στην παραπάνω εξίσωση, Η μέγιστη ικανότητα προσρόφησης (mg g-1) αντιπροσωπεύεται από qmax, ενώ η σταθερά Langmuir (L mg-1) αντιπροσωπεύεται από KL.

Εφαρμογή Ισόθερμης Προσρόφησης

Μάσκες αερίων:Για την απορρόφηση επιβλαβών αερίων, οι ανθρακωρύχοι χρησιμοποιούν συχνά μάσκες αερίων (μια συσκευή που αποτελείται από ενεργό άνθρακα ή ένα μείγμα προσροφητικών ουσιών).
Έλεγχος υγρασίας:Προσροφητικά όπως πηκτώματα πυριτίου και αλουμινίου χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή υγρασίας και τη ρύθμιση της υγρασίας.
Αφαιρεί το χρώμα από το διάλυμα:Ο ζωικός άνθρακας εξαλείφει τα χρώματα από τα διαλύματα απορροφώντας έγχρωμους ρύπους.
Θεραπεία ασθενειών:Πολλά φάρμακα χρησιμοποιούνται στη θεραπεία ασθενειών για να σκοτώσουν τα μικρόβια με το να γίνουν προσροφητικά πάνω τους.
Επίπλευση με αφρό:Ένα θειούχο μετάλλευμα χαμηλής ποιότητας συμπυκνώνεται με διαχωρισμό του από πυρίτιο και άλλα γήινα υλικά χρησιμοποιώντας λάδι πεύκου και αφριστικό.
Δείκτες προσρόφησης:Επιφάνειες ορισμένων ιζημάτων, όπως αλογονίδια αργύρου, προσροφώντας βαφές όπως ηωσίνη, φλουορεσκεΐνη και άλλα, με αποτέλεσμα ένα μοναδικό χρώμα στο άκρο.
Χρωματογραφική ανάλυση:Η χρωματογραφική ανάλυση, η οποία βασίζεται στο φαινόμενο της προσρόφησης, έχει πολλές εφαρμογές σε αναλυτικούς και βιομηχανικούς τομείς.

Συμπέρασμα

Η ποσότητα της προσρόφησης αερίου ανά μονάδα μάζας προσροφητικού εξαρτάται από την πίεση του αερίου. Η σχέση μεταξύ της ποσότητας του προσροφητικού σε σταθερή θερμοκρασία και της πίεσης (ή της συγκέντρωσης για ένα διάλυμα) του αερίου ισορροπίας είναι γνωστή ως Ισόθερμη προσρόφησης. Ο Freundlich, ο οποίος ήταν Γερμανός φυσικός, πρότεινε μια εμπειρική σύνδεση μεταξύ της ποσότητας αερίου που προσροφάται από μια μονάδα μάζας στερεού προσροφητικού και της πίεσης σε μια δεδομένη θερμοκρασία το 1909. Όλες οι θέσεις προσρόφησης πιστεύεται ότι είναι ίσες και η ικανότητα ενός μορίου αερίου να προσκολλάται σε οποιαδήποτε τοποθεσία είναι ανεξάρτητη από το εάν οι γειτονικές τοποθεσίες είναι κατειλημμένες ή όχι.