Уравнение изотермы адсорбции Гиббса

В том случае, когда в системе находится два и более компонента, их концентрации на границе фаз (например, «газ – жидкость») и в объеме (например, в растворе) отличаются. В связи с этим вводится величина адсорбция, которая равна поверхностному избытку вещества на 1 единице поверхности межфазной границы. Адсорбция Г, как впервые показал в 1878 г. Гиббс, связана с поверхностным натяжением раствора уравнением

,

(19)

где с – концентрация вещества в объеме раствора.

Адсорбция является поверхностным процессом, который заключается во взаимодействии молекул или ионов адсорбата (газа или растворенного вещества) с поверхностью адсорбента за счет сил Ван-дер-Ваальса, водородных связей, электростатических сил.

В таком варианте это уравнение применимо при малых концентрациях адсорбирующегося вещества, когда коэффициент активности можно считать равным 1.

Простых методов прямого определения адсорбции растворенного вещества в адсорбционном слое на подвижных границах раздела не существует. Однако на поверхностях раздела " жидкость – газ" и " жидкость – жидкость" может быть точно измерено поверхностное натяжение и его зависимость от концентрации растворенного вещества. Далее, используя уравнение (19), легко рассчитать величину адсорбции.

Если поверхностное натяжение выражено в Дж/м², а газовая постоянная – в Дж/(К× моль), то адсорбция выражена в моль/м². Из уравнения Гиббса следует, что знак адсорбции определяется знаком производной ds / dс. Если адсорбция положительна, то, согласно уравнению (19), при с ₂ > с ₁, s ₂ < s₁, (ds / dс) < 0, Г > 0. При отрицательной адсорбции при с ₂> с ₁, s ₂ > s₁, (ds / dс) > 0, Г < 0.