朗格缪尔的研究认为固体表面的原子或分子存在向外的剩余价力,它可以捕捉气体分子。这种剩余价力的作用范围与分子直径相当,因此吸附剂表面只能发生单分子层吸附。
解题所以,假定条件为:
① 吸附剂表面性质均一,每一个具有剩余价力的表面分子或原子吸附一个气体分子;
② 气体分子在固体表面为单层吸附;
③ 吸附是动态的,被吸附分子受热运动影响可以重新回到气相;
④ 吸附过程类似于气体的凝结过程,脱附类似于液体的蒸发过程。达到吸附平衡时,吸附速度等于脱附速度;
⑤ 气体分子在固体表面的凝结速度正比于该组分的气相分压;
⑥ 吸附在固体表面的气体分子之间无作用力。
设吸附剂表面覆盖率为θ,则θ可以表示为:
θ=q/qm
式中:qm—吸附剂表面所有吸附点均被吸附质覆盖时的吸附量,即饱和吸附量
气体脱附速率与θ成正比,可以表示为kdθ,气体的吸附速率与剩余吸附面积(1-θ)和气体分压成正比,可以表示为kap(1-θ)。
吸附平衡时,吸附速率与脱附速率相等,则:
θ/(1-θ)=(ka/kd)p
式中:ka—吸附速率常数
kd—脱附速率常数
上式整理后,可得单分子层吸附的朗格缪尔(Langmuir)方程:
q=kpqm/(1+kp)
式中:k—Langmuir平衡常数,K=Ka/Kd.
Langmuir平衡常数k,与吸附剂和吸附质的性质以及温度有关,其值越大,表示吸附剂的吸附性能越强。
该方程较好地描述了低、中压力范围的吸附等温线。当气体中吸附质分压较高,接近饱和蒸汽压时,该方程产生偏差。这是由于这时的吸附质可以在微细的毛细管中冷凝,单分子层吸附的假设不成立的缘故。