Ερωτήσεις προσρόφησης

Η προσρόφηση είναι η διαδικασία με την οποία άτομα, ιόντα ή μόρια προσκολλώνται σε μια επιφάνεια από αέριο, υγρό ή διαλυμένα στερεά. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η απορρόφηση εμφανίζεται σε ολόκληρο τον όγκο, ενώ η προσρόφηση εμφανίζεται στην επιφάνεια. Άρα, η προσρόφηση είναι ένα επιφανειακό φαινόμενο. Η προσρόφηση, όπως και η επιφανειακή τάση, προκύπτει από την παρουσία επιφανειακής ενέργειας. Η προσέλκυση και η διατήρηση σωματιδίων στην υγρή ή στερεή επιφάνεια κάνει τα μόρια να συγκεντρώνονται περισσότερο σε αυτήν την επιφάνεια.

Απορρόφηση

Η προσρόφηση είναι το φαινόμενο μέσω του οποίου άτομα, μόρια ή ιοντικά συστατικά μιας ουσίας συσσωματώνονται στην επιφάνεια. Ο Heinrich Kayser, ένας Γερμανός επιστήμονας, επινόησε τον όρο προσρόφηση το 1881. Όταν πρόκειται για επιφανειακά φαινόμενα, προσρόφηση είναι η προσκόλληση των σωματιδίων στην επιφάνεια. Συνήθως αποτελείται από διαλυμένα αέρια, υγρά, στερεά μόρια, άτομα ή ιόντα.

Η χημεία επιφανειών ασχολείται με τα συμβάντα σε ή κοντά σε επιφάνειες ή διεπαφές.

Στοιχεία προσρόφησης

Αυτό το φαινόμενο της επιφάνειας απαιτεί δύο συστατικά - προσροφητικό και προσροφητικό.

Adsorbate:Προσροφητικό είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει την προσροφημένη ουσία σε μια επιφάνεια. Για παράδειγμα, εάν το αέριο προσροφάται στη στερεά επιφάνεια, αναφέρεται ως προσροφητικό.
Προροφητικό:Όταν συμβαίνει προσρόφηση, η ουσία που σχηματίζει μια επιφάνεια στην οποία μπορεί να λάβει χώρα αναφέρεται ως προσροφητικό. Τα προσροφητικά μπορεί να είναι στερεά ή υγρά. Περιλαμβάνει σκόνες μετάλλων, σκόνη ξυλάνθρακα και σκόνη πυριτίου. Λόγω της μεγάλης επιφάνειας τους, ο ενεργός άνθρακας, το πυρίτιο και η αλουμίνα, μεταξύ άλλων, είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά προσροφητικά.

Διαφορετικοί τύποι προσρόφησης

Η προσρόφηση ταξινομείται σε δύο τύπους - φυσική προσρόφηση, επίσης γνωστή ως φυσικοπροσρόφηση και χημική προσρόφηση, επίσης γνωστή ως χημειορόφηση.

Φυσική προσρόφηση

Οι δυνάμεις Van der Waals παίζουν ρόλο στην προσρόφηση αερίων σε μια στερεή επιφάνεια.

Ιδιότητες φυσικής προσρόφησης

Σε περίπτωση φυσικής προσρόφησης, δεν υπάρχει εξειδίκευση. Κάθε αέριο προσροφάται στην επιφάνεια του στερεού.
Τα εύκολα υγροποιήσιμα αέρια απορροφώνται φυσικά σε μεγάλο βαθμό.
Στη φύση, η φυσική προσρόφηση είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία. Ο όγκος του αερίου πέφτει λόγω της αύξησης της πίεσης και περισσότερο αέριο είναι προσροφήσιμο. Έτσι, η μείωση της πίεσης απομακρύνει το αέριο από μια στερεή επιφάνεια. Η φυσική προσρόφηση διευκολύνεται από χαμηλές θερμοκρασίες, ενώ οι υψηλές θερμοκρασίες επιβραδύνουν τη διαδικασία προσρόφησης.
Ο ρυθμός προσρόφησης αυξάνεται όσο αυξάνεται η επιφάνεια. Τα πορώδη υλικά και τα λεπτά σπασμένα μέταλλα λειτουργούν ως εξαιρετικά προσροφητικά.
Η φυσική προσρόφηση είναι εξώθερμη.
Δεν απαιτείται ενέργεια ενεργοποίησης.

Χημική προσρόφηση

Η χημική προσρόφηση είναι επίσης γνωστή ως χημειορόφηση. Η χημική προσρόφηση λαμβάνει χώρα όταν μόρια ή άτομα αερίου συνδέονται σε μια στερεά επιφάνεια με χημικούς δεσμούς.

Ιδιότητες της χημικής προσρόφησης

Σε σύγκριση με τη φυσική προσρόφηση, αυτός ο τύπος προσρόφησης είναι πιο εξειδικευμένος. Η προσρόφηση γίνεται μόνο όταν το προσροφητικό και το προσροφητικό σχηματίζουν χημικούς δεσμούς.
Η χημική προσρόφηση είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία. Αν και αυτή είναι μια εξώθερμη διαδικασία, είναι αργή σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η χημειορόφηση συμβαίνει παρουσία αύξησης της θερμοκρασίας. Η χημική απορρόφηση διευκολύνεται από την υψηλή πίεση.
Η χημική απορρόφηση αυξάνεται όσο αυξάνεται η επιφάνεια.
Η χημική απορρόφηση έχει υψηλή ενθαλπία λόγω του σχηματισμού χημικών δεσμών.
Υπάρχει απαίτηση για ενέργεια ενεργοποίησης.
Το μονομοριακό στρώμα είναι το τελικό αποτέλεσμα.

Μηχανισμός προσρόφησης

Η προσρόφηση συμβαίνει όταν η επιφάνεια και η μάζα της καθαρής δύναμης του προσροφητικού δεν είναι πανομοιότυπες.
Μη ισορροπημένες ή υπολειπόμενες ελκτικές δυνάμεις δρουν στα σωματίδια στο προσροφητικό υλικό.
Η μεταφορά φόρτισης γίνεται μεταξύ του προσροφητικού και του προσροφητικού.
Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό μιας διπολικής ροπής.
Ιόντα, άτομα και μόρια από υγρά, αέρια και διαλυμένα στερεά προσκολλώνται σε μια επιφάνεια.
Σχηματίζεται προσροφητικό φιλμ στην επιφάνεια προσρόφησης.
Η προσρόφηση μειώνει πάντα τις υπολειπόμενες ελκτικές δυνάμεις της επιφάνειας.
Συμβαίνει μια εξώθερμη αντίδραση, που σημαίνει ότι απελευθερώνει ενέργεια.
Η ενέργεια της επιφάνειας μειώνεται, με αποτέλεσμα τη θερμότητα. Αυτό αναφέρεται ως θερμότητα προσρόφησης.
Η προσρόφηση γίνεται φυσικά σε θερμοκρασία και πίεση δωματίου.

Παράγοντες που επηρεάζουν την έκταση και το ποσοστό προσρόφησης

Η προσρόφηση συμβαίνει σχεδόν σε όλες τις στερεές επιφάνειες. Η έκταση και ο ρυθμός προσρόφησης σε μια προσροφητική επιφάνεια εξαρτώνται από τους ακόλουθους παράγοντες:

Επίδραση πίεσης
Επίδραση θερμοκρασίας
Φύση του Adsorbate
Φύση του προσροφητικού
Εμφάνιση επιφάνειας προσροφητικού

Εφαρμογές προσρόφησης

Οι ακόλουθες είναι οι εφαρμογές της προσρόφησης:

Η τεχνική προσρόφησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία υψηλού κενού. Απαιτείται ενεργός άνθρακας για τη δημιουργία του κενού.
Η προσρόφηση εφαρμόζεται σε μάσκες αερίων ανθρακωρυχείου. Οι μάσκες αερίων προσροφούν επιβλαβή αέρια. Αυτό καθαρίζει τον αέρα για αναπνοή.
Η υγρασία απορροφάται από πηκτώματα πυριτίου και αλουμινίου.
Ο άνθρακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον διαχωρισμό των ευγενών αερίων.
Η προσρόφηση φαρμάκων είναι μια μέθοδος θανάτωσης μικροοργανισμών.
Η προσρόφηση είναι η βάση της χρωματογραφικής ανάλυσης.
Η σκόνη άνθρακα χρησιμοποιείται για τον αποχρωματισμό των διαλυμάτων ζάχαρης.
Η προσρόφηση είναι σημαντική στη βιομηχανία χρωμάτων. Τα χρώματα με διαλυμένα αέρια δεν προσκολλώνται καλά στις επιφάνειες και, ως εκ τούτου, έχουν κακή καλυπτική ισχύ.
Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται επίσης για τη δημιουργία σταθερών γαλακτωμάτων για καλλυντικά και σιρόπια.
Η προσρόφηση παίζει επίσης ρόλο στις δραστηριότητες καθαρισμού των σαπουνιών και των απορρυπαντικών.

Συμπέρασμα

Μια αντίδραση προσρόφησης συμβαίνει όταν μόρια υλικών έλκονται και συνδέονται με την υγρή επιφάνεια ή το στερεό, αυξάνοντας τη συγκέντρωσή τους. Λόγω της εξώθερμης φύσης της προσρόφησης, η προκύπτουσα μεταβολή στην ενθαλπία είναι πάντα αρνητική. Όταν τα προσροφημένα μόρια προσκολλώνται σε μια επιφάνεια, η ελευθερία κινήσεών τους περιορίζεται, μειώνοντας την εντροπία. Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs μειώνεται λόγω της αυθόρμητης προσρόφησης υπό σταθερή πίεση και θερμοκρασία.