Language
Country/Area
No result found
Молекулярный танец: как в природе происходит тихая адсорбция?
Адсорбция — это процесс, при котором атомы, ионы или молекулы вещества в газе, жидкости или растворенном твердом теле прилипают к поверхности. В результате этого процесса на поверхности адсорбента образуется тонкая пленка, называемая адсорбатом. Адсорбция отличается от абсорбции, при которой жидкость (абсорбент) растворяется или проникает в жидкость или твердое тело (абсорбент). Адсорбция — поверхностное явление, которое четко отличается от абсорбции.
Функционирование многих природных и искусственных систем зависит от тонких эффектов явлений адсорбции, включая адсорбцию загрязняющих веществ из воздуха и очистку воды.
Процесс адсорбции можно разделить на физическую адсорбцию (физисорбцию) и химическую адсорбцию (хемосорбцию). Физическая адсорбция в основном обусловлена слабыми силами Ван-дер-Ваальса, тогда как химическая адсорбция подразумевает прочные ковалентные связи. Этот процесс может также происходить из-за электростатического притяжения. Характер адсорбции может влиять на структуру адсорбата; например, физическая адсорбция полимера из раствора может привести к образованию раздавленной структуры на поверхности. Этот процесс не только существует в природе, но и широко используется в промышленности, например, в гибридных катализаторах, активированном угле, адсорбционных охладителях и очистке воды.
В фармацевтической промышленности адсорбция также используется для продления воздействия определенных лекарственных препаратов на нервную систему, что является менее известным применением.
Изотерма адсорбции
Адсорбция газов и растворенных веществ обычно описывается изотермами, то есть зависимостью между количеством адсорбата на адсорбенте и его давлением (для газов) или концентрацией (для жидких растворенных веществ) при постоянной температуре. К настоящему времени разработано пятнадцать различных моделей изотерм, одна из самых ранних из которых была предложена Фрейндлихом в 1906 году.
Модель Фрейндлиха
Изотерма Фрейндлиха основана на эмпирической формуле, включающей массу адсорбента, массу адсорбата и его давление, которая кратко описывает изменения в процессе адсорбции. Хотя эта формула не может полностью точно описать изотерму при определенных условиях, она знаменует собой важный шаг вперед в исследовании адсорбции.
Модель Лэнгмора
К 1918 году Ленгмюр разработал полуэмпирическую модель изотермы, основанную на статистической термодинамике, которая имела широкий спектр применения. Ключевое предположение этой модели заключается в том, что все центры адсорбции эквивалентны и что на одном центре может разместиться только одна молекула. Хотя эти предположения не обязательно соответствуют действительности, модель Ленгмюра остается предпочтительным выбором для большинства моделей адсорбции.
Механизм адсорбции Ленгмюра показывает, что молекулы газа могут образовывать равновесие с центрами адсорбции и адсорбироваться и десорбироваться с определенными константами скорости.
Модель BET
Со временем ученые обнаружили, что адсорбированные молекулы часто не располагаются в одном слое, а могут образовывать несколько слоев. В 1938 году Брунер, Эмметт и Тейлор представили теорию БЭТ для объяснения этого явления. Эта теория модифицирует механизм Ленгмюра, позволяет анализировать процесс многослойной адсорбции и дает более точную математическую модель.
Термодинамические свойства адсорбции
Константа адсорбции является константой равновесия и поэтому подчиняется уравнению Вант-Гоффа. Это уравнение показывает связь между теплотой адсорбции (ΔH) и константой равновесия адсорбции (K), тем самым раскрывая термодинамические характеристики процесса адсорбции. Таким образом, ученым удалось глубже понять механизмы адсорбции и ее влияние на систему.
По мере того, как мы глубже погружаемся в явление адсорбции, мы начинаем осознавать его важность в широком спектре естественных и искусственных процессов.
Адсорбция играет незаменимую роль в экосистемах, промышленных процессах и повседневной жизни. Когда мы думаем о технологических применениях этого явления и его влиянии на окружающую среду, мы не можем не задаться вопросом: как адсорбция может создать для нас больше возможностей между разработкой новых технологий и поддержанием экологического баланса?
