Language
Country/Area
No result found
分子ダンス：自然界で吸着はどのようにして静かに起こるのか？
吸着とは、気体、液体、または溶解した固体内の物質の原子、イオン、または分子が表面に付着するプロセスです。このプロセスにより、吸着剤の表面に吸着質と呼ばれる薄い膜が形成されます。吸着は、液体（吸収剤）が液体または固体（吸収剤）に溶解または浸透する吸収とは異なります。吸着は表面現象であり、吸収とは明確に区別されます。
多くの自然および人工のシステムの動作は、空気中の汚染物質の吸着や水の浄化など、吸着現象の微妙な効果に依存しています。
吸着プロセスは、物理吸着（physisorbtion）と化学吸着（chemisorbtion）に分けられます。物理吸着は主に弱いファンデルワールス力によって引き起こされますが、化学吸着は強い共有結合を伴います。このプロセスは静電気の引力によっても発生する可能性があります。吸着の性質は吸着質の構造に影響を及ぼす可能性があります。たとえば、溶液からのポリマーの物理的吸着により、表面に押しつぶされた構造が生じる可能性があります。このプロセスは自然界に存在するだけでなく、ハイブリッド触媒、活性炭、吸着冷却器、浄水などの産業界でも広く使用されています。
製薬業界では、吸着は特定の薬剤に対する神経系の曝露を延長するためにも使用されていますが、これはあまり知られていない用途です。
吸着等温線
ガスや溶質の吸着は通常、等温線、つまり吸着剤上の吸着量と一定温度における圧力（ガスの場合）または濃度（液体の溶質の場合）の関係によって説明されます。これまでに 15 種類の異なる等温線モデルが開発されており、その最も初期のモデルの一つは 1906 年に Freundlich によって提案されました。
フロイントリッヒモデル
フロイントリッヒ等温線は、吸着剤の質量、吸着質の質量、およびその圧力を含む経験式に基づいており、吸着プロセスの変化を簡潔に説明します。この式は特定の条件下での等温線を完全に正確に記述することはできませんが、吸着研究における重要な前進を示しています。
ラングモア モデル
1918 年までに、ラングミュアは統計熱力学に基づいた半経験的等温線モデルを開発し、幅広い用途に利用されました。このモデルの主な仮定は、すべての吸着部位が同等であり、1 つの部位には 1 つの分子しか収容できないということです。これらの仮定は必ずしも現実には当てはまりませんが、ほとんどの吸着モデルでは、依然としてラングミュア モデルが優先的に選択されています。
ラングミュア吸着機構は、ガス分子が吸着部位と平衡を形成し、特定の速度定数で吸着および脱着できることを示しています。
BET モデル
科学者たちは、時間の経過とともに、吸着された分子は単一の層ではなく、複数の層を形成することが多いことを発見しました。 1938 年、ブルーナー、エメット、テイラーは、この現象を説明するために BET 理論を提唱しました。この理論はラングミュアのメカニズムを修正し、多層吸着のプロセスを分析し、より正確な数学モデルを提供します。
吸着の熱力学的性質
吸着定数は平衡定数なので、ファントホッフの式に従います。この式は、吸着熱 (ΔH) と吸着平衡定数 (K) の関係を示しており、吸着プロセスの熱力学的特性を明らかにしています。このようにして、科学者たちは吸着のメカニズムとそれがシステムに与える影響についてより深い理解を得ることができました。
吸着現象を深く調べていくと、広範囲にわたる自然および人工のプロセスにおけるその重要性がわかってきます。
吸着は生態系、産業プロセス、日常生活において欠かせない役割を果たしています。この現象の技術的応用と環境への影響を考えるとき、私たちは「吸着は、新しい技術の開発と生態系のバランスの維持の間で、どのように私たちにさらなる可能性を生み出すことができるのか」という疑問を抱かずにはいられません。
