吸着は、吸着分子が吸着剤に引き付けられる表面現象です。吸着反応は、引力相互作用が発生すると常にエネルギー (熱) が放出されるため、発熱プロセスです。吸着エンタルピーは、主に吸着剤の表面に 1 モルの吸着物が吸着されるときに放出される熱量です。
吸着エンタルピー
吸着エンタルピーは、吸着プロセス中に放出または利用される熱の量を指す熱力学的用語です。吸着は、ほとんどの場合、熱力学的に有利なメカニズムです。 Van’t Hoff の式を使用して、吸着エンタルピー ノートを数学的に表現します。
吸着熱とは、吸着剤に1モルの気体が吸着したときに発生する熱量です。吸着は、分子間のファン デル ワールス力であるロンドン分散力の主な原因です。この力は、惑星間の磁力と同様に作用します。化学吸着は、化学結合の形成を必要とするため、物理吸着よりも高い吸着エンタルピーを持ちます。
吸着のメカニズム
吸着は、液体、気体、または溶解した固体からのイオン、原子、または分子が表面に付着する反応です。このプロセスにより、吸着剤の表面に吸着層が形成されます。
吸着は、吸着剤の表面粒子がバルク粒子のように環境内に存在しないために発生します。吸着剤全体で、粒子間の力は釣り合っていますが、それらの種類はそれらに付随しないため、それらは不均等または残留引力を示します。吸着粒子は、吸着力によって吸着粒子の表面に引き寄せられます。
特定の温度と圧力で単位質量あたりの吸着剤の表面積が増加すると、吸着が増加します。吸着のもう 1 つの重要な特徴は、吸着熱です。吸着中、残留表面力または表面エネルギーが絶えず減少し、熱が発生します。
吸着エンタルピーの例は、一定の負のエンタルピー変化を伴う発熱反応です。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。吸着は一定の温度と圧力で自然に起こるため、ギブスの自由エネルギーも同様に減少します。
吸着の種類
吸着は、吸着物の分子を吸着剤の表面に保持する力の性質に基づいて分類されます。吸着には、物理吸着と化学吸着の 2 種類があります。
物理吸着（物理吸着）
物理吸着は、ファン デル ワールス力のような物理的なプロセスによって吸着粒子が吸着剤の表面に付着するときに発生します。引力は弱いため、温度の上昇や圧力の低下によって容易に打ち消されます。物理吸着は可逆的または減少します。吸着エンタルピーが低いのは、吸着剤と吸着粒子間の引力相互作用が弱い (ファン デル ワールス力) ためです。
物理吸着の特徴
- 表面に吸着できるガスの種類に制限はありません。
- 液化性の高い気体ほど、物理的に強く吸着することが示されています。
- 可逆的で、圧力と温度に依存します。圧力を上げるとガスの体積が減少し、分子の吸着が促進されます。圧力が低下すると、固体表面のガス分子が除去されます。
- 吸着プロセスの発熱性により、物理吸着は低温で急速に発生し、温度が上昇すると低下します (ルシャトリエの原理)。
- 多孔質材料は表面積が大きいため吸着が容易なため、優れた吸着剤です。
- アクティベーションにエネルギーは必要ありません。
化学吸着 (化学吸着)
吸着分子が化学力または化学結合によって吸着剤の表面に結合すると、化学吸着または化学吸着が発生します。化学反応は、吸着分子と吸着剤の間の表面で発生します。これは不可逆型の吸着です。吸着剤と吸着粒子の間の引力は強い化学結合に基づいており、吸着のモル熱が高くなります。
化学吸着の特徴
- プロセスが本質的に特異的であるという事実は、吸着剤と吸着質の両方の間に化学結合が形成された場合にのみ発生することを意味します。
- この手順は元に戻せません。
- 温度を上げるのは発熱反応です。
- 低温ではゆっくりと発生し、高圧では急速に発生します。
- 表面積は化学吸着の速度に直接関係しており、この速度は表面積が大きくなるにつれて増加します。
- 化学結合が形成されるため、吸着エンタルピーが高くなります。
- 一定量の活性化エネルギーが必要です。
結論
吸着エンタルピーは、吸着剤の表面のエネルギー変動を決定するための重要な指標です。等配性吸着は、吸着剤への吸着プロセスの吸着メカニズムへの洞察を提供する上で不可欠なパラメーターです。これは、吸着剤が吸着剤の固体表面に付着または剥離するときに放出される熱量として定義されます。吸着エンタルピーは、熱量測定を使用して直接推定されるか、さまざまな温度で記録された吸着メカニズムから熱力学クラウジウス-クラペイロン方程式を使用して計算されます。
