Adsorption

Adsorption ( lat. ad - on, at, in; sorbeo - absorb) - en spontan process för att öka koncentrationen av ett löst ämne i gränsytan mellan två faser ( fast fas - flytande, kondenserad fas - gas) på grund av okompenserade krafter av intermolekylär interaktion vid fasseparationen [1] . Adsorption är ett specialfall av sorption , processen, det omvända av adsorption - desorption [2] .

Grundläggande begrepp

Det absorberade ämnet, som fortfarande är i huvuddelen av fasen, kallas adsorbat , absorberat -adsorbat . I en snävare mening förstås adsorption ofta som absorption av en förorening från en gas eller vätska av en fast substans (när det gäller gas och vätska) eller vätska (när det gäller gas) - adsorbent . I detta fall, som i det allmänna fallet med adsorption, koncentreras föroreningen vid gränsytan adsorbent-vätska eller adsorbent-gas. Processen, det omvända till adsorption, det vill säga överföringen av ett ämne från gränsytan till fasens volym, kallas desorption . Om hastigheterna för adsorption och desorption är lika, säger de om upprättandet av adsorptionsjämvikt . I ett jämviktstillstånd förblir antalet adsorberade molekyler konstant under en godtyckligt lång tid, om de yttre förhållandena (tryck, temperatur och systemets sammansättning) är oförändrade [3] .

Adsorption och kemisorption

Vid gränsytan mellan två faser, förutom adsorption, främst på grund av fysiska interaktioner (främst van der Waals-krafter ), kan en kemisk reaktion inträffa. Denna process kallas kemisorption . En tydlig skillnad mellan adsorption och kemisorption är inte alltid möjlig. En av huvudparametrarna med vilka dessa fenomen skiljer sig är den termiska effekten: till exempel är den termiska effekten av fysikalisk adsorption vanligtvis nära värmen från adsorbat som kondenserar, medan den termiska effekten av kemisorption är mycket högre. Dessutom, till skillnad från adsorption, är kemisorption vanligtvis irreversibel och lokaliserad, det vill säga den förekommer på vissa platser - aktiva centra. Ett exempel på mellanliggande alternativ som kombinerar egenskaperna hos både adsorption och kemisorption är interaktionen av syre på metaller och väte på nickel: vid låga temperaturer adsorberas de enligt fysisk adsorptionslagar, men när temperaturen stiger börjar kemisorption inträffa. .

Liknande fenomen

I föregående avsnitt diskuterade vi fallet med en heterogen reaktion som inträffar på en yta - kemisorption. Det finns dock fall av heterogena reaktioner i hela volymen, och inte bara på ytan: detta är den vanliga heterogena reaktionen. Absorption över hela volymen kan också ske under påverkan av fysiska krafter. Detta fall kallas absorption.

Typer av interaktioner	Interaktioner endast på ytan	Interaktioner genomgående
Fysisk	Adsorption	Absorption
Kemisk	Kemisorption	heterogen reaktion

Fysisk adsorption

Fysiska adsorptionsmodeller
Monolagerbildning	energidiagram

Ris. 1: a) adsorbent, b) adsorbat, c) adsorbent (gasfas eller lösning)	Ris. 2: a) adsorbent, b) adsorbat, c) gasfas, d - avstånd, E - energi, E b - adsorptionsenergi, (1) desorption, (2) adsorption
polykondensation	Selektiv adsorption

Ris. 3: a) adsorbent, b) adsorbat, c) kondensat, d) adsorbent (gasfas eller lösning)	Ris. 4: a) adsorbent, b) adsorbat, c) adsorbenter (gasfas eller lösning): dominerande adsorption av blå partiklar visas

Adsorption orsakas av ospecifika (det vill säga substansoberoende) van der Waals-krafter . Adsorption komplicerad av kemisk interaktion mellan adsorbent och adsorbat är ett specialfall. Fenomen av detta slag kallas kemisorption och kemisk adsorption . "Vanlig" adsorption i det fall då det krävs för att betona karaktären av växelverkanskrafterna kallas fysisk adsorption .

Fysisk adsorption är en reversibel process, jämviktstillståndet bestäms av lika hastigheter för adsorption av adsorbatmolekyler P på lediga platser på adsorbentytan S * och desorption - frisättning av adsorbatet från det bundna tillståndet S - P :

S^{*}+P\leftrightarrow SP

;

jämviktsekvationen i detta fall:

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

där K är jämviktskonstanten , [S − P] och [S * ] är proportionerna av adsorbentytan upptagen och obesatt av adsorbatet, och [P] är koncentrationen av adsorbatet.

Kvantitativt beskrivs processen för fysikalisk monomolekylär adsorption i fallet då den intermolekylära interaktionen av adsorbatet kan försummas av Langmuirs ekvation :

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

där är andelen av adsorbentytan som upptas av adsorbatet, är Langmuir-adsorptionskoefficienten och P är adsorbatkoncentrationen. $\theta$ $\alfa$

Eftersom och, respektive, kan adsorptionsjämviktsekvationen skrivas på följande sätt: $[SP]=\theta$ $[S^{*}]=1-\theta$

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

Langmuirs ekvation är en form av adsorptionsisotermekvationen . Under adsorptionsisotermekvationen (den förkortade termen adsorptionsisoterm används oftare) förstås jämviktsadsorptionsvärdets beroende av adsorbatkoncentrationen a=f(C) vid en konstant temperatur ( T=const ). Koncentrationen av adsorbenten för fallet med adsorption från en vätska uttrycks som regel i mol- eller massfraktioner. Ofta, särskilt vid adsorption från lösningar, används det relativa värdet: C / C s , där C är koncentrationen, C s är den begränsande koncentrationen (mättnadskoncentration) av adsorptiven vid en given temperatur. Vid adsorption från gasfasen kan koncentrationen uttryckas i absoluta tryckenheter, eller, vilket är särskilt typiskt för ångadsorption, i relativa enheter: P/P s , där P är ångtrycket, P s är mättat ångtryck av detta ämne. Själva adsorptionsvärdet kan också uttryckas i koncentrationsenheter (förhållandet mellan antalet adsorbatmolekyler och det totala antalet molekyler vid gränsytan). För adsorption på fasta adsorbenter, speciellt när man överväger praktiska problem, används förhållandet mellan massan eller mängden absorberat ämne och massan av adsorbenten, t.ex. mg/g eller mmol/g.

Vikten av adsorption

Adsorption är ett universellt och allestädes närvarande fenomen som äger rum alltid och överallt där det finns ett gränssnitt mellan faser. Av största praktiska betydelse är adsorptionen av ytaktiva ämnen och adsorptionen av föroreningar från en gas eller vätska med speciella högeffektiva adsorbenter. Olika material med en hög specifik yta kan fungera som adsorbenter: poröst kol (den vanligaste formen är aktivt kol ), kiselgeler , zeoliter , såväl som några andra grupper av naturliga mineraler och syntetiska ämnen. Jordens adsorptionsegenskaper är en viktig egenskap för teknisk geologi .

Adsorption (särskilt kemisorption) är också viktig vid heterogen katalys . Ett exempel på adsorptionsväxter finns på sidan för kväveväxter .

En adsorptionsanläggning kallas en adsorberare .

Se även

Anteckningar

↑ adsorption // IUPAC Gold Book . Datum för åtkomst: 16 januari 2013. Arkiverad från originalet den 27 november 2012. (obestämd)
↑ desorption // IUPAC Gold Book . Tillträdesdatum: 16 januari 2013. Arkiverad från originalet den 24 oktober 2012. (obestämd)
↑ Alexander Alexandrovich Saranin, Andrey Valentinovich Smirnov. Adsorption: A Dictionary of Nanotechnology Terms . Rusnano (CC-BY-SA 3.0). Hämtad 20 mars 2012. Arkiverad från originalet 31 maj 2012. (obestämd)

Litteratur

Frolov Yu. G. Kurs i kolloidkemi. Ytfenomen och spridningssystem. - M.: Kemi, 1989. - 464 sid.
Keltsev NV Grunderna för adsorptionsteknologi. - M.: Kemi, 1984. - 592 sid.
Greg S., Sing K. Adsorption, yta, porositet. - M.: Mir, 1984. - 310 s. *
Adamson A. Ytors fysikaliska kemi. – M.: Mir. 1979. - 568 sid.
Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. et al. Introduktion till ytfysik / Ed. V. I. Sergienko. — M.: Nauka, 2006. — 490 sid.
Karnaukhov A.P. Adsorption. Textur av dispergerade och porösa material. - Novosibirsk: Vetenskap. 1999. - 470 sid.
Kemiskt uppslagsverk. T. 1. - M .: Soviet Encyclopedia, 1990. - 623 sid.
Poltorak O.M. Termodynamik i fysikalisk kemi. - M .: Högre skola, 1991. - 319 sid.
Beryozkin V.I. Introduktion till fysisk adsorption och teknik för koladsorbenter. - St. Petersburg: Victoria Plus, 2013. - 409 sid. — ISBN 978-5-91673-128-6

Länkar

Adsorption // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk stor kines Stor ryss Brockhaus och Efron Litet Brockhaus och Efron Britannica (online) Britannica (online) Universalis Moderna Ukraina
I bibliografiska kataloger	GND : 4000536-7 J9U : 987007292943605171 LCCN : sh85001022 NDL : 00567353 NKC : ph118263