При установлении равновесия скорость адсорбции равна скорости десорбции.

V _ад = V _дес (3)

Приравнивая части уравнения 1 и 2, получаем:

К_адР (1 - Q ) = К_дес Q (4)

Решая уравнение 4 относительно Q, получим:

Q =     К_адР

                                                    К_дес + К_адР   (5)

Разделив числитель и знаменатель на К_дес и обозначив К_ад/К_дес = b , получим:

Q =  bP

                       1 + bP     (6)

Где:

B – коэффициент адсорбции.

Уравнение (6) носит название изотермы. Ее графическое изображение приведено на рисунке 1.

А

                                                                         2

А_¥                                                                   1

                                                                            С (рО₂)

Рисунок 1 – изотерма адсорбции или изотерма Ленгмюра

На рисунке:

Линия 1 – изотерма мономолекулярной адсорбции;

Линия 2 – изотерма полимолекулярной адсорбции;

А _¥ - предельное значение адсорбции.

При Q = 1 получается горизонтальный участок, отвечающий образованию заполненного монослоя.

При слабой адсорбции (когда Q мала) или при низком давлении газа (мало Р) можно принять, что 1 + bP = 1, тогда из уравнения (6) получим:

Q = bP (7)

При этих условиях степень заполнения поверхности мала и пропорциональна давлению.

Выражение (7) отражает закон распределения.

При высоком давлении справедливо допущение 1 + bP = bP в соответствии с уравнением (6) получаем:

Q = 1(8)

Это означает, что все активные центры на поверхности металла полностью заполнены адсорбированным веществом и дальнейшее увеличение его парциального давления в газовой фазе не влияет на количество вещества, адсорбированного на поверхности твердого тела.  Этому состоянию отвечает правый участок на кривой изотермы, т.е. прямая линия.

Если на поверхности металла адсорбируется смесь газов, то степень заполнения поверхности i -м газом рассчитывается по уравнению:

                                                           b_iP_i

       Q = 1 + S b_iP_i     (9)

     n

Где сумма берется по всем « n » компонентам газовой смеси.

В большинстве случаев поверхность твердого металла энергетически неоднородна. Она представляет собой серию элементарных площадок, обладающих различной теплотой адсорбции.

Экспериментальные данные более точно описываются уравнением:

          Q = 1 lna_o Р (10)

f

где:

f – коэффициент, отражающий функцию распределения;

a_o – адсорбционный коэффициент при наибольшей теплоте адсорбции.

Выражение (10) получило название логарифмической изотермы адсорбции.

3.4 Адсорбция кислорода на поверхности металла и образование оксида

Молекулы О₂ адсорбируются на поверхности металла обратимо. Количество адсорбата на единицу поверхности возрастает с увеличением соотношения P о₂/Р _s , где P о₂ – давление кислорода над адсорбатом; Р _s – давление насыщенного пара кислорода при изучаемой температуре.

Первоначально происходит мономолекулярная адсорбция, а начиная с некоторого значения P о₂/Р _s , имеет место многослойная физическая адсорбция.