جذب سطحی (Adsorption) فرایند چسبیدن اتم‌ها، یون‌ها، بیو‌مولکول‌ها، مولکول‌های گاز، مایع یا جامد حل‌شده به سطح است. در این فرایند لایه‌ی نازکی از ماده‌ی جذب‌شده (Adsorbed) بر روی سطح جاذب (Adsorbent) ایجاد می‌شود. این فرایند در بسیاری از سیستم‌های فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی موجود است. با توجه به این امر که مواد نانو دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند در سال‌های اخیر با گسترش مطالعات در حوزه‌ی نانو، پدیده‌ی جذب بیشتر از قبل مورد تحقیق، بررسی و استقبال قرار گرفته است.
مطلب پیشنهادی: آنالیز gc-fid
پیش از این که به ادامه‌ی مطلب در مورد تعاریف جذب سطحی بپردازیم، در نظر داشته باشید که شرکت حسگر مواد صبا از سال 1394 به صورت جدی در زمینه‌ی آنالیزهای جذب سطحی فعالیت دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می‌توانید به صفحه‌ی آنالیز BET مراجعه نمایید.
جذب سطحی فیزیکی
در جذب فیزیکی (Physical Adsorption)، به دلیل نیروهای واندروالس، هیچ نوع انتقال الکترون وجود ندارد. قدرت جذب به خواص فیزیکی قابل مشاهده در جذب‌شونده (Adsorptive) بستگی دارد. در نتیجه خواص فیزیکی ماده‌ی جاذب تأثیری در فرآیند جذب ندارد. در جذب سطحی فیزیکی، مولکول‌ها به وسیله‌ی نیروهای واندروالسی به سطح ماده جاذب گیر می‌کنند. مقدار انرژی جذب معمولا کمتر از 50 کیلوژول بر مول است. این نوع جذب، سریع اتفاق می‌افتد. چون انرژی فعالسازی نزدیک به صفر و گرمای حاصل از آن بسیار کم است، عمدتا این فرآیند در دماهای پایین قابل مشاهده است. با افزایش فشار می توان جذب را زیاد کرد تا حدی که جذب در چندین لایه صورت گیرد. در جذب فیزیکی همه مواد می توانند به عنوان جاذب یا جذب شونده باشند. در نتیجه همه این خصلت ها، جذب فیزیکی کاربرد زیادی در صنعت دارد.
جذب سطحی شیمیایی
در جذب شیمیایی (Chemical Adsorption)، مولکول های جذب شده با پیوند های شیمیایی برسطح ماده نگه داشته می شوند. در فرایند تشکیل پیوند با ماده جاذب مولکول هایی که به طور شیمیایی جذب شده اند، دچار تغییر آرایش الکترونی درونی می شوند. پیوند های درون بعضی از مولکول ها کشیده، ضعیف و حتی پیوند بعضی از آن ها شکسته می شود. پس می توان گفت در این جذب انتقال الکترون بین ذره و سطح انجام می شود. در این جذب انرژی فعالسازی زیاد، سرعت جذب کم و به دلیل تشکیل پیوند شیمیایی گرمای جذب بالاست. همچنین ماهیت جذب به خواص جاذب و جذب شونده بستگی دارد. افزایش فشار نیز تا حد کمی میزان جذب را تغییر می دهد.
برای آشنایی با دستگاه GC به سایت مورد نظر مراجعه کنید.
تفاوت جذب فیزیکی و شیمیایی
همان گونه که گفته شد، انواع جذب سطحی را می توان به دو دسته فیزیکی و شیمیایی تقسیم کرد. چند تفاوت بین جذب فیزیکی و شیمیایی وجود دارد که عبارتند از:
- در جذب فیزیکی، نیروهای ضعیف واندروالس باعث جذب می شوند ولی در حالت شیمیایی، پیوند های شیمیایی موجب انجام عمل جذب می شوند.
- آنتالپی (Enthalpy) در حالت فیزیکی کمتر از آنتالپی فرایند شیمیایی است.
- جذب فیزیکی دردمای پایین تر از نقطه جوش جذب شونده اتفاق می افتد ولی در حالت شیمیایی، جذب در دماهای بالاتر نیز می تواند اتفاق افتد.
- در جذب فیزیکی با افزایش فشار به جسم جذب شونده، مقدار جذب در واحد سطح افزایش می یابد. ولی در حالت شیمیایی با افزایش فشار به جسم جذب شونده، مقدار جذب در واحد سطح کاهش می یابد.
- در حالت فیزیکی، میزان جذب وابسته به خصوصیات ماده جاذب است. در صورتی که در جذب شیمیایی میزان جذب وابسته به خصوصیات هر دو جسم ( جاذب و جذب شونده ) است.
- انرژی فعالسازی (The Activation Energy ) در حالت فیزیکی چندان دخیل نیست؛ درحالی که در جذب شیمیایی انرژی فعالسازی دخیل می باشد .
- جذب فیزیکی به صورت چند لایه صورت می گیرد. ولی در حالت شیمیایی حداکثر به یک لایه منتهی می شود.
توصیف جذب سطحی
از جمله نقاط تمایز مطالعات سطح از حجم می توان چنین گفت که سطح خیلی سریع با ماده جذب شونده پوشیده می شود. این جمله را با رابطه زیر توجیه می کنیم:
که در آن P فشار، T دما ، M جرم و N تعداد ذره می باشد.. همچنین k ثابت بولنزمن و Z تعداد برخوردها در واحد سطح در واحد زمان است.
عوامل موثر بر قدرت جذب
قدرت جذب یک ماده تابع عوامل زیر است
- نوع ماده جذب شده و جاذب
- حالت ماده جذب شده و جاذب
- غلظت
- دما
- سطح تماس
