АДСОРБЦИЯ
АДСОРБЦИЯ (от лат. ad — на, при и sorbeo — поглощаю), процесс, приводящий к аномально высокой концентрации вещества (адсорбата) из газообразной или жидкой среды на поверхности её раздела с жидкостью или твердым телом (адсорбентом). Адсорбция происходит под действием некомпенсированных сил межмолекулярного взаимодействия в поверхностном слое адсорбента, что вызывает притяжение молекул адсорбата из приповерхностной области. Адсорбция приводит к уменьшению поверхностной энергии. В зависимости от характера взаимодействия молекул адсорбента и адсорбата различают физическую адсорбцию и хемосорбцию. Физическая адсорбция не сопровождается химическими изменениями молекул. При такой адсорбции молекулы могут образовывать не только мономолекулярный слой, но и адсорбироваться многослойно, а также мигрировать по поверхности. Процессы хемосорбции сопровождаются образованием связи между молекулами адсорбента и адсорбата. Адсорбированные молекулы через некоторое время (время адсорбции) покидают поверхность адсорбата — десорбируются. Количествово молекул, адсорбирующихся (десорбирующихся) в единицу времени на единице поверхности (с еденицы поверхности), называют скоростью адсорбции (скоростью десорбции). При равенстве скорости адсорбции и десорбции имеет место адсорбционное равновесие. С ростом температуры время физической адсорбции и количество адсорбированных молекул уменьшается, в то время как скорость хемосорбции обычно возрастает. Скорость адсорбци повышается с увеличением концентрации и, следовательно, давления адсорбата в объёме. Зависимость равновесной адсорбции от концентрации (давления) адсорбата при постоянной температуре называют изотермами адсорбции. Для описания монослойного покрытия поверхности адсорбента в системе газ — твердое тело существует несколько основных типов изотерм адсорбции; наиболее, общая — изотерма Ленгмюра: q = kp/(1+kp) , где р — давление, q — относительная, степень заполнения поверхности адсорбированными молекулами, k — константа, зависящая от температуры и характера взаимодействия между частицами адсорбента и адсорбата. Изотерма Ленгмюра может служить для описания как физической адсорбции, так и хемосорбции, однако область её применения ограничена, как правило, низкими степенями заполнения, при которых молекулы адсорбата не взаимодействуют между собой. При более высоких значениях в молекулы адсорбата притягиваются не только молекулами адсорбента, но и друг к другу, поэтому по мере заполнения поверхности условия для адсорбции становятся всё более благоприятными и q резко возрастает с повышением р, но при степенях заполнения, близких к единице, рост адсорбции резко замедляется. При дальнейшем увеличении давления происходит заполнение 2-го, 3-го и т. д. слоев молекулами адсорбата (полимолекулярная адсорбция). Если адсорбент имеет пористую структуру и его поверхность является смачиваемой по отношению к адсорбату, то происходит капиллярная конденсация. Процесс адсорбции сопровождается выделением тепла, называемой теплотой адсорбции, которая тем больше, чем прочнее связь между молекулами адсорбента и адсорбата. Теплота физической адсорбции составляет, как правило, 8—25 кДж/моль, теплота хемосорбции превышает 80 кДж/моль. По мере заполнения однородной поверхности теплота адсорбции обычно уменьшается. При переходе к полимолекулярной адсорбции теплота адсорбции понижается до величины, близкой к теплоте конденсации адсорбата. Адсорбция играет важную роль в процессах теплообмена, разделения газовых и жидких смесей, в биохимических системах. Она является важнейшей стадией образования гетерогенных систем и главным фактором в стабилизации дисперсных систем. Адсорбция проявляется во всех процессах, где существенны поверхностные свойства веществ.