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Adsorption nach LANGMUIR, FREUNDLICH und BET - Wie wertet man Adsorptions-Isothermen aus?

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Eine Adsorptionsisotherme ist eine Kennlinie
des Systems Adsorbens/Adsorptiv. Wenn wir eine Isotherme auswerten, können wir Informationen gewinnen - zum einen über die Wechselwirkung zwischen Adsorbat und Adsorbens und zum anderen über die Oberfläche des
Adsorptionsmittels. Zur Auswertung benötigen wir ein Modell der Adsorption. Für klassische Isothermen, die einer Sättigung zulaufen,
hat sich das LANGMUIR-Modell der Adsorption bewährt. LANGMUIR stellte zur Beschreibung der Adsorption folgende Gleichung auf: Oberflächenkonzentration a gleich Sättigungs-Oberflächenkonzentration a(unendlich) mal Konzentration [A] durch (K(L) + [A]). Das LANGMUIR-Modell ist eine Art "Parkplatz-Modell": Es gibt auf einer Oberfläche eine Reihe von Adsorptionsplätzen. Diese sind entweder belegt oder nicht belegt. Zwischen den Adsorbat-Teilchen bestehen
keine Wechselwirkungen. Jeder Adsorptionsplatz ist gleichwertig und es gibt keine Multilagen-Adsorption. Es gibt eine maximale Bedeckung (oder Belegung) a(unendlich) nämlich dann, wenn alle Parkplätze - alle Adsorptionsplätze belegt sind. Wenn man diese maximale
Belegung a(unendlich) kennt, kann man (vorausgesetzt, man kennt die Fläche eines Adsorbatteilchens) die spezifische Oberfläche des Adsorptionsmittels ausrechnen. Die LANGMUIR-Gleichung lässt sich ableiten, wenn man von einem dynamischen Gleichgewicht Adsorption <-> Desorption ausgeht. (Adsorptions-Geschwindigkeit = Desorptions-Geschwindigkeit) Die LANGMUIR-Isotherme lässt sich linearisieren (mathematisch gerade biegen): Eine Auftragung des Kehrwerts von a gegen den Kehrwert von [A] liefert eine Gerade (doppelt-inverse Auftragung) Der Achsenabschnitt dieser Geraden entspricht dem Kehrwert der Sättigungsbelegung a(unendlich), die Steigung der Geraden entspricht dem Quotienten LANGMUIR-Konstante K(L) durch Sättigungsbelegung a(unendlich). Eine weitere Möglichkeit, eine Isotherme zu modellieren ist die Anpassung an die FREUNDLICHsche
Formel a=alpha*[A]^beta Diese Isotherme zeigt keine Sättigungsbelegung. Die Kurve wird zwar immer flacher, aber strebt keinem Grenzwert zu. Zur Auswertung nach FREUNDLICH wird doppelt logarithmisch aufgetragen. Die linearisierte Isotherme besitzt den Achsenabschnitt ln(alpha) und die Steigung beta. Häufig hört die Adsorption nach Ausbildung einer Monolage nicht auf, sondern geht weiter. Dies führt zu S-förmigen Isothermen, die typisch für Multilagen-Adsorption sind. BRUNAUER, EMMETT und TELLER haben hierfür eine Art Standardmodell beschrieben - die sog. BET-Isotherme: Bei kleinen Konzentrationen [A] finden wir - genau wie bei LANGMUIR - Sub-Monolagen-Adsorption, dann folgt die Monoschicht (fast horizontale Tangente) und bei höherer Adsorptiv-Konzentrationen folgt Multilagen-Adsorption. Das BET-Modell ist eine Erweiterung des LANGMUIR-Modells: BET postulieren Parkplätze, die entweder belegt sind oder nicht belegt sind. auch hier sind alle Parkplätze sind energetisch gleichwertig und es bestehen keine Wechselwirkungen zwischen den adsorbierten Teilchen. BET erlauben aber
Multilagen-Adsorption, wobei die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Lagen unterschiedlich sind zu den Adsorptions-Wechselwirkungen (zwischen der ersten Lage und dem Adsorptionsmittel) Die BET-Isotherme wird durch diese Gleichung beschrieben. Durch geschickte Auftragung lässt sich auch aus dieser Funktion eine Gerade erhalten, aus deren Kenngrößen die Monolagenbedeckung a(mono) ermittelt werden kann. Analog zur LANGMUIR-Auswertung lässt sich auch aus der Monolagenbedeckung a(mono) die spezifische Oberfläche des Adsorbats erhalten. (durch Multiplikation mit der Fläche eines Adsorbatmoleküls) Bei der Adsorption (und deren Auswertung) kann es auf die Größe des adsorbierten Teilchens (Sondenmolekül) ankommen: Kleinen Sondenmolekülen gelingt es, auch in Mikroporen einzudringen. Diese Sondenmoleküle "sehen" eine größere Oberfläche als ein sperriges Sondenmolekül, welches nur in Makro- und Mesoporen eindringen kann. Daher ist es wichtig, bei der
Angabe von spezifischen Oberflächen immer sowohl Auswerte-Methode als auch Sondenmolekül
Sorption isotherm
Physical chemistry
Lecture/Conference
Adsorption
Adsorbens
Konzentration
Lecture/Conference
Adsorbens
Monolayer <Biologie>
Bearing (mechanical)
Lecture/Conference
Monoschicht
Lecture/Conference

Metadata

Formal Metadata

Title Adsorption nach LANGMUIR, FREUNDLICH und BET - Wie wertet man Adsorptions-Isothermen aus?
Title of Series Einführung in die Thermodynamik
Part Number 43
Author Lauth, Jakob Günter (SciFox)
Contributors Lauth, Anika (Medientechnik)
License CC Attribution - NonCommercial 3.0 Germany:
You are free to use, adapt and copy, distribute and transmit the work or content in adapted or unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor.
DOI 10.5446/15686
Publisher SciFox
Release Date 2013
Language German
Production Year 2013
Production Place Jülich

Content Metadata

Subject Area Physics, Chemistry
Keywords Physikalische Chemie
Thermodynamik

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