表面化学は、表面または相境界の特性と、表面または界面で発生する化学変化を示す化学の一分野です。
表面化学は、表面または界面で発生する現象について説明します。表面は、スラッシュでバルク相を分離することによって特徴付けられます。たとえば、固体と気体の間の表面は、固体-気体または固体/気体で表されます。
吸着
- 吸着は、表面力の作用によって表面でより高い濃度が生じる現象です。または、システムの 2 つの面の間の界面層の濃度の変化であるとも言えます
- 木炭によるガスの吸収の発見中にシェーレによって吸着が導入され、カイザーとレイモンズによって吸着が開発されました。
吸着の例
<オール>- 吸収:分子が吸着剤全体に均一に分布すること。例、無水塩化カルシウムは水を吸収します。これは、表面の内部で発生し、より遅いプロセスです。本質的に吸熱性 (deltaH は正) です。
- 気体分子が弱いファン デル ワールス引力により材料の表面に凝集することを物理吸着と呼びます。
- 化学吸着は、ガスの分子が化学結合によって材料の表面に保持されるときに発生します。
正と負の吸着
- 正の吸着では、吸着物の濃度はバルクよりも吸着剤の表面に多く、負の吸着では、吸着物の濃度はバルクの濃度に比べて低くなります。
吸着の種類
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化学吸着
- 分子は強い化学結合によって表面に保持されます。結合の性質に応じて、結合が速くなったり遅くなったりします。
- 本質的に非常に具体的です。
- 元に戻すことはできません。
- 吸着剤を含むガス生成化合物は化学吸着を示します。
- ここでは吸着エネルギーが大きく、40 から 400 kJ/モルの範囲です。
- 吸熱性です
- まず温度とともに増加し、その後減少します。
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物理吸着
- 吸着エネルギーは低く、その値は 20-40 kJ/mol です
- 多層が形成されます。
- 活性化エネルギーは必要ありません。
- 例:雲母への窒素の吸着と木炭へのガスの吸着
物理吸着の特徴
<オール>化学吸着の特徴
<オール>吸着に影響する要因
1.吸着剤の表面積
同じ条件で、同じガスが異なる固体によって異なる領域に吸着されることが観察できます。吸着剤の表面積が大きいほど、吸着されるガスの量が多くなります。
2.温度
一般にガスの吸着量は、温度が上昇すると低下します。これは、吸着が発熱性であり、温度の上昇が後方脱着に有利に働くためです。
3.プレッシャー
一定温度での吸着剤によるガスの吸着は、圧力の上昇とともに増加します。
表面化学吸着等温線
フロインドリッヒ吸着等温線
x/m =K [P^(1/n)]
「x」は、吸着剤の質量に対する吸着剤の質量を示します
⇒ log K/m =1/n (log P + log K)
高圧での固体への気体の吸着には適用できません
ラングミュア吸着等温線
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固体吸着剤に吸着されるガスの量がより濃くなります。
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吸着層は、吸着剤全体で対称的です。
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隣接する吸着分子は相互作用しません。
コロイド状態
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Thomas Graham (1862) は、パーチメント紙または動物の膜を介して溶解物質が拡散するプロセスを研究し、物質を 2 つのクラスに分類しました。砂糖、尿素、食塩など、溶解した状態で容易に膜を通過する物質はクリスタロイドと呼ばれました。でんぷん、にかわ、ゼラチンなど、溶解した状態では膜をまったく通過しないか、非常にゆっくりと通過する物質は、コロイドと呼ばれました。
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現代の見解によれば、コロイド状態は溶液と懸濁液の間の中間状態です。
吸収の応用
<オール>吸着剤の調製と操作
固体反応物
クリーン燃料および化学物質生産用の触媒
汚染の浄化
光触媒
燃料電池
電池内
高真空の生成
硬水の軟化
石油の精製
クロマト分離
結論
液体の表面が不均衡のために不飽和の状態にあることはわかっています。つまり、液体の表面に沿って作用する残留力と言えます。同様に、固体の表面にも残留力がある場合があります。これにより、固体の表面は、ガスや液体の分子をそれらが接触する表面に引き付けて保持する傾向があります。この表面の現象は吸着と呼ばれます。吸着は表面現象であり、吸収は物質が固体または液体の本体全体に均一に分布して溶液または化合物を形成するバルク現象です。
