Adsorptio

Adsorptio ( lat. ad - on, at, in; sorbeo - absorboi) - spontaani prosessi , jossa liuenneen aineen pitoisuus kasvaa kahden faasin rajapinnassa ( kiinteä faasi - neste, kondensoitu faasi - kaasu) kompensoimattomien voimien vuoksi molekyylien välinen vuorovaikutus faasien erottelussa [1] . Adsorptio on sorption erikoistapaus , prosessi, adsorption - desorption käänteinen [2] .

Peruskäsitteet

Absorboitunutta ainetta, joka on edelleen suurimmassa osassa faasia, kutsutaan adsorbaatti , absorboitunut - adsorbaatti . Suppeammassa merkityksessä adsorptio ymmärretään usein epäpuhtauden absorptioksi kaasusta tai nesteestä kiinteään (kaasun ja nesteen tapauksessa) tai nesteen (kaasun tapauksessa) adsorbenttiin . Tässä tapauksessa, kuten yleisessä adsorption tapauksessa, epäpuhtaus keskittyy adsorbentti-neste tai adsorbentti-kaasu -rajapinnalle. Prosessia, adsorption käänteistä, eli aineen siirtymistä rajapinnalta faasin tilavuuteen, kutsutaan desorptioksi . Jos adsorption ja desorption nopeudet ovat yhtä suuret, he sanovat adsorptiotasapainon muodostumisesta . Tasapainotilassa adsorboituneiden molekyylien määrä pysyy vakiona mielivaltaisen pitkän ajan, jos ulkoiset olosuhteet (paine, lämpötila ja systeemin koostumus) eivät muutu [3] .

Adsorptio ja kemisorptio

Kahden faasin rajapinnalla voi tapahtua adsorption lisäksi kemiallinen reaktio , joka johtuu pääasiassa fysikaalisista vuorovaikutuksista (lähinnä van der Waalsin voimista ). Tätä prosessia kutsutaan kemisorptioksi . Selkeä ero adsorption ja kemisorption välillä ei ole aina mahdollista. Yksi tärkeimmistä parametreista, joilla nämä ilmiöt eroavat toisistaan, on lämpövaikutus: esimerkiksi fysikaalisen adsorption lämpövaikutus on yleensä lähellä adsorbaatin nesteytyslämpöä, kun taas kemisorption lämpövaikutus on paljon suurempi. Lisäksi, toisin kuin adsorptio, kemisorptio on yleensä peruuttamatonta ja paikallista, eli se tapahtuu tietyissä paikoissa - aktiivisissa keskuksissa. Esimerkki välivaihtoehdoista, joissa yhdistyvät sekä adsorption että kemisorption ominaisuudet, on hapen vuorovaikutus metalleissa ja vedyn vuorovaikutus nikkelissä: matalissa lämpötiloissa ne adsorboituvat fysikaalisen adsorption lakien mukaan, mutta lämpötilan noustessa alkaa tapahtua kemisorptio. .

Samanlaisia ilmiöitä

Edellisessä osassa käsittelimme pinnalla tapahtuvan heterogeenisen reaktion tapausta - kemisorptiota. Heterogeenisiä reaktioita esiintyy kuitenkin koko tilavuudessa, ei vain pinnalla: tämä on tavallinen heterogeeninen reaktio. Koko tilavuuden absorptio voi tapahtua myös fyysisten voimien vaikutuksesta. Tätä tapausta kutsutaan absorptioksi.

Vuorovaikutuksen tyypit	Vuorovaikutuksia vain pinnalla	Vuorovaikutuksia kauttaaltaan
Fyysinen	Adsorptio	Imeytyminen
Kemiallinen	Kemisorptio	heterogeeninen reaktio

Fysikaalinen adsorptio

Fysikaaliset adsorptiomallit
Yksikerroksen muodostuminen	energiakaavio

Riisi. 1: a) adsorbentti, b) adsorbaatti, c) adsorbentti (kaasufaasi tai liuos)	Riisi. 2: a) adsorptioaine, b) adsorptio, c) kaasufaasi, d - etäisyys, E - energia, E b - adsorptioenergia, (1) desorptio, (2) adsorptio
Polykondensaatio	Valikoiva adsorptio

Riisi. 3: a) adsorbentti, b) adsorbaatti, c) kondensaatti, d) adsorbentti (kaasufaasi tai liuos)	Riisi. 4: a) adsorbentti, b) adsorbaatti, c) adsorptioaineet (kaasufaasi tai liuos): näytetään sinisten hiukkasten vallitseva adsorptio

Adsorption aiheuttavat epäspesifiset (eli aineesta riippumattomat) van der Waalsin voimat . Adsorptio vaikeuttaa adsorbentin ja adsorbaatin välistä kemiallista vuorovaikutusta on erikoistapaus. Tällaisia ilmiöitä kutsutaan kemisorptioksi ja kemialliseksi adsorptioksi . "Tavallista" adsorptiota siinä tapauksessa, että on korostettava vuorovaikutusvoimien luonnetta, kutsutaan fysikaaliseksi adsorptioksi .

Fysikaalinen adsorptio on palautuva prosessi, tasapainotilanne määräytyy adsorbaattimolekyylien P yhtä suurella adsorptionopeudella adsorptiopinnan S * vapailla alueilla ja desorptio - adsorbaatin vapautuminen sitoutuneesta tilasta S - P :

S^{*}+P\leftrightarrow SP

;

tasapainoyhtälö tässä tapauksessa:

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

jossa K on tasapainovakio , [S − P] ja [S * ] ovat adsorboivan pinnan suhteet adsorbaatilla ja [P] on adsorbaatin pitoisuus.

Kvantitatiivisesti fysikaalisen monomolekulaarisen adsorption prosessia siinä tapauksessa, että adsorbaatin molekyylien välinen vuorovaikutus voidaan jättää huomiotta, kuvataan Langmuirin yhtälöllä :

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

missä on adsorboivan aineen valtaama osuus adsorptiopinnasta, on Langmuirin adsorptiokerroin ja P on adsorbaattipitoisuus. $\theta$ $\alpha$

Koska ja vastaavasti , adsorptiotasapainoyhtälö voidaan kirjoittaa seuraavasti: $[SP]=\theta$ $[S^{*}]=1-\theta$

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

Langmuirin yhtälö on adsorptioisotermiyhtälön muoto . Adsorptioisotermiyhtälön alla (lyhennettyä termiä adsorptioisotermi käytetään useammin) ymmärretään tasapainoadsorptioarvon riippuvuus adsorbaattipitoisuudesta a=f(C) vakiolämpötilassa ( T=const ). Adsorbentin pitoisuus nesteestä adsorptiota varten ilmaistaan pääsääntöisesti mooli- tai massaosuuksina. Usein, varsinkin liuoksista adsorptiossa, käytetään suhteellista arvoa: C / C s , jossa C on pitoisuus, C s on adsorptioaineen rajapitoisuus (kyllästyspitoisuus) tietyssä lämpötilassa. Kaasufaasista tapahtuvan adsorption tapauksessa pitoisuus voidaan ilmaista absoluuttisen paineen yksikköinä tai, mikä on erityisen tyypillistä höyryadsorptiolle, suhteellisissa yksiköissä: P/P s , jossa P on höyrynpaine, P s on tämän aineen kylläisen höyryn paine. Itse adsorptioarvo voidaan myös ilmaista pitoisuusyksiköinä (adsorbaattimolekyylien lukumäärän suhde rajapinnalla olevien molekyylien kokonaismäärään). Adsorptiossa kiinteisiin adsorbentteihin, erityisesti kun otetaan huomioon käytännön ongelmia, käytetään absorboituneen aineen massan tai määrän suhdetta adsorbentin massaan, esimerkiksi mg/g tai mmol/g.

Adsorption merkitys

Adsorptio on universaali ja kaikkialla esiintyvä ilmiö, joka tapahtuu aina ja kaikkialla, missä vaiheiden välillä on rajapinta. Suurin käytännön merkitys on pinta-aktiivisten aineiden adsorptio ja epäpuhtauksien adsorptio kaasusta tai nesteestä erityisillä erittäin tehokkailla adsorbenteilla. Adsorbenteina voivat toimia erilaiset materiaalit, joilla on korkea ominaispinta: huokoinen hiili (yleisin muoto on aktiivihiili ), silikageelit , zeoliitit sekä eräät muut luonnonmineraalien ja synteettisten aineiden ryhmät. Maaperän adsorptio-ominaisuudet ovat teknillisen geologian tärkeä ominaisuus .

Adsorptio (erityisesti kemisorptio) on myös tärkeä heterogeenisessä katalyysissä . Esimerkki adsorptiokasveista on typpikasvit -sivulla .

Adsorptiolaitosta kutsutaan adsorbaattoriksi .

Katso myös

Muistiinpanot

↑ adsorptio // IUPAC Gold Book . Käyttöpäivä: 16. tammikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 27. marraskuuta 2012. (määrätön)
↑ desorptio // IUPAC Gold Book . Käyttöpäivä: 16. tammikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 24. lokakuuta 2012. (määrätön)
↑ Aleksandr Aleksandrovitš Saranin, Andrei Valentinovitš Smirnov. Adsorptio: Nanoteknologian termien sanakirja . Rusnano (CC-BY-SA 3.0). Haettu 20. maaliskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 31. toukokuuta 2012. (määrätön)

Kirjallisuus

Frolov Yu. G. Kolloidikemian kurssi. Pintailmiöt ja hajasysteemit. - M.: Chemistry, 1989. - 464 s.
Keltsev NV Adsorptiotekniikan perusteet. - M.: Chemistry, 1984. - 592 s.
Greg S., Sing K. Adsorptio, pinta-ala, huokoisuus. - M.: Mir, 1984. - 310 s. *
Adamson A. Pintojen fysikaalinen kemia. – M.: Mir. 1979. - 568 s.
Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. et al. Johdanto pintafysiikkaan / Toim. V. I. Sergienko. - M.: Nauka, 2006. - 490 s.
Karnaukhov A.P. Adsorptio. Dispergoituneiden ja huokoisten materiaalien rakenne. - Novosibirsk: Tiede. 1999. - 470 s.
Kemiallinen tietosanakirja. T. 1. - M .: Neuvostoliiton tietosanakirja, 1990. - 623 s.
Poltorak O.M. Termodynamiikka fysikaalisessa kemiassa. - M .: Korkeakoulu, 1991. - 319 s.
Beryozkin V.I. Johdatus hiiliadsorbenttien fysikaaliseen adsorptioon ja teknologiaan. - Pietari: Victoria Plus, 2013. - 409 s. — ISBN 978-5-91673-128-6

Linkit

Adsorptio // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : 86 osana (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen iso kiinalainen Iso venäläinen Brockhaus ja Efron Pieni Brockhaus ja Efron Britannica (verkossa) Britannica (verkossa) Universalis Moderni Ukraina
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4000536-7 J9U : 987007292943605171 LCCN : sh85001022 NDL : 00567353 NKC : ph118263