Adsorption

Adsorption ( lat. ad - on, at, in; sorbeo - absorb) - en spontan proces med at øge koncentrationen af et opløst stof ved grænsefladen mellem to faser ( fast fase - væske, kondenseret fase - gas) på grund af ukompenserede kræfter fra intermolekylær interaktion ved faseadskillelsen [1] . Adsorption er et særligt tilfælde af sorption , processen, det omvendte af adsorption - desorption [2] .

Grundlæggende begreber

Det absorberede stof, som stadig er i hovedparten af fasen, kaldes adsorbat , absorberet- adsorbat . I en snævrere forstand forstås adsorption ofte som absorption af en urenhed fra en gas eller væske af et faststof (i tilfælde af gas og væske) eller væske (i tilfælde af gas) - adsorbent . I dette tilfælde, som i det generelle tilfælde af adsorption, koncentreres urenheden ved adsorbent-væske- eller adsorbent-gas-grænsefladen. Processen, det omvendte af adsorption, det vil sige overførslen af et stof fra grænsefladen til fasens volumen, kaldes desorption . Hvis adsorptions- og desorptionshastighederne er ens, siger de om etableringen af adsorptionsligevægt . I en tilstand af ligevægt forbliver antallet af adsorberede molekyler konstant i vilkårligt lang tid, hvis de ydre forhold (tryk, temperatur og sammensætning af systemet) er uændrede [3] .

Adsorption og kemisorption

Ved grænsefladen mellem to faser kan der udover adsorption, hovedsageligt på grund af fysiske interaktioner (hovedsageligt van der Waals-kræfter ), forekomme en kemisk reaktion. Denne proces kaldes kemisorption . En klar skelnen mellem adsorption og kemisorption er ikke altid mulig. En af de vigtigste parametre, som disse fænomener adskiller sig fra, er den termiske effekt: for eksempel er den termiske virkning af fysisk adsorption normalt tæt på varmen fra adsorbat-likvefaktion, mens den termiske effekt af kemisorption er meget højere. Derudover, i modsætning til adsorption, er kemisorption normalt irreversibel og lokaliseret, det vil sige, at den forekommer på visse steder - aktive centre. Et eksempel på mellemliggende muligheder, der kombinerer egenskaberne ved både adsorption og kemisorption, er interaktionen mellem ilt på metaller og brint på nikkel: ved lave temperaturer adsorberes de i overensstemmelse med lovene for fysisk adsorption, men når temperaturen stiger, begynder kemisorption at forekomme. .

Lignende fænomener

I det foregående afsnit diskuterede vi tilfældet med en heterogen reaktion, der forekommer på en overflade - kemisorption. Der er dog tilfælde af heterogene reaktioner i hele volumen og ikke kun på overfladen: dette er den sædvanlige heterogene reaktion. Absorption over hele volumen kan også finde sted under påvirkning af fysiske kræfter. Dette tilfælde kaldes absorption.

Typer af interaktioner	Interaktioner kun på overfladen	Interaktioner hele vejen igennem
Fysisk	Adsorption	Absorption
Kemisk	Kemisorption	heterogen reaktion

Fysisk adsorption

Fysiske adsorptionsmodeller
Monolagsdannelse	energidiagram

Ris. 1: a) adsorbent, b) adsorbat, c) adsorbent (gasfase eller opløsning)	Ris. 2: a) adsorbent, b) adsorbat, c) gasfase, d - afstand, E - energi, E b - adsorptionsenergi, (1) desorption, (2) adsorption
polykondensering	Selektiv adsorption

Ris. 3: a) adsorbent, b) adsorbat, c) kondensat, d) adsorbent (gasfase eller opløsning)	Ris. 4: a) adsorbent, b) adsorbat, c) adsorbenter (gasfase eller opløsning): overvejende adsorption af blå partikler er vist

Adsorption er forårsaget af uspecifikke (det vil sige stof-uafhængige) van der Waals-kræfter . Adsorption kompliceret af kemisk interaktion mellem adsorbent og adsorbat er et særligt tilfælde. Fænomener af denne art kaldes kemisorption og kemisk adsorption . "Almindelig" adsorption i det tilfælde, hvor det er påkrævet at understrege arten af vekselvirkningskræfterne, kaldes fysisk adsorption .

Fysisk adsorption er en reversibel proces, ligevægtstilstanden bestemmes af lige hastigheder af adsorption af adsorbatmolekyler P på ledige steder på adsorbentoverfladen S * og desorption - frigivelse af adsorbatet fra den bundne tilstand S - P :

S^{*}+P\venstrehøjrepil SP

;

ligevægtsligningen i dette tilfælde:

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

hvor K er ligevægtskonstanten , [S − P] og [S * ] er proportionerne af adsorbentoverfladen optaget og ubesat af adsorbatet, og [P] er koncentrationen af adsorbatet.

Kvantitativt beskrives processen med fysisk monomolekylær adsorption i det tilfælde, hvor den intermolekylære interaktion af adsorbatet kan negligeres af Langmuir- ligningen :

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

hvor er fraktionen af adsorbentens overfladeareal optaget af adsorbatet, er Langmuir-adsorptionskoefficienten, og P er adsorbatkoncentrationen. $\theta$ $\alfa$

Da og henholdsvis , kan adsorptionsligevægtsligningen skrives som følger: $[SP]=\theta$ $[S^{*}]=1-\theta$

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

Langmuir-ligningen er en form for adsorptionsisotermligningen . Under adsorptionsisoterm-ligningen (det forkortede udtryk adsorptionsisoterm bruges oftere) forstås afhængigheden af ligevægtsadsorptionsværdien af adsorbatkoncentrationen a=f(C) ved en konstant temperatur ( T=const ). Koncentrationen af adsorbenten i tilfælde af adsorption fra en væske udtrykkes som regel i mol- eller massefraktioner. Ofte, især ved adsorption fra opløsninger, anvendes den relative værdi: C / C s , hvor C er koncentrationen, C s er den begrænsende koncentration (mætningskoncentration) af adsorptionsmidlet ved en given temperatur. Ved adsorption fra gasfasen kan koncentrationen udtrykkes i absolutte trykenheder, eller, hvilket er særligt typisk for dampadsorption, i relative enheder: P/P s , hvor P er damptrykket, P s er mættet damptryk af dette stof. Selve adsorptionsværdien kan også udtrykkes i koncentrationsenheder (forholdet mellem antallet af adsorbatmolekyler og det samlede antal molekyler ved grænsefladen). Til adsorption på faste adsorbenter, især når man overvejer praktiske problemer, anvendes forholdet mellem massen eller mængden af absorberet stof og massen af adsorbenten, f.eks. mg/g eller mmol/g.

Vigtigheden af adsorption

Adsorption er et universelt og allestedsnærværende fænomen, der finder sted altid og overalt, hvor der er en grænseflade mellem faser. Af største praktiske betydning er adsorptionen af overfladeaktive stoffer og adsorptionen af urenheder fra en gas eller væske med specielle højeffektive adsorbenter. Forskellige materialer med en høj specifik overflade kan fungere som adsorbenter: porøst kulstof (den mest almindelige form er aktivt kul ), silicageler , zeolitter samt nogle andre grupper af naturlige mineraler og syntetiske stoffer. Jordens adsorptionsegenskaber er en vigtig egenskab for ingeniørgeologi .

Adsorption (især kemisorption) er også vigtig i heterogen katalyse . Et eksempel på adsorptionsanlæg er givet på siden for nitrogenplanter .

Et adsorptionsanlæg kaldes en adsorber .

Se også

Noter

↑ adsorption // IUPAC Gold Book . Dato for adgang: 16. januar 2013. Arkiveret fra originalen 27. november 2012. (ubestemt)
↑ desorption // IUPAC Gold Book . Dato for adgang: 16. januar 2013. Arkiveret fra originalen 24. oktober 2012. (ubestemt)
↑ Alexander Alexandrovich Saranin, Andrey Valentinovich Smirnov. Adsorption: A Dictionary of Nanotechnology Terms . Rusnano (CC-BY-SA 3.0). Hentet 20. marts 2012. Arkiveret fra originalen 31. maj 2012. (ubestemt)

Litteratur

Frolov Yu. G. Kursus i kolloid kemi. Overfladefænomener og spredningssystemer. - M.: Kemi, 1989. - 464 s.
Keltsev NV Fundamentals af adsorptionsteknologi. - M.: Kemi, 1984. - 592 s.
Greg S., Sing K. Adsorption, overfladeareal, porøsitet. - M.: Mir, 1984. - 310 s. *
Adamson A. Fysisk kemi af overflader. – M.: Mir. 1979. - 568 s.
Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. et al. Introduktion til overfladefysik / Ed. V. I. Sergienko. — M.: Nauka, 2006. — 490 s.
Karnaukhov A.P. Adsorption. Tekstur af dispergerede og porøse materialer. - Novosibirsk: Videnskab. 1999. - 470 s.
Kemisk encyklopædi. T. 1. - M .: Soviet Encyclopedia, 1990. - 623 s.
Poltorak O.M. Termodynamik i fysisk kemi. - M .: Højere skole, 1991. - 319 s.
Beryozkin V.I. Introduktion til fysisk adsorption og teknologi af carbonadsorbenter. - St. Petersborg: Victoria Plus, 2013. - 409 s. — ISBN 978-5-91673-128-6

Links

Adsorption // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk stor kinesisk Stor russer Brockhaus og Efron Lille Brockhaus og Efron Britannica (online) Britannica (online) Universalis Moderne Ukraine
I bibliografiske kataloger	GND : 4000536-7 J9U : 987007292943605171 LCCN : sh85001022 NDL : 00567353 NKC : ph118263