جذب سطحی و انواع آن

جذب سطحی فرآیندی است که در جریان آن مولکولها به سطح جسمی جامد می‌چسبند. مثلا در ماسکهای گازی ، زغال به عنوان یک ماده جاذب برای گازهای زیان آور بکار می‌رود.

در جذب سطحی فیزیکی معمولی ، مولکولها ، بوسیله نیروهای و اندروالسی به سطح ماده جاذب ، گیر می‌کنند. بنابراین مولکولهایی از گاز که جذب سطحی شده‌اند، تا همان حد تحت تاثیر قرار گرفته‌اند که گویی مایع شده باشند.

در جذب سطحی شیمیایی ، مولکولهای جذب شده ، با پیوندهایی که قابل مقایسه با پیوندهای شیمیایی است، به سطح ماده کاتالیزور نگه داشته می‌شوند. در فرایند تشکیل پیوند با ماده جاذب ، مولکولهایی که بطور شیمیایی جذب شده‌اند، دچار تغییر آرایش الکترونی درونی می‌شوند. پیوندهای درون بعضی از مولکولهای کشیده و ضعیف و حتی پیوند بعضی از آنها شکسته می‌شوند.

مثلا هیدروژن بصورت اتمی بر سطح پلاتین جذب می‌شود. بنابراین تعدادی از ملکولها که بطور شیمیایی جذب سطحی شده‌اند، به صورت کمپلکس فعال‌ شده یک واکنشی که در سطح کاتالیزور شده، عمل می‌کند. 

از سیلیکاژل نیز به علت سطح تماس زیاد به عنوان جاذب گاز استفاده می شود.

اما موارد فوق در مورد جذب سطحی مولکولهای گاز بر روی سطح یک جسم جامد می باشد. در نوعی دیگر از جذب سطحی، جسم حل شده در یک محلول بر روی سطح یک جسم جامد جذب می شود. این پدیده در بیرنگ کردن محلولها و معمولاً با استفاده از زغال فعال به کار می رود.  

یکی دیگر از موارد استفاده، استفاده از جاذبهای مهمی چون سیلیکاژل در انواع روشهای کروماتوگرافی می باشد. در کروماتوگرافی برای تفکیک اجزای یک مخلوط از تمایل نسبی جذب سطحی اجسام حل شونده بر روی یک جاذب همچون سیلیکاژل استفاده می شود. در این گونه موارد تنها یک لایه ی تک مولکولی از جسم حل شونده، به وسله ی نیروهای واندروالس بر روی سطح سیلیکاژل جذب می شود و قدرت حل کنندگی حلال شدیداً مانع تشکیل لایه ی بیشتر و جذب بیشتر بر روی سطح جاذب می شود.
 

در سیلیکاژل، سطح جذب بسیار زیاد است به دلیل اینکه مولکولها انعطاف پذیر بوده و توانایی تغییر شکل موقت در اثر جذب حل شونده را دارند و پس از جدایی مولکولهای جذب شده، سیلیکاژل دوباره ب حال اول خود برمی گردد. 

انواع جذب سطحی را می توان در دو دسته ی جذب سطحی فیزیکی و جذب سطحی شیمیایی جاد داد. هفت اختلاف بین جذب سطحی شیمیایی و فیزیکی وجود دارد که عبارتند از:
1)در جذب سطحی فیزیکی نیزوهای ضعیف واندروالس باعث جذب می شوند ولی در جذب سطحی شیمیایی ، پیوندهای شیمیایی موجب انجام عمل جذب می شوند.
2) انتالپی جذب سطحی فیزیکی کمتر از انتالپی جذب سطحی شیمیایی است.
3) جذب سطحی فیزیکی در پایین تر از نقطه ی جوش جذب شونده اتفاق می افتد ولی در جذب سطحی شیمیایی ، جذب در دماهای بالاتر نیز می تواند اتفاق افتد.
4) در جذب سطحی فیزیکی با افزایش فشار جسم جذب شونده مقدار جذب در واحد سطح افزایش می یابد ولی در جذب سطحی شیمیایی با افزایش فشار جسم جذب شونده ، مقدار جذب در واحد سطح کاهش می یابد.
5) در جذب سطحی فیزیکی، میزان جذب از خصوصیات جسم جذب شونده است، درصورتی که در جذب سطحی شیمیایی میزان جذب از خصوصیات هر دو جسم است.
6) انرژی فعالسازی در جذب سطحی فیزیکی چندان دخیل نیست، درحالیکه در جذب سطحی شیمیایی ممکن است دخیل باشد.
7)جذب سطحی فیزیکی به صورت چندلایه صورت می گیرد ولی جذب سططحی شیمیایی حداکثر به یک لایه منتهی می شود.

3- بنابراین به دلیل فیزیکی بودن جذب بر روی زغال، جذب استیک اسید نیز بر روی آن چند لایه ای می باشد.

4- فنل فتالئین بهترین است اما با توجه به محدوده ی تغییر رنگ شناساگرها، می توان از شناساگرهای دیگر نیز استفاده نمود.

4- چون میزان جذب به دما و فشار بستگی دارد.


5- زغال بوسیله ی جذب سطحی رنگدانه ها، می تواند رنگ زدایی محلول را انجام می دهد این موضوع در رنگ زدایی کاربرد فراوان دارد.

6- به طور کلی، دو نوع ایزوترم جذب سطحی وجود دارد:
ایزوترم جذب سطحی Langmuir و ایزوترم جذب سطحی Freundlich 

لانگمیور مدلی برای پدیده ی جدب سطحی و بخصوص پدیده ی جذب سطحی شیمیایی ارائه کرد و توانست به توضیح نظری ساده ولی مهمی درباره ی منحنی همدمای جذب سطحی دست یابد. وی فرض کرد هیچ برهمکنشی بین مولکولهای جذب شده وجود ندارد و جامد نیز سطحی یکنواخت دارد. او همچنین فرض کرد مولکولها در مکانهای خود ثابت هستند و تنها یک لایه از مولکولها در جذب شرکت می کنند. (این دو فر از خواص جذب سطحی شیمیایی هستند)
برای دیدن معادلات و محاسبات مربوطه می توانید به دو سایت زیر مراجعه بفرمایید: 

 http://en.wikipedia.org/wiki/Freundlich_equation 

http://en.wikipedia.org/wiki/Langmuir_equation 

ایزوترم جذب سطحی لانگمیور خیلی بهتر و رایجتر است. زیرا هم امکان بهینه کردن آن با معادلات ریاضی برای تعمیم به دولایه یودن امکان پذیر است و هم نیازی به غلظت جذب کننده در معادلات (برعکس معادلات فروندلیش) نمی باشد. به عنوان مثال در کروماتوگرافی جذب سطحی ایزوترم فروندلیش اصلاً استفاده نمی شود و فرآیند جذب به بهترین صورت با معادله ی لانگمیور توصیف می شود.
 

زیرا ایزوترمهای جذب لانگمیور مقدار کمی جذب یک لایه از مولکولها را بر روی جاذب به صورت تابعی از غلظت ماده ی جذب شده در محلولی که حاوی آن است به دست می دهد و در معادلات بهینه شده، حتی جذب های دولایه ای را می تواند بدست آورد.

برای دیدن ایزوترمهای لانگمیور می توانید به سایت زیر مراجعه بفرمایید: 

http://www.tutorvista.com/content/chemistry/chemistry-iv/surface-chemistry/langmuir-isotherm.php
و برای دیدن ایزوترمهای فروندلیش به سایت زیر مراجعه بفرمایید: 

http://www.tutorvista.com/content/chemistry/chemistry-iv/surface-chemistry/freundlich-adsorption-isotherm.php