I型吸着等温線（IUPAC）における正しい理論の適用

質問

I型吸着等温線（IUPAC）において（といっても理論の詳細についてはまだまだ勉強不足なんですが）表面積を求める場合、BETかlangmuirのどちらを用いて計算した方が正しいのでしょうか？また、その理由はどうしてでしょうか？
あまり専門知識がないので、簡単な言葉で教えていただけると大変ありがたいです。友人にはBET理論が正しいと言われたのですが、理由を聞いてもいまいちよく分かりませんでした。

よろしくお願いします。

回答No.2

etsushi1 · ベストアンサー

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。

お礼

お礼が遅くなり大変申し訳ありません。
正しい、正しくないという感覚自体が間違っているということで納得できました。ケースバイケースでどのように判断するか…ということですね。
ありがとうございました。
今後ともいろいろ悩みつつ(笑)勉強していきたいと思います。

回答No.1

etsushi1

まず、二つのモデルの勉強をするのが先です。
そうでないと、ここで回答をしてもらっても理解できないはずです。
（大学生だと思います。勉強しなさい！！！・・・笑）

２つのモデルは基本的に同じモデルです。ただ、多層になるのがBET。単層がLangmuir。（基本的な仮定は勉強してください。物理化学の本に分りやすく書いてあります）

では、どちらがより実在に近いか。状況によります。
どんな物質の表面積を求めるかも分りませんし、吸着物質も何だか分りませんので話しにくいですが、おそらく多孔性物質であり、窒素の吸着だと仮定します。
そうであれば、特にたいした理由も無く一般的にはBETで測定します。多層で吸着していると考えるのはまぁ妥当であるし、それならLangmuirよりはまともだろう、という程度の理由です。

しかしです。複雑な立体構造を持っている表面に窒素分子の吸着を想像してください。
窒素分子よりも十分に大きい細孔面では（平面と考えられる面）割と理論的なデータが得られるかもしれませんが、窒素分子の大きさと同程度の細孔の面積に関してはどのように考えるかです。表面積には窒素分子の投影面積を使うことになっていますが、窒素分子が丁度通ることの出来るような細孔でも同じように考えています。これで真の面積が測定できるでしょうか。しかもこのような細孔の面積はかなり大きな部分を占めてしまいます。。。もっと勉強すると毛管凝縮などのことも出てくると思いますが、その辺のことも吸着物質と同程度の大きさの細孔はどう考えるか。。。とても複雑なのです。

なので、BET法で測定しようがどのようなモデルで測定しようが、求められるのは「有効表面積」です。真の表面積ではありません。このような意味で、Langmuir法の方が目的にあった面積が求められる場合があります。私は液相吸着を主に扱っていますが、Langmuirで有効表面積を求めた論文も書いています。

お礼

回答ありがとうございます。
はい。勉強します！！しかも自分の説明不足で申し訳ありません。
まさに、多孔性物質の窒素の吸着です。毛管凝縮も少し勉強したのですが、自分の記憶があっていれば毛管凝縮はメソポアで起こりマイクロポアではおこらなかったような気がしたんですが…。（間違ってたらすいません）
自分が分からなかったのは、いわゆるI型の等温線で、マイクロポアをもつといわれる物質の場合BETは適用できないと聞きまして、窒素分子がはいりくいようなら小さい細孔ならなお更多層を形成できないので、BETは適用できないのではと思ったんです。それなら単層のLangmuirがより正しいのかと思っていたのですが…。
それは仰られたようにどちらが正しいと言う場合ではなくて、ケースバイケースということなのでしょうか？Langmuirが正しくないのはどうしてなのでしょうか？
質問でかぶせてしまって申し訳ありません。