Полимолекулярная адсорбция

Если адсорбция протекает с образованием полимолекулярного адсорбционного слоя, то изотерма адсорбции отличается от ленгмюровской (рис. 16) и имеет более сложный вид (рис. 17).

С. Брунауэр, П. Эммет и Е. Теллер (1935–1940) создали теорию полимолекулярной адсорбции (сокращенно – теорию БЭТ). Используя ряд положений теории Ленгмюра, они сделали дополнительное допущение о возможности образовании на поверхности адсорбента комплексов между адсорбционным центром и одной, двумя, тремя и большим числом молекул адсорбента. В этой теории процесс адсорбции рассматривается как ряд последовательных квазихимических реакций со своими константами равновесия. На активных центрах поверхности адсорбента могут образоваться конденсированные полимолекулярные слои.

Рис. 16. Изотерма адсорбции Ленгмюра

Рис. 17. Изотерма полимолекулярной адсорбции

Согласно теории БЭТ при температуре ниже критической каждая молекула, адсорбированная в первом слое, является активным центром для молекул, образующих второй слой адсорбата, а дифференциальная теплота адсорбции q_а во всех слоях, кроме первого, равна теплоте конденсации Δ Н _к. В результате авторами было получено уравнение изотермы адсорбции теории БЭТ:

,

(42)

где с = exp[(q_a – Δ Н _к)/ RT ] и а _∞ – константа, р – равновесное и давление адсорбата.

Уравнение (42) в координатах а – p/p_s соответствует s-образной кривой, а в координатах p/p_s – – прямой линии (рис. 18). При 0, 05 < p/p_s< 0, 30 по наклону этой прямой можно графически определить предельную адсорбцию а _∞ . Теория БЭТ позволяет также определить площадь, занимаемую одной молекулой адсорбата в адсорбционном слое (уравнение 27).

Рис. 18. Изотерма полимолекулярной адсорбции в линейном виде

Уравнение полимолекулярной адсорбции широко применяется для определения удельной поверхности адсорбентов.