Adsorpce

Adsorpce ( lat. ad - on, at, in; sorbeo - absorbovat) - spontánní proces zvyšování koncentrace rozpuštěné látky na rozhraní dvou fází ( pevná fáze - kapalina, kondenzovaná fáze - plyn) vlivem nekompenzovaných sil intermolekulární interakce při fázové separaci [1] . Adsorpce je speciální případ sorpce , proces, opak adsorpce - desorpce [2] .

Základní pojmy

Absorbovaná látka, která je stále v převážné části fáze, se nazývá adsorbát , absorbovaný - adsorbát . V užším slova smyslu je adsorpce často chápána jako absorpce nečistoty z plynu nebo kapaliny pevným (v případě plynu a kapaliny) nebo kapalinou (v případě plynu) - adsorbentem . V tomto případě, stejně jako v obecném případě adsorpce, se nečistota koncentruje na rozhraní adsorbent-kapalina nebo adsorbent-plyn. Proces, opak adsorpce, tedy přenos látky z rozhraní do objemu fáze, se nazývá desorpce . Pokud jsou rychlosti adsorpce a desorpce stejné, pak hovoří o ustavení adsorpční rovnováhy . V rovnovážném stavu zůstává počet adsorbovaných molekul konstantní po libovolně dlouhou dobu, pokud se nemění vnější podmínky (tlak, teplota a složení systému) [3] .

Adsorpce a chemisorpce

Na rozhraní mezi dvěma fázemi může kromě adsorpce, zejména v důsledku fyzikálních interakcí (hlavně van der Waalsových sil ), probíhat chemická reakce. Tento proces se nazývá chemisorpce . Jasné rozlišení mezi adsorpcí a chemisorpcí není vždy možné. Jedním z hlavních parametrů, kterými se tyto jevy liší, je tepelný účinek: například tepelný účinek fyzikální adsorpce se obvykle blíží teplu zkapalňování adsorbátu, zatímco tepelný účinek chemisorpce je mnohem vyšší. Navíc na rozdíl od adsorpce je chemisorpce obvykle nevratná a lokalizovaná, to znamená, že se vyskytuje na určitých místech - aktivních centrech. Příkladem mezilehlých možností, které kombinují vlastnosti adsorpce i chemisorpce, je interakce kyslíku na kovech a vodíku na niklu: při nízkých teplotách se adsorbují podle zákonů fyzikální adsorpce, ale jak teplota stoupá, začíná docházet k chemisorpci .

Podobné jevy

V předchozí části jsme diskutovali o případu heterogenní reakce probíhající na povrchu – chemisorpci. Existují však případy heterogenních reakcí v celém objemu, a nejen na povrchu: to je obvyklá heterogenní reakce. Absorpce v celém objemu může probíhat i působením fyzikálních sil. Tento případ se nazývá absorpce.

Typy interakcí	Interakce pouze na povrchu	Interakce po celou dobu
Fyzický	Adsorpce	Vstřebávání
Chemikálie	Chemisorpce	heterogenní reakce

Fyzikální adsorpce

Fyzikální adsorpční modely
Tvorba monovrstvy	energetický diagram

Rýže. 1: a) adsorbent, b) adsorbát, c) adsorbent (plynná fáze nebo roztok)	Rýže. 2: a) adsorbent, b) adsorbát, c) plynná fáze, d - vzdálenost, E - energie, E b - adsorpční energie, (1) desorpce, (2) adsorpce
Polykondenzace	Selektivní adsorpce

Rýže. 3: a) adsorbent, b) adsorbát, c) kondenzát, d) adsorbent (plynná fáze nebo roztok)	Rýže. 4: a) adsorbent, b) adsorbát, c) adsorbenty (plynná fáze nebo roztok): je znázorněna převládající adsorpce modrých částic

Adsorpce je způsobena nespecifickými (tj. na látce nezávislými) van der Waalsovými silami . Adsorpce komplikovaná chemickou interakcí mezi adsorbentem a adsorbátem je zvláštní případ. Jevy tohoto druhu se nazývají chemisorpce a chemická adsorpce . "Obyčejná" adsorpce v případě, kdy je třeba zdůraznit povahu sil interakce, se nazývá fyzikální adsorpce .

Fyzikální adsorpce je reverzibilní proces, rovnovážný stav je určen stejnými rychlostmi adsorpce molekul adsorbátu P na prázdných místech povrchu adsorbentu S * a desorpce - uvolnění adsorbátu z vázaného stavu S - P :

S^{*}+P\leftrightarrow SP

;

v tomto případě rovnice rovnováhy:

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

kde K je rovnovážná konstanta , [S − P] a [S * ] jsou poměry povrchu adsorbentu obsazeného a neobsazeného adsorbátem a [P] je koncentrace adsorbátu.

Kvantitativně je proces fyzikální monomolekulární adsorpce v případě, kdy lze zanedbat intermolekulární interakci adsorbátu, popsán Langmuirovou rovnicí :

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

kde je zlomek plochy povrchu adsorbentu obsazený adsorbátem, je Langmuirův adsorpční koeficient a P je koncentrace adsorbátu. $\theta$ $\alpha$

Protože a respektive , rovnici adsorpční rovnováhy lze zapsat takto: $[SP]=\theta$ $[S^{*}]=1-\theta$

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

Langmuirova rovnice je forma rovnice adsorpční izotermy . Pod rovnicí adsorpční izotermy (častěji se používá zkrácený termín adsorpční izoterma) se rozumí závislost hodnoty rovnovážné adsorpce na koncentraci adsorbátu a=f(C) při konstantní teplotě ( T=konst ). Koncentrace adsorbentu pro případ adsorpce z kapaliny se vyjadřuje zpravidla v molárních nebo hmotnostních zlomcích. Často, zejména v případě adsorpce z roztoků, se používá relativní hodnota: C / C s , kde C je koncentrace, C s je mezní koncentrace (koncentrace nasycení) adsorpce při dané teplotě. V případě adsorpce z plynné fáze může být koncentrace vyjádřena v jednotkách absolutního tlaku, nebo, což je typické zejména pro adsorpci par, v relativních jednotkách: P/P s , kde P je tlak par, P s je tlak nasycených par této látky. Vlastní hodnotu adsorpce lze vyjádřit i v jednotkách koncentrace (poměr počtu molekul adsorbátu k celkovému počtu molekul na rozhraní). Pro adsorpci na pevné adsorbenty, zejména při zvažování praktických problémů, se používá poměr hmotnosti nebo množství absorbované látky k hmotnosti adsorbentu, například mg/g nebo mmol/g.

Význam adsorpce

Adsorpce je univerzální a všudypřítomný jev, který probíhá vždy a všude tam, kde existuje rozhraní mezi fázemi. Největší praktický význam má adsorpce povrchově aktivních látek a adsorpce nečistot z plynu nebo kapaliny speciálními vysoce účinnými adsorbenty. Jako adsorbenty mohou působit různé materiály s vysokým specifickým povrchem: porézní uhlí (nejčastější formou je aktivní uhlí ), silikagely , zeolity , ale i některé další skupiny přírodních minerálů a syntetických látek. Adsorpční vlastnosti zemin jsou důležitou charakteristikou pro inženýrskou geologii .

Při heterogenní katalýze je důležitá také adsorpce (zejména chemisorpce) . Příklad adsorpčních rostlin je uveden na stránce dusíkatých rostlin .

Adsorpční zařízení se nazývá adsorbér .

Viz také

Poznámky

↑ adsorpce // Zlatá kniha IUPAC . Datum přístupu: 16. ledna 2013. Archivováno z originálu 27. listopadu 2012. (neurčitý)
↑ desorpce // Zlatá kniha IUPAC . Datum přístupu: 16. ledna 2013. Archivováno z originálu 24. října 2012. (neurčitý)
↑ Alexandr Alexandrovič Saranin, Andrej Valentinovič Smirnov. Adsorpce: Slovník pojmů nanotechnologie . Rusnano (CC-BY-SA 3.0). Získáno 20. března 2012. Archivováno z originálu 31. května 2012. (neurčitý)

Literatura

Frolov Yu. G. Kurz koloidní chemie. Povrchové jevy a disperzní systémy. - M.: Chemie, 1989. - 464 s.
Keltsev NV Základy adsorpční technologie. - M.: Chemie, 1984. - 592 s.
Greg S., Sing K. Adsorpce, plocha povrchu, porozita. - M.: Mir, 1984. - 310 s. *
Adamson A. Fyzikální chemie povrchů. – M.: Mir. 1979. - 568 s.
Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. et al. Úvod do fyziky povrchů / Ed. V. I. Sergienko. — M.: Nauka, 2006. — 490 s.
Karnaukhov A.P. Adsorpce. Textura disperzních a porézních materiálů. - Novosibirsk: Věda. 1999. - 470 s.
Chemická encyklopedie. T. 1. - M .: Sovětská encyklopedie, 1990. - 623 s.
Poltorak O.M. Termodynamika ve fyzikální chemii. - M .: Vyšší škola, 1991. - 319 s.
Beryozkin V.I. Úvod do fyzikální adsorpce a technologie uhlíkových adsorbentů. - Petrohrad: Victoria Plus, 2013. - 409 s. — ISBN 978-5-91673-128-6

Odkazy

Adsorpce // Encyklopedický slovník Brockhaus a Efron : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština velká čínština Velký Rus Brockhaus a Efron Malý Brockhaus a Efron Britannica (online) Britannica (online) Universalis Moderní Ukrajina
V bibliografických katalozích	GND : 4000536-7 J9U : 987007292943605171 LCCN : sh85001022 NDL : 00567353 NKC : ph118263