物理吸着の実験をしました。その時は、Frendlich型とLangmuir型で吸着等温線を求めました。
上の2つ以外にもBET型とHenry型があると言っていたのですが、どのような理論と特徴でしょうか?

A 回答 (5件)

「フロイントリッヒ式もラングミュア式と理論的な面でつながりがある」と言っていた人です。

(正確には、フロイントリッヒも理論式と言いました)

まず説明から。
上記のモデルは「物理吸着」に限定するものではありません。
可逆吸着であれば、化学吸着および物理吸着に応用可能です。

分類としては、
単層吸着・・・Frendlich型とLangmuir型
多層吸着・・・BET型
Henry型は、単に吸着量が分圧に比例する、という仮定だけです(単層とか多層とかは考えていません。
(吸着平衡に関する説明は省略します)

では、Langmuir型
これは、「吸着分子1つが、1つの吸着サイトに吸着する」という仮定です。
BET型は、「1つの吸着サイトに多層で吸着する」という仮定です。
Frendlich型は、「吸着分子1つが、n個の吸着サイトに吸着する」という仮定です。(nの範囲は0以上、小数もあり)

No2の方がおっしゃるような、バルク相については何も考慮していません。(そのようなモデルです)
なので、吸着質の分子間の影響を考える時は、違うモデルで考えるべきでしょう。(活量などの話になってきます)

***余談
上記のFrendlichの仮定で求まる式は、LangmuirーFrendlichと言い、
q=abc^(1/n)/(1+bc^(1/n))という式が導出されます。
ここで、n=1のときLangmuirになり、
1>>bc^(1/n)のとき、
q=abc^(1/n) (Frendlich)となります。簡単でしょう。
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もうすっかり蛇足状態ですが,Freundlich 式は吸着サイト間に吸着熱の分布があるときにも使えます.つまり,強い吸着サイトからだんだん埋まっていき,弱い吸着サイトはより高濃度にならないと吸着しない,という場合です.もちろん,吸着熱の分布関数はさまざま考えられますから,常に Freundlich 式に近似できるわけではありませんが.


なお,活性炭への水蒸気吸着のように,Langmuir 式にも BET 式にも Freundlich 式にも合わない場合もあるし,吸着等温線は人名ベースの分け方より,Brunauer-Demming-Demming-Teller の分類を使った方がいいというのが個人的な考えです.
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横レスで失礼します。


etsushi1さま、勉強になりました。ありがとうございます。
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No.1のリンク先には書かれていませんが、ヘンリー式は言うに及びませんが、ラングミュアやBET等温式も見逃していることがあります。


吸着分子が少ないうちはいいですが、吸着分子が増えてきて分子同士がぶつかったりするような状況が生じてくると、吸着が起こりにくくなるはずです。もう少しちゃんとした言い方をすれば、吸着分子が少ないときと多いときでは、分子一個がくっつくときの吸着熱が変化するはずです。
分子によっては、分子同士に引き合う力が働いて上記とは逆のことが起きるかもしれませんが、いずれにせよこのような効果は考慮されていません。

フロイントリッヒの式では、この辺の効果が経験的ではありますが取り入れることができて、実験結果をよりよく再現できることがあります。

フロイントリッヒ式もラングミュア式と理論的な面でつながりがある、と言っていた人がいました。私は経験式だと思っていたので、導出法については分かりません。

この辺の話はアトキンス物理化学(下)に具体的な実験データとともに載っています。
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http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%90%B8%E7%9D%80% …

Langmuirは単層吸着を対象にしています。
これの多層吸着への発展形がBET。

ヘンリー型は、リンク先の説明を読む限り、圧力を上げれば上げるほど吸着することになってますから、吸着サイトが有限であることが考慮されてないですね・・・多層吸着ならある程度よいのかもしれませんが、層によって吸着の強さが変化することがやはり考慮されていない。
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専門じゃないので正確なことはわかりませんが、

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次のサイトをご覧下さい。
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http://www.erpt.org/012Q/NelsW-07.htm
http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/Adsorb/langmuir.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Langmuir_equation

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基本的過ぎるためか、WEBサイトを探してみてもうまくヒットしません。申し訳ありませんがご教授ください。
(基本的なことが記載されているサイト等をご存知でしたらそれも教えてください)

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> 液体窒素温度で測定した際の理論が多くのっています

理論に温度が何度であるかははとくに関係ありません.なので,読み方が何かおかしいと思われます.

液体窒素温度での窒素吸着は広く行われますが,それは窒素の物理吸着を測るためです.物理吸着というのは,基本的には凝縮,つまり気体が液化する現象ですから,その圧力での沸点以上ではおこりようがありません.液体窒素温度では 1 atm の窒素が凝縮平衡(気液平衡,つまり気体と液体が共存できる)になります.この温度でこれより低い圧力では本当はすべて気体になるはずですが,固体の表面ではある程度の量は凝縮して(液体といえるかどうかは議論の余地がある)存在できるというのが物理吸着の本質です.
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窒素を液体窒素温度で吸着させるのであれば,1 atm で吸着量∞になるはずであり(液化がおこる),それ以下の圧力では有限の吸着量が得られるわけです.温度を上げればより高圧にしなければ同じ吸着量は得られません.逆に温度を下げれば同じ圧力でも吸着量は増えます.このことから,(常圧での)沸点をはるかに超えた温度では,圧力をよほど上げなければ吸着はおこりません.

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では、追加で。
正しい、正しくないという感覚は間違っていると思います。
正しい、正しくない、であればBETだって正しくないし、正しいモデルなどこの世に存在してないです。
感覚としては、Langmuirモデルの面積だと(吸着がLangmuirだと信じると)この値、BETだと信じるとこの値、という数字が出てくるだけで、
その数字自体に大きな意味は無い、と思って良いと思います(と言うと反論が出てくると思いますが・・・笑。私は工学で理学では無いのでこの感覚です)
後はどのように判断するか。やはり値は他の結果と比べるために求めるものでもあるので、一般的によく使われるモデルで求めるのが妥当だ、程度の理由しかありません。
実用面で考えると、実用物質で有効面積を求めるのが良いはずです。(もちろん、吸着モデルも実用物質の吸着に習うはずです)

しかし、課題にこれだけを書くと好感を持たれないと思いますので(笑)、今回Langmuirがあまり用いられない理由を(でも、決して間違いでは無い)。
やはり、窒素は多層で吸着してしまうのです。(これは、あくまでも平面での話です。)理由はこれだけ。これ以外にはありえないです。(モデルの違いもこれだけ。だから、これ以外ありえない)
(吸着熱云々言う人がいますが、平衡を考えるときに温度分布などは無いはずなのでナンセンスなんです。この辺りもだまされやすいところです。)

色々と書いてさらに混乱させてしまったようにも思いますが、
色々悩んで、色々考えてください。

では、追加で。
正しい、正しくないという感覚は間違っていると思います。
正しい、正しくない、であればBETだって正しくないし、正しいモデルなどこの世に存在してないです。
感覚としては、Langmuirモデルの面積だと(吸着がLangmuirだと信じると)この値、BETだと信じるとこの値、という数字が出てくるだけで、
その数字自体に大きな意味は無い、と思って良いと思います(と言うと反論が出てくると思いますが・・・笑。私は工学で理学では無いのでこの感覚です)
後はどのように判断するか。やはり値は他...続きを読む

Q公害防止管理者(水質)・活性炭吸着とベンゼンの関係

はじめまして
公害防止管理者(水質)の勉強をしています。
有害物の処理、
ベンゼンの処理には活性炭が使用できるとの事、
ただし「吸着はあまり多くない」というのが
私の頭を悩ませています。

そのそも活性炭吸着の吸着は
脂肪族より芳香族が吸着しやすい
親水性より疎水性
分子量の大きなものなど特徴があります。

ベンゼンといえば「芳香化合物」の「芳香」の元?
有機溶媒で水に溶けにくいはず
(そもそもベンゼンは芳香族化合物でも他の化合物と
はまったく別物性質があるとか)
なのに吸着量が少ないのは疑問
そこで推測を立ててみました。

1、ベンゼンは他の芳香化合物とくらべると水に溶けやすい(だとしたら何故)
2、吸着という現象が起こるので、置換反応、
  酸化還元反応しにくいしやすいという概念が当てはまらない
3、あのC6H6の世にも奇妙なケクレを悩ませた形に秘密がある
  薬の合成になくてはならないものだとか

私の化学の知識なんて、無いも同然
どなたかその素晴らしい知識を私にご披露ください^^;
よろしくお願いいたします。

はじめまして
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有害物の処理、
ベンゼンの処理には活性炭が使用できるとの事、
ただし「吸着はあまり多くない」というのが
私の頭を悩ませています。

そのそも活性炭吸着の吸着は
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分子量の大きなものなど特徴があります。

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(そもそもベンゼンは芳香族化合物でも他の化合物と
はまったく別物性質があるとか)
なのに...続きを読む

Aベストアンサー

一応、化学をやってた者ですが・・・「活性炭へのベンゼンの吸着量が多くない」とは知らなかった上に、Webで調べてもわからなかったのですが(汗)

さて、「吸着量は多くない」というのが、例えば「トルエンに比べて」なのか「タールに比べて」なのかによって、話は大きく変わってきます。
以下、2つの場合を想定して、推測を述べます。
(なお、ベンゼンの活性炭への吸着は、共有結合をつくるような化学反応ではありません。また、水に溶けやすいということもありません)

1)同程度の分子量であるトルエン等に比べても少ない場合:
ベンゼンは平面六角形型で、対称性の高い分子です。
(言ってみれば「円に近い形」)
このため、活性炭の微細孔に入った場合であっても、引っ掛からずにまた出てきてしまう(=吸着が弱い)、という可能性が考えられます。
(トルエンの場合、メチル基が1個ある分、引っ掛かりができる、と)
・・・これが事実だとすると、souitirou-haneiさんの「3、あのC6H6の世にも奇妙なケクレを悩ませた形に秘密がある」との推測が当たっていることになります。

2)比較の対象が、タール分のように、ベンゼンよりも遙かに分子量が大きいものだった場合:
この場合は、「粒よりも紐の方が他のものに引っ掛かりやすい」のと同じで、ベンゼンのような小さい分子よりも、高分子(=紐状・帯状・膜状)の方が吸着されやすい、という説明ができます。


・・・あまり化学的でない回答になってしまいましたが、以上が私の推測です。

一応、化学をやってた者ですが・・・「活性炭へのベンゼンの吸着量が多くない」とは知らなかった上に、Webで調べてもわからなかったのですが(汗)

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以下、2つの場合を想定して、推測を述べます。
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Aベストアンサー

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