Теория адсорбции Ленгмюра.

Чтобы получить теоретическую изотерму адсорбции, описывающую широкую область концентраций, необходимо использование представлений о механизме адсорбции и конкретных моделей. Адсорбция рассматривается как квазихимическая реакция между адсорбатом и адсорбционными центрами поверхности адсорбента.  В этом заключается основная идея адсорбционной теории Ленгмюра, которая явилась фундаментальным вкладом в учение об адсорбции. Ограниченность поверхности адсорбента приводит к ее адсорбционному насыщению по мере увеличения концентрации распределяемого вещества.  Ленгмюр исходил из следующих предпосылок:

1) адсорбция происходит под действием сил, близких по своей природе к полностью химическим;

2) адсорбция полностью не происходит на абсолютно всей поверхности адсорбента, а лишь на отдельных участках - активных центрах (это - углы и ребра кристаллов, впадины и выступы на поверхности, дефекты кристаллической решетки на поверхности кристалла);

3) активный центр способен адсорбировать только одну молекулу;

4) адсорбированная молекула может переходить в газовую фазу, а ее место может занять другая молекула;

5) молекулы газа на поверхности адсорбента не взаимодействуют друг с другом.

Для получения уравнения изотермы обратимся к основному положению теории Ленгмюра. Примем, что при адсорбции происходит квазихимическая реакция между распределяемым компонентом и адсорбционными центрами поверхности:

↔              где  - адсорбционные центры поверхности; В - распределяемое вещество;  - комплекс, образующийся на поверхности.

По мере увеличения концентрации (давления) вещества В  реакция сдвигается в сторону образования комплекса и свободных адсорбционных центров становится меньше. Константа адсорбционного равновесия равна

где А - величина адсорбции вещества В; A¥  - емкость адсорбционного монослоя, или число адсорбционных центров, приходящихся на единицу площади поверхности (или на единицу массы адсорбента); А0 - число оставшихся свободными адсорбционных центров, приходящихся на единицу площади поверхности (или на единицу массы адсорбента).

Подставляя уравнения (IX.7) в уравнение (IX.6), получим:

Опуская индекс при обозначении концентрации адсорбата СВ , после простых преобразований окончательно имеем:

          уравнением изотермы мономолекулярной адсорбции Ленгмюра