Газды атмосферамен байланыстағы қатты дене беті газ атомдары немесе молекулаларының моно- немесе полимолекулалық қабатымен тез қапталады. Бұл құбылыс – адсорбция. Қатты дене – адсорбент, газды фаза – адсорбат. Адсорбцияның екі түрі бар: физикалық және химиялық (хемосорбция).
Физикалық адсорбцияда адсорбцияланған атомдар немесе молекулалардың қабаты қатты дене бетінің атомдарымен әлсіз Ван-дер-Ваальс күштерімен байланысқан.
Физикалық адсорбцияның ерекшелігі – оның қайтымдылығы.
| 5.4-сурет. Қатты дене бетімен газ адсорбциясының изобаралары: 1 – физикалық адсорбция; 3, 4 – хемосорбция; 2 – адсорбцияның бір түрінен 2-не ауысу облысы |
5.4-суретте физикалық адсорбция изобарасы – 1 секунд уақытта 1 см бетпен адсорбцияланған газ мөлшерінің Q температураға тұрақты қысымдағы тәуелділігі – 1 қисықпен көрсетілген. Одан ерекшелігі 3, 4 қисықтар хемосорбцияны сипаттайды. 2-участок физикалық адсорбциядан хемосорбцияға ауысуын бейнелейді. Демек, екі адсорбцияны бір-бірінен бөлу қиын қандай да бір температуралар облысы бар.
Адсорбция әрқашан экзотермиялық процесс, адсорбция жылуы бөлінеді:
Адсорбент (кр.) + адсорбат (г.) .
Әлсіз атомдық әсерлесулерден физикалық адсорбцияның энтальпия мәні шамалы 10 ккал/моль. Физикалық адсорбция оңай қайтымды болғандықтан, газдың адсорбцияланған қабаты да басқа газбен оңай алмасады. Бұл – алмасу адсорбциясы. Газдың қайнау нүктесі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым оңай адсорбцияланады, яғни, онай сұйыққа айналады. Мысалы, СО және кейбір көмірсутек молекулалары, Н2, N2, СО адсорбцияланған қабаттарын оңай ығыстрады. Инертті газдар нашар адсорбцияланады.
Адсорбция процесі адсорбент пен адсорбат арасында адсорбциялық тепе-теңдік орнауымен аяқталады. Тепе-теңдіктің жалпы шарты – екі фазаның да химиялық потенциалдарының тепе-теңдігі. Бұл тепе-теңдік қозғалмалы, яғни берілген уақыт аралығында берілген бетте адсорбцияланатын молекулалар (атомдар) саны осы уақыт аралығында осы беттен десорбцияланатын молекулалар (атомдар) санына тең. Адсорбциялық тепе-теңдік жағдайында беттің газ бөлшектерімен толу дәрежесі тұрақты болады. -тің температураға тәуелдігі – адсорбция изобарасы, қысымға тәуелділігі – адсорбция изотермасы.
Тұрақты температурада қысым өскенде, толу дәрежесі өседі, берілген қысымда температура өскенде, ол кемиді (5.5-сурет). Лэнгмюр изотермасы 5.5-суретте берілген. Онда берілген температурада қатты дене бетінде мономолекулалық қабатқа сәйкес қанығу тән. Температураның жоғарылауы толу дәрежесін төмендетеді, яғни қарқынды десорбция есебінен адсорбцияны әлсіретеді. Лэнгмюр изотермасының теңдеуі:
, мұндағы - адсорбцияланған атомдармен толған бет ауданы; - толық бет.
| 5.5 сурет,а. Бірқабатты (а) және көпқабатты (б) адсорбция изотермалары. М –моноқабаттың толуы. |