Adszorpció

Adszorpció ( lat. ad - on, at, in; sorbeo - abszorbeál) - az oldott anyag koncentrációjának spontán növekedése két fázis határfelületén ( szilárd fázis - folyékony, kondenzált fázis - gáz) a nem kompenzált erők hatására. intermolekuláris kölcsönhatás a fázisszétválasztásnál [1] . Az adszorpció a szorpció speciális esete , a folyamat, az adszorpció - deszorpció fordítottja [2] .

Alapfogalmak

Az abszorbeált anyagot, amely még mindig a fázis zömében van, adszorbátumnak , abszorbeált - adszorbátumnak nevezik . Szűkebb értelemben az adszorpciót gyakran úgy értjük, mint egy szennyeződésnek gázból vagy folyadékból szilárd (gáz és folyadék esetén) vagy folyékony (gáz esetén) abszorpcióját . Ebben az esetben, mint az adszorpció általános esetben, a szennyeződés az adszorbens-folyadék vagy az adszorbens-gáz határfelületen koncentrálódik. Azt a folyamatot, az adszorpció fordítottját, vagyis az anyagnak a határfelületről a fázis térfogatára való átvitelét deszorpciónak nevezzük . Ha az adszorpció és a deszorpció sebessége egyenlő, akkor azt mondják az adszorpciós egyensúly létrejöttéről . Egyensúlyi állapotban az adszorbeált molekulák száma tetszőleges ideig állandó marad, ha a külső feltételek (a rendszer nyomása, hőmérséklete és összetétele) változatlanok [3] .

Adszorpció és kemiszorpció

A két fázis határfelületén az adszorpció mellett, elsősorban fizikai kölcsönhatások (főleg van der Waals erők ) következtében, kémiai reakció is létrejöhet. Ezt a folyamatot kemiszorpciónak nevezik . Az adszorpció és a kemiszorpció közötti egyértelmű különbségtétel nem mindig lehetséges. Az egyik fő paraméter, amiben ezek a jelenségek különböznek, a termikus hatás: például a fizikai adszorpció hőhatása általában közel van az adszorpció cseppfolyósításának hőjéhez, míg a kemiszorpció termikus hatása sokkal nagyobb. Ezenkívül az adszorpcióval ellentétben a kemiszorpció általában irreverzibilis és lokalizált, azaz bizonyos helyeken - aktív központokban - fordul elő. Az adszorpció és a kemiszorpció jellemzőit ötvöző köztes lehetőségekre példa az oxigén fémeken és a hidrogén kölcsönhatása a nikkelen: alacsony hőmérsékleten a fizikai adszorpció törvényei szerint adszorbeálódnak, de a hőmérséklet emelkedésével kemiszorpció lép fel. .

Hasonló jelenségek

Az előző részben egy felületen végbemenő heterogén reakció – a kemiszorpció – esetét tárgyaltuk. Vannak azonban heterogén reakciók az egész kötetben, és nem csak a felszínen: ez a szokásos heterogén reakció. A teljes térfogatra kiterjedő elnyelés fizikai erők hatására is megtörténhet. Ezt az esetet abszorpciónak nevezik.

Az interakciók típusai	Kölcsönhatások csak a felszínen	Kölcsönhatások végig
Fizikai	Adszorpció	Abszorpció
Kémiai	Kemiszorpció	heterogén reakció

Fizikai adszorpció

Fizikai adszorpciós modellek
Egyrétegű képződés	energia diagram

Rizs. 1: a) adszorbens, b) adszorbens, c) adszorbens (gázfázis vagy oldat)	Rizs. 2: a) adszorbens, b) adszorpció, c) gázfázis, d - távolság, E - energia, E b - adszorpciós energia, (1) deszorpció, (2) adszorpció
polikondenzáció	Szelektív adszorpció

Rizs. 3: a) adszorbens, b) adszorbens, c) kondenzátum, d) adszorbens (gázfázis vagy oldat)	Rizs. 4: a) adszorbens, b) adszorbens, c) adszorbens (gázfázis vagy oldat): a kék részecskék túlnyomó adszorpciója látható

Az adszorpciót nem specifikus (azaz anyagtól független) van der Waals erők okozzák . Az adszorpció, amelyet az adszorbens és az adszorbátum közötti kémiai kölcsönhatás bonyolít, speciális eset. Az ilyen jellegű jelenségeket kemiszorpciónak és kémiai adszorpciónak nevezik . A „hétköznapi” adszorpciót abban az esetben, amikor a kölcsönhatási erők természetét kell hangsúlyozni, fizikai adszorpciónak nevezzük .

A fizikai adszorpció reverzibilis folyamat, az egyensúlyi állapotot a P adszorpátum molekulák egyenlő arányú adszorpciója határozza meg az adszorbens felület üres helyein S * és a deszorpció - az adszorpátum felszabadulása a kötött állapotból S - P :

S^{*}+P\leftrightarrow SP

;

az egyensúlyi egyenlet ebben az esetben:

K={\frac {[SP]}{[S^{*}][P]}}

ahol K az egyensúlyi állandó , [S − P] és [S * ] az adszorbens felületnek az adszorbátum által elfoglalt és nem foglalt aránya, [P] pedig az adszorbátum koncentrációja.

Kvantitatívan a fizikai monomolekuláris adszorpció folyamatát abban az esetben, ha az adszorbátum intermolekuláris kölcsönhatása elhanyagolható, a Langmuir- egyenlet írja le :

\theta ={\frac {\alpha \cdot P}{1+\alpha \cdot P))

ahol az adszorbens felületének az adszorbátum által elfoglalt része, a Langmuir adszorpciós együttható, és P az adszorbátum koncentrációja. $\theta$ $\alpha$

Mivel , illetve , az adszorpciós egyensúlyi egyenlet a következőképpen írható fel: $[SP]=\théta$ $[S^{*}]=1-\théta$

K={\frac {\theta }{(1-\theta )P}}

A Langmuir-egyenlet az adszorpciós izoterma egyenlet egyik formája . Az adszorpciós izoterma egyenlet alatt (gyakrabban használják az adszorpciós izoterma rövidítést) az egyensúlyi adszorpciós értéknek az a=f(C) adszorbátumkoncentrációtól való függését értjük állandó hőmérsékleten ( T=const ). Az adszorbens koncentrációját folyadékból történő adszorpció esetén általában mól- vagy tömegfrakcióban fejezzük ki. Gyakran, különösen oldatokból történő adszorpció esetén, a relatív értéket használjuk: C / C s , ahol C a koncentráció, C s az adszorpció határkoncentrációja (telítési koncentrációja) adott hőmérsékleten. Gázfázisból történő adszorpció esetén a koncentráció kifejezhető abszolút nyomás mértékegységben, vagy ami a gőz adszorpcióra különösen jellemző, relatív egységekben: P/P s , ahol P a gőznyomás, P s a ennek az anyagnak a telített gőznyomása. Magát az adszorpciós értéket is kifejezhetjük koncentráció egységekben (az adszorbált molekulák számának és a határfelületen lévő molekulák számának aránya). Szilárd adszorbenseken történő adszorpcióhoz, különösen, ha gyakorlati problémákat vesszük figyelembe, az abszorbeált anyag tömegének vagy mennyiségének az adszorbens tömegéhez viszonyított arányát alkalmazzuk, például mg/g vagy mmol/g.

Az adszorpció jelentősége

Az adszorpció univerzális és mindenütt jelenlévő jelenség, amely mindig és mindenhol megy végbe, ahol a fázisok között interfész van. Legnagyobb gyakorlati jelentőséggel bír a felületaktív anyagok adszorpciója, valamint a szennyeződések gázból vagy folyadékból történő adszorpciója speciális, rendkívül hatékony adszorbensekkel. Adszorbensként különféle nagy fajlagos felületű anyagok működhetnek: porózus szén (leggyakoribb formája az aktív szén ), szilikagélek , zeolitok , valamint a természetes ásványok és szintetikus anyagok más csoportjai. A talajok adszorpciós tulajdonságai a mérnökgeológia fontos jellemzői .

Az adszorpció (különösen a kemiszorpció) szintén fontos a heterogén katalízisben . Az adszorpciós növények példája a nitrogén növények oldalon található .

Az adszorpciós üzemet adszorbernek nevezzük .

Lásd még

Jegyzetek

↑ adszorpció // IUPAC Gold Book . Hozzáférés dátuma: 2013. január 16. Az eredetiből archiválva : 2012. november 27. (határozatlan)
↑ deszorpció // IUPAC Gold Book . Hozzáférés dátuma: 2013. január 16. Az eredetiből archiválva : 2012. október 24. (határozatlan)
↑ Alekszandr Alekszandrovics Szaranyin, Andrej Valentinovics Szmirnov. Adszorpció: Nanotechnológiai kifejezések szótára . Rusnano (CC-BY-SA 3.0). Letöltve: 2012. március 20. Az eredetiből archiválva : 2012. május 31.. (határozatlan)

Irodalom

Frolov Yu. G. Kolloidkémia tanfolyam. Felületi jelenségek és diszperz rendszerek. - M.: Kémia, 1989. - 464 p.
Keltsev NV Az adszorpciós technológia alapjai. - M.: Kémia, 1984. - 592 p.
Greg S., Sing K. Adszorpció, felület, porozitás. - M.: Mir, 1984. - 310 p. *
Adamson A. Felületek fizikai kémiája. – M.: Mir. 1979. - 568 p.
Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. et al. Bevezetés a felszíni fizikába / Szerk. V. I. Szergienko. — M.: Nauka, 2006. — 490 p.
Karnaukhov A.P. Adszorpció. Diszpergált és porózus anyagok textúrája. - Novoszibirszk: Tudomány. 1999. - 470 p.
Kémiai enciklopédia. T. 1. - M .: Szovjet Enciklopédia, 1990. - 623 p.
Poltorak O.M. Termodinamika a fizikai kémiában. - M .: Felsőiskola, 1991. - 319 p.
Berjozkin V.I. Bevezetés a szénadszorbensek fizikai adszorpciójába és technológiájába. - Szentpétervár: Victoria Plus, 2013. - 409 p. — ISBN 978-5-91673-128-6

Linkek

Adszorpció // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán nagy kínai Nagy orosz Brockhaus és Efron Kis Brockhaus és Efron Britannica (online) Britannica (online) Universalis Modern Ukrajna
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4000536-7 J9U : 987007292943605171 LCCN : sh85001022 NDL : 00567353 NKC : ph118263