Izoterma LF

Izoterma LF, czyli izoterma Langmuira-Freundlicha (od nazwisk Irvinga Langmuira i Herberta Freundlicha) opisuje fizyczną adsorpcję adsorpcję zlokalizowaną i odpowiada symetrycznemu quasigaussowskiemu rozkładowi energii adsorpcji. Można ją uważać za szczególny przypadek 4-parametrowej izotermy GL, w której dwa parametry określające kształt funkcji rozkładu są równe ( 0 < m = n 1 ) {\displaystyle (0<m=n\leqslant 1)}

θ = ( K ¯ p ) n 1 + ( K ¯ p ) n , {\displaystyle \theta ={\frac {({\overline {K}}p)^{n}}{1+({\overline {K}}p)^{n}}},}

gdzie:

θ {\displaystyle \theta } – pokrycie powierzchni (adsorpcja względna), θ = a / a m {\displaystyle \theta =a/a_{m}} ( a {\displaystyle a} – adsorpcja, a m {\displaystyle a_{m}} pojemność monowarstwy),
p {\displaystyle p} – ciśnienie,
n {\displaystyle n} parametr heterogeniczności ( 0 < n 1 ) , {\displaystyle (0<n\leqslant 1),} im mniejszy tym większa szerokość rozkładu energii adsorpcji; dla n = 1 {\displaystyle n=1} otrzymujemy izotermę Langmuira, dla której funkcja rozkładu może być opisana jako delta Diraca,
K ¯ {\displaystyle {\overline {K}}} stała równowagi adsorpcji związana z energią charakterystyczną funkcji rozkładu energii (dla rozkładu symetrycznego energia charakterystyczna jest równa energii średniej)
K ¯ = K o exp ( E ¯ R T ) , {\displaystyle {\overline {K}}=K_{o}\exp \left({\frac {\overline {E}}{RT}}\right),}

gdzie:

K o = exp ( Δ S R ) , {\displaystyle K_{o}=\exp \left({\frac {\Delta S}{R}}\right),}
E ¯ {\displaystyle {\overline {E}}} – średnia energia adsorpcji,
K o {\displaystyle K_{o}} – tzw. czynnik przedeksponencjalny związany z entropią Δ S {\displaystyle \Delta S} procesu adsorpcji,
R {\displaystyle R} – uniwersalna stała gazowa,
T {\displaystyle T} – temperatura.

Izoterma ta dla niskich ciśnień może być przybliżona za pomocą izotermy Freundlicha, które jest liniowe we współrzędnych logarytmicznych adsorpcji i ciśnienia.

Jeżeli znana jest (np. z niezależnych pomiarów) pojemność monowarstwy dla danego układu, wówczas dane eksperymentalne często przedstawia się we współrzędnych postaci liniowej tego równania:

log θ 1 θ = n log K ¯ + n log p . {\displaystyle \log {\frac {\theta }{1-\theta }}=n\log {\overline {K}}+n\log p.}

Takie przedstawienie nie tylko pozwala łatwo stwierdzić, czy dane są zgodne z modelem (jeśli brak odchyleń systematycznych) i jakie są jego parametry.

Po formalnej zamianie ciśnienia p {\displaystyle p} na stężenie c , {\displaystyle c,} izoterma LF może być wykorzystana do opisu adsorpcji z rozcieńczonego roztworu (np. wodnego roztworu substancji organicznej). Można w niej również uwzględnić oddziaływania boczne specyficzne i niespecyficzne, a także adsorpcję wielowarstwową (zob. adsorpcja).