Izoterma Langmuira to podstawowa izoterma adsorpcji wprowadzona w 1916 r. przez Irvinga Langmuira (laureata nagrody Nobla w 1932 r., zob. też //en.wikipedia.org/wiki/Irving Langmuir wersję ang.). Ta teoria kinetyczna zakłada, że adsorbat może tworzyć na powierzchni adsorbentu tzw. monowarstwę czasteczek oddziaływujących z miejscami adsorpcyjnymi (oddziaływanie "pionowe") a nie oddziaływujacymi (albo słabo oddziaływującymi) ze sobą (oddziaływania "poziome"). Cżąsteczki adsorbatu obecne w fazie gazowej udzerzają w powierzchnię - prawdopodobieństwo zaadsorbowania rośnie wraz z dostępną wolną powierzchnią. Zaadsorbowane cząsteczki charakteryzuje pewne prawdopodobieństwo desorpcji (proces przeciwny do adsorpcji). Oba prawdopodobieństwa zależą od temperatury i wielkości energia adsorpcji. Wraz z ciśnieniem rośnie częstość uderzeń cząsteczek w powierzchnię, a wraz z ilością zaadsorbowanych cząsteczek maleje dostępna powierzchnia. W założeniach równania jest: brak możliwości tworzenia wielowarstwy, stałość energii adsorpcji (powierzchnia energetycznie jednorodna, czyli homogeniczna), zaniedbywalność oddziaływań bocznych.
- równanie izotermy Langmuira: \[a = a_{m} \frac{Kp}{1+Kp} \]
gdzie  \[a \] - adsorpcja rzeczywista, \[a_{m} \] - wielkość adsorpcji odpowiadająca zapełnieniu monowarstwy, \[K \] - stała równowagi adsorpcji, \[p \] - ciśnienie adsorbatu

- stała równowagi adsorpcji: \[K = K_{o} exp\left(\frac{E}{RT}\right) = exp\left(\frac{\Delta S}{R}\right) exp\left(\frac{E}{RT}\right) \]
gdzie Ko to tzw. czynnik przedeksponencjalny albo czynnik entropowy, ΔS - entropia adsorpcji, E - energia adsorpcji (ciepło adsorpcji) - w konwencji  dodatnia wartość oznacza wydzielenie się energii, w termodynamice przyjęte jest zwykle odwrotnie.

W badaniach nad adsorpcją często uzywa się pojęcia (względne) pokrycie powierzchni oznaczanego θ, które ma prosty sens geometryczny dla adsorpcji monowarstwowej:
- (względne) pokrycie powierzchni: \[\theta = \frac{a}{a_{m}} \]
Ta sama definicja pokrycia powierzchni stosowana jest jednak również w innych przypadkach niż adsorpcja monowarstwowa i nazywa się wówczas adsorpcją względną.

Dla niskich ciśnień równanie Langmuira redukuje się do izotermy Henry'ego:
- dla niskich ciśnień: \[a \approx a_{m} (Kp) = K_{H} p \]  lub  \[\theta \approx (Kp) \]
Równanie izotermy Langmuira stanowi podstawę wyprowadzenia wielu innych równań izoterm, w tym izotermy BET oraz równań opisujacych adsorpcję na powierzchniach energetycznie niejednorodnych (heterogenicznych).

Inne postacie izotermy Langmuira

Jeżeli znamy wielkość pojemności monowarstwy (np. z innych badań), możemy używać inną postać izotermy Langmuira:
\[\theta = \frac{Kp}{1+Kp} \]  lub  \[p = \frac{1}{K} \left(\frac {\theta} {1 - \theta} \right) \]

Jeżeli znana jest wartość pojemności monowarstwy (np. z innych badań) liniowa forma logarytmiczna jest przydatna zwłaszcza do sprawdzania zgodności danych doświadczalnych z modelem oraz wyznaczania stałej równowagi K:
\[\log \left(\frac {\theta} {1 - \theta}\right) = \log p + \log K \]

Inne postacie liniowe izotermy Langmuira są powszechnie stosowane do wyznaczania parametrów równania bezpośrednio z danych doświadczalnych:
  • klasyczna postać liniowa (a/p)=f(p), podobna w swych właściwościach do liniowej zależnośi izotermy BET (jednak bez wielowarstwy), stosowana m.in. do wyznaczania powierzchni właściwej adsorbentów:
\[ \left(\frac{p}{a}\right) = \frac{1}{a_{m}K} (1 + K p) = \frac{1}{a_{m}K} + \frac{1}{a_{m}} p \]

  • postać liniowa (1/a) = f(1/p) o podobnych właściwościach jak poprzednia zależność:
\[ \frac{1}{a} = \frac{1}{a_{m}} + \frac{1}{a_{m}K} \left(\frac{1}{p}\right) \]

  • postać liniowa a = f(a/p), pozwalająca łatwo dostrzec wszelkie odchylenia systematyczne od modelu teoretycznego (ale dość wrażliwa na rozrzut eksperymentalny):
\[a = a_{m} - \frac{1}{K} \left(\frac{a}{p}\right) \]

Publikacja wraz ze zdjęciami jest udostępniona w Encyklopedii "Zgapedia" części portalu zgapa.pl. Treść objęta jest licencją GNU FDL Wolnej Dokumentacji w wersji 1.3 lub dowolnej pózniejszej opublikowanej przez Free Software Foundation i została ona opracowana na podstawie Wikipedii, tutaj możesz znaleźć artykuł źródłowy oraz autorów. Warunki użytkowania Encyklopedii znajdziesz na tej stronie.