Уравнение адсорбции Гиббса

Адсорбция - это самопроизвольно протекающий поверхностный процесс, при котором концентрирование веществ на поверхности раздела фаз происходит до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между процессами адсорбции и десорбции.

Если обратиться к основам химической термодинамики, то становится очевидным, что самопроизвольный равновесный процесс протекает, когда имеет место уменьшение энергии Гиббса.

Уравнения адсорбции Гиббса для изобарного процесса

После простейших преобразований изменение энергии Гиббса может быть записано в следующем виде:

Для самопроизвольных процессов изменение энергии Гиббса меньше нуля, а значит можно записать следующее уравнение:

Интенсивность любого физико-химического процесса, к которым относится адсорбция, определяется химическими потенциалами веществ в объеме и на поверхности раздела фаз.

Адсорбция будет происходить до тех пор, пока не будут достигнуты равновесные условия, характеризующиеся выравниванием химических потенциалов.

Следовательно, адсорбция - это процесс выравнивания химических потенциалов, который приводит к повышению концентрации компонентов на границе раздела фаз в сравнении с их концентрацией в объеме.

Уравнения адсорбции Гиббса для изобарно-изотермического процесса

Если состав поверхностного слоя неизменный, то можно записать следующее уравнение:

Вычислив полный дифференциал от переменных данного уравнения получим:

Если вычесть из полученного уравнения уравнение адсорбции Гиббса для изобарно-изотермического процесса, то получим следующее уравнение:

Данное уравнение может быть преобразовано в фундаментальное уравнение адсорбции Гиббса:

Если адсорбируется один компонент или вещество, то уравнение может быть упрощено:

Из фундаментального уравнения адсорбции Гиббса можно сделать следующий вывод: при адсорбции по мере изменения химического потенциала происходит самопроизвольное снижение удельного поверхностного натяжения.

Адсорбция определяется избытком концентрации адсорбтива [с] и обусловлена изменением поверхностного натяжения [σ], которое зависит от температуры.

Все величины, определяющие адсорбцию, взаимосвязаны:

Адсорбция одного i-го компонента из смеси веществ определится из соотношения:

Адсорбция одного компонента i есть частная производная от поверхностного натяжения (удельной свободной поверхностной энергии) по изменению химического потенциала при постоянных химических потенциалах других компонентов.

Для нахождения химического потенциала применим следующее уравнение:

Если адсорбтив является сильным электролитом и его концентрация значительна, то вместо концентрации в этом уравнении следует использовать активность [а].

При постоянном значении стандартного химического потенциала адсорбтива, после дифференцирования уравнения получится соотношение:

После подстановки значения изменения равновесного химического потенциала адсорбтива получим:

Сформулированное уравнение связывает между собой основные параметры, характеризующие адсорбцию (Г, с, Т и σ), и определяет результат самопроизвольного процесса за счет снижения поверхностного натяжения.

Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите регулярно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.