吸着は、原子、イオン、または分子が気体、液体、または溶解した固体から表面に付着するプロセスです。吸着は表面に現れるのに対し、吸収は体積全体で起こることに注意することが重要です。つまり、吸着は表面現象です。吸着は、表面張力と同様に、表面エネルギーの存在に起因します。液体または固体の表面に粒子を引き付けて保持すると、分子はその表面により集中します。
吸着
吸着とは、ある物質の原子、分子、またはイオン成分が表面に凝集する現象です。ドイツの科学者であるハインリッヒ・カイザーは、1881 年に吸着という用語を作り出しました。表面現象に関して言えば、吸着とは粒子が表面に付着することです。通常、溶存気体、液体、固体分子、原子、またはイオンで構成されます。
表面化学は、表面または界面またはその近くでの事象に関係しています。
吸着成分
この表面現象には、吸着剤と吸着剤という 2 つの成分が必要です。
- 吸着物:吸着物は、表面に吸着された物質を表すために使用される用語です。たとえば、気体が固体表面に吸着されている場合、それは吸着質と呼ばれます。
- 吸着剤:吸着が起こる場合、吸着が可能な表面を形成する物質を吸着剤と呼びます。吸着剤は固体でも液体でもかまいません。金属粉、木炭粉、シリカ粉を含みます。表面積が大きいため、活性炭、シリカ、アルミナなどは非常に効果的な吸着剤です。
さまざまな種類の吸着
吸着は、物理吸着 (物理吸着とも呼ばれる) と化学吸着 (化学吸着とも呼ばれる) の 2 つのタイプに分類されます。
物理吸着
ファン デル ワールス力は、気体が固体表面に吸着する際に役割を果たします。
物理吸着の性質
- 物理吸着の場合、専門はありません。各ガスは固体の表面に吸着されます。
- 容易に液化するガスは、かなりの量が物理的に吸着されます。
- 自然界では、物理吸着は可逆的なプロセスです。圧力上昇により気体の体積が減少し、より多くの気体を吸着できます。したがって、圧力を下げると、固体表面からガスが除去されます。低温では物理吸着が促進され、高温では吸着プロセスが遅くなります。
- 表面積が大きいほど吸着率が高くなります。多孔質材料と細かく分割された金属は、優れた吸着剤として機能します。
- 物理吸着は発熱です。
- 活性化エネルギーは必要ありません。
化学吸着
化学吸着は、化学吸着としても知られています。化学吸着は、ガス分子または原子が化学結合によって固体表面に結合するときに発生します。
化学吸着の性質
- 物理吸着と比較して、このタイプの吸着はより特殊化されています。吸着は、吸着物と吸着剤が化学結合を形成する場合にのみ発生します。
- 化学吸着は不可逆的なプロセスです。これは発熱プロセスですが、低温では遅くなります。化学吸着は、温度が上昇すると発生します。化学吸着は高圧によって促進されます。
- 表面積が増加すると、化学吸着が増加します。
- 化学吸着は、化学結合の形成によりエンタルピーが高くなります。
- 活性化エネルギーが必要です。
- 単分子層が最終結果です。
吸着メカニズム
- 吸着は、吸着剤の正味の力の表面と質量が同一でない場合に発生します。
- 不均衡または残留引力が、吸着物の粒子に作用します。
- 吸着剤と吸着質の両方の間で電荷移動が発生します。
- これにより、双極子モーメントが形成されます。
- 液体、気体、溶存固体からのイオン、原子、分子が表面に付着します。
- 吸着面に吸着膜が形成されます。
- 吸着は常に表面の残留引力を減少させます。
- 発熱反応が発生し、エネルギーが放出されます。
- 表面のエネルギーが減少し、熱が発生します。これは吸着熱と呼ばれます。
- 吸着は室温と圧力で自然に発生します。
吸着の程度と速度に影響する要因
吸着は、実質的にすべての固体表面で発生します。吸着剤表面への吸着の程度と速度は、次の要因によって異なります:
- 圧力効果
- 気温の影響
- 吸着物の性質
- 吸着剤の性質
- 吸着剤の表面積
吸着の応用
吸着の用途は次のとおりです。
- 吸着技術を使用して、高真空を作り出すことができます。掃除機をかけるには活性炭が必要です。
- 吸着は炭鉱の防毒マスクに適用されます。防毒マスクは有害ガスを吸着します。これにより、呼吸のために空気が浄化されます。
- 水分はシリカとアルミニウムのゲルに吸着されます。
- 木炭は希ガスの分離に使用できます。
- 薬物吸着は微生物を殺す方法です。
- 吸着はクロマトグラフィー分析の基礎です。
- 木炭粉末は砂糖溶液の脱色に使用されます。
- 塗料業界では吸着が重要です。溶存ガスを含む塗料は表面にうまく接着しないため、被覆力が低くなります。
- この技術は、化粧品やシロップ用の安定したエマルジョンを作成するためにも使用されます。
- 吸着は石鹸や洗剤の洗浄作用にも関与しています。
結論
吸着反応は、物質の分子が液体または固体の表面に引き寄せられて結合し、それらの濃度が増加するときに発生します。吸着の発熱性により、結果として生じるエンタルピーの変化は常に負になります。吸着分子が表面に付着すると、自由な動きが制限され、エントロピーが減少します。ギブズの自由エネルギーは、一定の圧力と温度の下での自然吸着により減少します。
