Энергия активации десорбции

Энергия активации десорбции Е_d связана с теплотой адсорбции и энергией активации адсорбции следующим уравнением:

E_d = q_хим + E_ (4.72)

Поскольку адсорбция всегда экзотермична, Е_d не равна 0 даже в предельном случае, когда E_ = 0. Следовательно, десорбция - процесс всегда активированный.

Для неактивированной адсорбции изменение Е_d с заполнением определяется исключительно изменением q_хим. и так же, как q_хим., она преимущественно падает с ростом . Для активированной адсорбции этот эффект менее выражен: здесь накладываются два взаимно компенсирующихся явления - увеличение Е_a и уменьшение q_хим..

Расчеты энергии активации десорбции производят на основе опытных величин скоростей десорбции с помощью уравнений Аррениуса:

и Поляни - Вигнера [17]:

, (4.73 )

где _s - частичное заполнение поверхности при температуре T; t - время;  - фактор частоты; n - порядок реакции; E_d - энергия активации десорбции.

Рис. 4.18. Зависимость энергии активации адсорбции во­дорода (1а, 2а, За),

кислорода (1 б, 2 б, 3 б) и СО (4, 5, 6) на GaAs (l a, 1 б, 4),

ZnSe (2 а, 2 б, 5), CuBr (З а, 3 б, 6) от заполнения поверхности

Интегрирование последнего в случае программированного нагрева дает следующие уравнения:

для 1-го порядка десорбции; (4.74)

для 2-го порядка десорбции, (4.75)

где - первоначальное заполнение поверхности (рис. 4.19).

а б

в

Рис. 4.19. Термохроматограмма водорода, адсорбированного на ZnSe (а); спектры термодесорбции СО (1), Н₂ (2), CO₂ (3) с поверхности ZnTe (б); кинетический анализ термодесорбции Н₂ (1, 2), СО (3, 4), СО₂ (5,6) на ZnTe (в)

О роли и характеристиках поверхности, пористой структуре адсорбентов, теориях и методах исследования адсорбции газов и паров см. в [2].

Тестовые задания Вариант 1

1. Адсорбция есть:

а) сорбция, представляющая группу разнородных явлений;

б) сгущение, концентрирование вещества (молекул, атомов, ионов) на границе раздела соприкасающихся фаз;

в) сорбция газа (или растворенного вещества) за счет его проникновения в массу сорбента, приводящая, как правило, к образованию жидкого или твердого раствора;

г) вторичное явление, происходящее под действием капиллярных сил?

2. При прямых, непосредственных измерениях теплот адсорбции применяют:

а) изотермические и адиабатические калориметры; б) термостаты;

в) электрофотоколориметры; г) вакуумные установки?

3. Наиболее распространенным уравнением кинетики адсорбции на равномернонеоднородных поверхностях является уравнение:

а) Бэнхема-Барта  ;

б) Рогинского-Зельдовича-Еловича a = K¹exp(-q ) и соответственно

 = K¹ln (t + t₀);

в) Квана d /dt = K₁ P^-m – K₂  ⁿ ;

г) химической реакции первого порядка ln P₀/P = Kt ?

4. Адсорбционные процессы:

а) всегда эндотермичны; б) всегда экзотермичны;

в) могут быть как экзотермическими, так и эндотермическими, в зависимости от природы системы «адсорбент-адсорбат»;

г) не сопровождаются тепловыми эффектами?

5. Из известных факторов, определяющих скорость адсорбции, важнейшим является:

а) общее число столкновений молекул с поверхностью;

б) вероятность столкновения молекул газа с достаточно активными центрами;

в) энергия активации адсорбции;

г) коэффициент конденсации ?

6. С ростом степени заполнения поверхности ( = /_max) энергия активации адсорбции:

а) растет; б) падает; в) изменяется экстремально;

г) растет или падает, в зависимости от природы системы «адсорбент-адсорбат»?

7. Разные виды неоднородности поверхности, приводящие к различиям поверхностных электронных уровней и к отличающимся друг от друга значениям работы выхода электрона участков поверхности, являются причинами такой неоднородности поверхности как:

а) химическая; б) индукционная; в) электронная;

г) энергетическая?

8. В известном методе определения удельной поверхности (S_уд) твердых тел, основанном на измерении низкотемпературных изотерм адсорбции газов, используется формула S_уд = _m  N_A 10^-23 (_m – емкость монослоя;  –площадь в А², занимаемая одной молекулой адсорбата в плотном мономолекулярном слое на поверхности адсорбента). Какая(ие) из входящих в нее величин определяется(ются) экспериментально:

а) _m ; б)  ; в) N_A ; г) _m и  ?

9. Применение квантово-механического подхода к описанию адсорбционных явлений привело к созданию теории адсорбции:

а) «кинетической» Лэнгмюра; б) «математической» С.З.Рогонского;

в) «электронной» Ф.Ф. Волькенштейна; г) «полимолекулярной» Поляни?

10. Теория полимолекулярной адсорбции справедлива применительно к:

а) химической адсорбции; б) физической адсорбции;

в) комбинированной адсорбции; г) капиллярной конденсации?