§ 2.2. Время адсорбции

 Минимальным временем адсорбции можно считать период колебания молекулы в потенциальной яме. Это время то=Ю~13 с можно считать приблизительно одинаковым для всех молекул газа. Время адсорбции определяется теплотой адсорбции и может быть рассчитано по формуле Френкеля:  

  где Qa — теплота адсорбции. Время адсорбции основных составляющих воздуха (Qa = 20-106 Дж/кмоль) при комнатной температуре составляет ~ 10~10 с, а при температуре жидкого азота ~ 1 с (рис. 2.3). Для паров воды и масел теплота физической адсорбции ~80-10⁶ Дж/кмоль, что соответствует времени адсорбции 10² с при Т=293 К и 1043 с при 7=77 К-Гелий имеет теплоту адсорбции 2-10⁶ Дж/кмоль, а время его адсорбции даже при Т—77 К близко к минимальному 10^-13 с. Поглощение Не на гладких поверхностях становится заметным только при Т<4 К.  

Для хемосорбции при теплотах адсорбции более 100-10⁶ Дж/ кмоль время адсорбции настолько велико, что адсорбционные процессы при комнатной температуре становятся необратимыми при изменении давления газа над поверхностью адсорбента. Вернуть систему в первоначальное состояние можно лишь повышением температуры. При физической адсорбции время адсорбции мало и наблюдается обратимость количества поглощенного газа в зависимости от давления в газовой фазе.

Время перехода молекулы на поверхности из одной потенциальной ямы в другую называется временем миграции tм и определяется, как и время адсорбции, соотношением

где Q_M— теплота миграции.

Для больших тм молекулы газа локализованы и не перемещаются по поверхности твердого тела.

Число скачков, которые совершит молекула за время адсорбции, определяется соотношением

Средний путь, который проходит молекула за время адсорбции в веществе, имеющем кристаллическую решетку,

где А — постоянная решетки.

  Например, за время адсорбции молекула газа, имеющая теплоту адсорбции Qa = 80-10⁶ Дж/кмоль, при Т=293 К по поверхности тела с идеальной кубической решеткой (А=0,5 нм и z= 0,5) совершит число скачков N„=2,5-10⁷, что соответствует пути L_M=1,25 см. При наличии дефектов поверхности в виде щелей и трещин этот путь может быть значительно больше.