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Grundlagen der Adsorption

BET-Isotherme

Modellvorstellung

Bei der Langmuir'schen Isotherme wird vernachlässigt, dass die erste adsorbierte Schicht als Adsorptionszentrum für eine weitere Adsorption dienen kann, in der Regel kommt dann natürlich nur Physisorption in Frage.

Eine Isotherme, die diesen Effekt berücksichtigt, zeigt bei hohem Druck keine Sättigung, sondern steigt weiter an. Die am weitesten verbreitete Isotherme, die eine solche Mehrschichtadsorption beschreibt, ist die von Stephen Brunauer, Paul Emmett und Edward Teller eingeführte BET-Isotherme.

Bei der Herleitung der BET-Isotherme geht man wie bei der Langmuir-Isotherme von gleichwertigen Adsorptionsplätzen aus, die Adsorptionsenthalpie q1 ist für jedes in der ersten Schicht adsorbierte Teilchen gleich. Jedes in dieser ersten Schicht adsorbierte Teilchen dient wieder als ein möglicher Adsorptionsplatz für ein Molekül in der zweiten Schicht usw. Über jedem Adsorptionsplatz an der Oberfläche des Adsorbens baut sich so eine Säule adsorbierter Teilchen auf. Diese Säulen stehen untereinander nicht in Wechselwirkung. Die Adsorptionswärmen der in zweiter oder höherer Schicht adsorbierten Teilchen werden gleich einer Enthalpie q2 angenommen, die der Verdampfungsenthalpie entspricht.

Veranschaulichen Sie sich das Prinzip der Mehrschichtadsorption anhand einer interaktiven Abbildung

BET-Isotherme

Die Ableitung der BET-Adsorptionsisotherme kann über eine kinetische Betrachtungsweise oder mit Hilfe der Statistik erfolgen. Man erhält auf beiden Wegen folgenden Ausdruck:

V = V Mono C p p 0 ( 1 p p 0 ) ( 1 p p 0 + C p p 0 )

mit

C e ( q 1 q 2 ) R T
Tab.1
SymbolBeschreibungEinheit
p Gleichgewichtsdruck Pa
p 0 Sättigungsdampfdruck Pa
V beim Gleichgewichtsdruck p adsorbiertes Gasvolumen m 3
V Mono adsorbiertes Gasvolumen einer Monoschicht m 3
q 1 Adsorptionswärme der ersten Schicht J
q 2 Adsorptionswärme der weiteren Schichten J
C Konstante
R allgemeine Gaskonstante J K -1 mol -1
T Temperatur K

Linearisierte BET-Gleichung

Durch Linearisierung der Gleichung erhält man die folgende Geradengleichung der allgemeinen Form f(x) = ax + b:

p V ( p 0 p ) = 1 V Mono C Achsenabschnitt + C 1 V Mono C Steigung p p 0

Trägt man p V ( p 0 p ) gegen p p 0 auf, so lassen sich aus der Steigung und dem Achsenabschnitt der resultierenden Geraden die Konstante C und das Gasvolumen der Monoschicht V Mono ermitteln.

Abb.1
Veranschaulichung der linearisierten BET-Isotherme

Vertiefung: Bestimmung spezifischer Oberflächen

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