Physisorpcja
Odma jest formą adsorpcji , w której adsorbowany cząsteczki przez Van der Waalsa na podłożu jest połączony - w przeciwieństwie do adsorpcji występują w entalpii adsorpcji w kolejności entalpii wiązania chemicznego.
nieruchomości
Siły elektrostatyczne działające podczas fizysorpcji są słabsze niż siły elektrostatyczne w wiązaniach chemicznych . Z reguły energie wiązania fizysorpcji mieszczą się w zakresie od 4 do 40 kJ / mol. Jedną z form takich sił są siły van der Waalsa, czyli oddziaływanie elektrostatyczne między indukowanymi , fluktuującymi dipolami . Dokładniej mówiąc, mówi się tutaj o siłach dyspersyjnych Londynu . Ponieważ elektrony nie są unieruchomione w cząsteczce, fluktuacje w ich rozkładzie tworzą tymczasowy moment dipolowy, którego średnia wartość w czasie wynosi zero. Pomimo swojej krótkiej żywotności, ten chwilowy moment dipolowy może indukować antyrównoległy moment dipolowy w sąsiedniej cząsteczce, przy czym siły działające są odwrotnie proporcjonalne do szóstej potęgi odległości r (1 / r 6 ).
Jednak w zależności od kombinacji adsorbat-adsorbent, możliwe są również wyższe energie wiązania. O wiele silniejsze siły powstają w wyniku interakcji ze stałymi dipolami na powierzchniach polarnych ( solach ) lub ładunkach zwierciadlanych , tak jak występują w powierzchniach przewodzących prąd (metale). Jednak te interakcje są już tak silne, że niektóre z nich należy traktować jako chemisorpcję.
Najważniejszą właściwością fizysorpcji (w przeciwieństwie do chemisorpcji) jest niewielka zmiana adsorbatu i adsorbentu . Z wyjątkiem relaksacji sieci substratu, nie ma zmian w adsorbencie. W adsorbacie tylko wiązania ulegają niewielkiej zmianie, co jest widoczne w zmienionych częstotliwościach drgań.
Ponieważ struktura chemiczna substancji zaabsorbowanej fizycznie nie zmienia się znacząco, proces ten jest w zasadzie odwracalny. Ponieważ generalnie nie ma energii aktywacji do pokonania, adsorbent jest pokrywany bardzo szybko. Dlatego powierzchnie ciał stałych są zawsze pokryte cienką warstwą substancji zaadsorbowanych w powietrzu. Zwykle zapobiega to spawaniu powierzchni metalowych na zimno .
Za pomocą mikroskopii sił atomowych wykazano bezpośrednie przejście adsorbatu od słabego wiązania van der Waalsa w fizysorpcji do tworzenia wiązania chemicznego.
Efekt Vroman
Efekt Vromana po raz pierwszy opisał Leo Vroman na podstawie wiązania białek osocza . Efekt polega na sukcesywnej akumulacji w mieszaninach białek o różnej masie molowej lub długości łańcucha. Odkrył, że białka osocza: albumina , globulina , fibrynogen , fibronektyna , czynnik XII i kininogeny są adsorbowane jedna po drugiej.
Małe cząsteczki o niskiej masie molowej szybciej dyfundują i jako pierwsze wiążą się z powierzchnią, są one preferowane kinetycznie . Większe cząsteczki mają wyższą energię wiązania, co oznacza, że mniejsze cząsteczki są wymieniane na większe. W równowadze adsorbowane są szczególnie większe cząsteczki.
Aplikacje
Z technicznego punktu widzenia szybka adsorpcja gazów na świeżych, odkrytych powierzchniach jest stosowana w pompach sorpcyjnych i pompach getterowych. Rury elektronowe często mają warstwę gettera wykonaną z naparowanego tytanu w celu utrzymania wymaganej próżni. Tytanowa powierzchnia pozostaje świeża i skuteczna, dopóki rura nie jest uszkodzona.
Innym zastosowaniem fizysorpcji jest oczyszczanie powietrza lub wody za pomocą węgla aktywnego .
literatura
- Andrew Zangwill: Fizyka na powierzchniach , Cambridge University Press 1988, ISBN 0-521-34752-1
Indywidualne dowody
- ^ Ferdinand Huber, Julian Berwanger, Svitlana Polesya, Sergiy Mankovsky, Hubert Ebert: Tworzenie wiązania chemicznego pokazujące przejście od fizysorpcji do chemisorpcji . W: Science . 12 września 2019, ISSN 0036-8075 , s. eaay3444 , doi : 10.1126 / science.aay3444 ( sciencemag.org [dostęp 18 września 2019]).
- ↑ Vroman, L., Adams, AL, Fischer, GC, Munoz, PC: Interakcja kininogenu o wysokiej masie cząsteczkowej, czynnika XII i fibrynogenu w osoczu na granicy faz . W: Blood . 55, nr 1, 1980, str. 156-9. PMID 7350935 .