什么是朗缪尔等温吸附?
朗缪尔吸附等温式描述了气体分子(或溶质)在具有固定数量、且性质相同的吸附位点的固体表面上的吸附行为。该模型由欧文·朗缪尔于 1918 年提出,其基本假设为:吸附仅形成单分子层、被吸附分子之间互不影响、每个吸附位点的能量完全相等。模型给出的结果是分数覆盖度 \(\theta\)——即在平衡状态下,被占据的吸附位点占可用位点总数的比例。
如何使用本计算器
输入吸附平衡常数 K(即吸附速率常数与脱附速率常数之比,单位为压强的倒数或浓度的倒数),以及分压或浓度 P。计算器会返回介于 0 到 1 之间的 \(\theta\) 值,并同时给出以百分比表示的位点占据率。
公式详解
朗缪尔方程为 $$\theta = \dfrac{K \cdot P}{1 + K \cdot P}$$ 当 \(K \cdot P\) 非常小时,\(\theta \approx K \cdot P\),覆盖度几乎随压强线性增长;当 \(K \cdot P\) 非常大时,\(\theta\) 趋近于 1,表示表面已被完整的单分子层饱和。乘积 \(K \cdot P\) 为无量纲量,因此 \(K\) 的单位必须是 \(P\) 单位的倒数。
实例演算
假设 \(K = 0.5 \ \text{atm}^{-1}\),\(P = 2 \ \text{atm}\),则 \(K \cdot P = 1.0\),于是 $$\theta = \frac{1.0}{1 + 1.0} = 0.5$$ 也就是说,恰好有一半的表面位点被占据——覆盖度为 50%。
常见问题
\(\theta = 1\) 意味着什么?表示表面已被完整的单分子层完全饱和,再无空余的吸附位点。
\(K\) 的单位是什么?\(K\) 的单位是 \(P\) 单位的倒数。若 \(P\) 以 atm 为单位,则 \(K\) 的单位为 \(\text{atm}^{-1}\);若 \(P\) 为摩尔浓度,则 \(K\) 的单位为 L/mol。
可以用浓度代替压强吗?可以。朗缪尔模型同样适用于从溶液中进行的吸附;只需将 \(P\) 用浓度表示,并使用单位与之互为倒数的平衡常数即可。