吸着は、液体または気体の粒子が吸着剤の表面に付着すると発生し、吸着物上に原子層が形成されます。これは、溶質が表面ではなく固体内に拡散する吸収とは異なります。この記事では、それに関連するさまざまな条件と法律について説明します。吸着剤の濃度は、吸着中に吸着剤の表面でのみ増加します。吸着等温線は、環境保護と吸着戦略に関する研究で非常に役立つことが証明されています。 Freundlich および Langmuir 等温線は、特定の物質の吸着容量を推定するための 2 つの基本的なアプローチです。
吸着等温線
定義
吸着剤の単位質量あたりのガス吸着量は、ガス圧に依存します。一定温度での吸着剤の量と平衡ガスの圧力 (または溶液の濃度) との関係は、吸着等温線として知られています。
例
水の吸着 – これらの分野では、表面での水の吸着が重要です。固体の表面に物理的または化学的に吸着された水の存在は、水の吸着と呼ばれ、表面水和としても知られています。これは、さまざまなシステムで界面特性、化学反応経路、および触媒性能を制御するために重要です。物理的に吸着された水の場合、表面の水和は通常、乾燥プロセスによって除去されます。これは、温度と圧力の条件で発生し、水の完全な蒸発をもたらします。化学吸着された水は、解離吸着または分子吸着によって水和することができます。
フロインドリッヒ吸着等温線
ドイツの物理学者であるフロインドリッヒは、1909 年に固体吸着剤の単位質量に吸着される気体の量と、特定の温度での圧力との間の経験的な関係を提案しました。これは、次の式で表されます。
x/m =k.P1/n (n> 1)
ここで、「x」は、圧力「P」で吸着質量「m」に吸着されたガスの質量です。 「k」と「n」は、特定の温度で吸着剤とガスに応じて変化する定数です。
この関係を実証するために、吸着剤 1 グラムあたりに吸着されたガスの質量が圧力に対して曲線の形でプロットされます。
物理吸着は、一定圧力で温度が上昇すると減少します。高圧では、曲線は飽和に達します。上記の式の対数を取る
log x/m =log k + 1/n log P
妥当性のテスト
y 軸に log x/m をプロットし、x 軸に log P をプロットして、フロインドリッヒ等温線の有効性をテストできます。プロットが直線を示している場合、Freundlich 等温線は有効です。そうでない場合は、そうではありません。直線の傾きは 1/n に等しくなりますが、y 軸の切片は log k に等しくなります。
ラングミュア吸着等温線
ラングミュアは、固体表面へのガス吸着の概念は、それぞれが 1 つのガスを吸着する元素サイトで形成されることを示唆しました。すべての吸着サイトは等しいと考えられており、ガス分子が 1 つのサイトに結合する能力は、隣接するサイトが占有されているかどうかとは無関係です。さらに、吸着されたガス分子と吸着されていないガス分子は動的平衡状態にあると考えられています。
次の式は、ラングミュア吸着モデルを示しています:
Ce/qm=1/Klqmax+Ce/qmax
Ce (mg L-¹) と qm (mg g-¹) は、それぞれ、平衡状態にある分子の濃度と吸着剤の表面に吸着された分子の量です。上記の式では、最大吸着容量 (mg g-1) は qmax で表され、ラングミュア定数 (L mg-1) は KL で表されます。
吸着等温線の適用
- 防毒マスク:炭鉱夫は、有害なガスを吸収するために、しばしば防毒マスク (活性炭または吸着剤の混合物で構成される装置) を使用します。
- 湿度管理:シリカやアルミニウム ゲルなどの吸着剤を使用して水分を抽出し、湿度を調整します。
- 溶液から色を取り除きます:動物の炭は、着色された汚染物質を吸着することにより、溶液から色を取り除きます。
- 病気の治療:いくつかの薬は、病気の治療に使用され、細菌に吸着することで細菌を殺します。
- 泡立ち:低品位の硫化鉱を、松油と発泡剤を使用してシリカやその他の土質物質から分離することにより濃縮します。
- 吸着インジケーター:ハロゲン化銀などの一部の沈殿物の表面は、エオシン、フルオレセインなどの色素を吸着し、末端に独特の色をもたらします。
- クロマトグラフィー分析:吸着現象に基づくクロマトグラフィー分析は、分析分野や産業分野で多くの用途があります。
結論
吸着剤の単位質量あたりのガス吸着量は、ガス圧に依存します。一定温度での吸着剤の量と平衡ガスの圧力 (または溶液の濃度) との関係は、吸着等温線として知られています。ドイツの物理学者であるフロインドリッヒは、1909 年に固体吸着剤の単位質量に吸着される気体の量と、特定の温度での圧力との間の経験的関係を提案しました。すべての吸着サイトは等しいと考えられており、気体分子の結合能力は隣接するサイトが占有されているかどうかとは関係ありません。
