吸着は、水からの汚染物質の除去、化学物質の製造、工業用溶剤の精製など、さまざまな用途で重要なプロセスです。この記事では、吸着のさまざまな例について説明します。
吸着は、固相の分子またはイオンの吸蔵です。これは、構造を通過しないと最初の種から 2 番目の種に自由に移動できないように、構造を介してある種が別の種に付着することとして定義できます。
吸着とは、特に 2 つの物質間の物理的相互作用を指します。吸着には特定の相互作用が必要です。
吸着剤に影響する要因
吸着剤は通常、他の物質を吸収できる固体物質です。吸着は、結晶化、圧力応力 (γ 値)、酸性度、表面積、温度などのさまざまな要因の影響を受ける可能性があります。
結晶化
結晶化は、分子または原子を結晶と呼ばれる構造に編成するプロセスであり、結晶は本質的に固体です。結晶が形成される方法には、凍結、気体からの堆積、溶液からの沈殿など、複数の方法があります。吸着剤は、適切な結晶格子構造を必要とします。これは、連続的な結晶化を通じて、温度と圧力レベルを上げることによって作成できます。
圧力ストレス
吸着剤は通常、物理的強度と化学的耐性の面で環境の変化に耐え、他の分子と反応する強度を特徴としています。圧力は、固体物質の平衡物理状態に関連しています。吸着剤は次のように分類されます:
- ソフト吸着
その大きさを超える圧力にさらされると、溶質はやがて表面に落ち着く前に気相に存在します。 - ハード吸着
硬化とは、高温でも柔らかくならない素材のことです。
吸着の種類
物理吸着
物理的な力によって物理吸着または物理吸着が起こります。これは弱いが多層的なプロセスです。特定の場所で発生することはなく、プロセスは吸着剤全体で発生します。物理吸着は、圧力、表面積、温度、天然吸着剤などの影響を受ける可能性があります。約 20-40 kg/mol の非常に低い活性化エネルギーが必要です。
化学吸着
熱にさらされたり、別の物質にさらされたりすると、化学反応が起こり、分子が界面に吸着されます。特定の反応は、pH 値などの他のすべての要因に依存します。たとえば、pH 値は塩基性溶液よりも酸性溶液の方が高濃度であり、温度レベルは 103°C (54°F) よりも低く、どちらもこのタイプにゆっくりと依存します。
吸収対吸収
吸着は、粒子または分子が材料の最上層に結合する表面現象です。一方、吸収は、吸収体の全容積を巻き込んで、より深くなる。吸収とは、物質の毛穴や穴を埋めることです。
吸着剤の吸着特性と特徴
通常、吸着剤は、吸着を促進する高い表面領域があるように、小さな細孔径を持っています。細孔のサイズは、通常、0.25 ～ 5 mm の範囲です。工業用吸着剤は、高い熱安定性と耐摩耗性を備えています。用途に応じて、表面は疎水性または親水性の場合があります。極性吸着剤と非極性吸着剤の両方が存在します。吸着剤は、ロッド、ペレット、成形された形状など、さまざまな形で提供されます。産業用吸着剤には、次の 3 つの主要なクラスがあります。
- 炭素ベースの化合物 (例:黒鉛や活性炭)
- 酸素ベースの化合物 (ゼオライトやシリカなど)
- ポリマーベースの化合物
吸着の仕組み
吸着は表面エネルギーに依存します。吸着剤の表面原子は部分的に露出しているため、吸着分子を引き付けることができます。吸着は、静電引力、化学吸着、または物理吸着から生じる場合があります。
吸着の例
吸着剤の例:
- シリカゲル
- アルミナ
- 活性炭または活性炭
- ゼオライト
- 冷媒を使用する吸着チラー
- タンパク質を吸着する生体材料
吸着は、ウイルスのライフ サイクルの最初の段階です。一部の科学者は、ビデオ ゲームのテトリスを、成形された分子が平らな面に吸着するプロセスのモデルであると考えています。
吸着の使用
吸着プロセスには多くのアプリケーションがあります:
- 吸着は空調ユニットの水を冷却するために使用されます
- 活性炭は、水槽のろ過と家庭用水のろ過に使用されます
- シリカゲルは湿気による電子機器や衣服の損傷を防ぐために使用されます
- 吸着剤は、炭化物由来の炭素の容量を増やすために使用されます
- 吸着剤は、表面に非粘着コーティングを生成するために使用されます
- 吸収は、特定の薬物の曝露時間を延長するために使用される場合があります
- ゼオライトは、天然ガスからの二酸化炭素の除去、改質ガスからの一酸化炭素の除去、接触分解、およびその他のプロセスに使用されます
- このプロセスは、イオン交換とクロマトグラフィーのために化学実験室で使用されています
結論
この記事では、吸着のさまざまな例と、それらが化学でどのように使用されるかについて説明しました。物質が高濃度で分子種に蓄積すると、吸着が起こります。これは、化学吸着または物理吸着によって行うことができ、工業化学および環境化学で多くの用途があります。
