ADSORPCIJA
Adsorpcija
je proces koji se dešava kada se plinoviti ili tekući rastvor akumulira na
površini nekog čvrstog materijala ili, rjeđe, tekućine (adsorbenta), formirajući
molekularni ili atomski film (adsorbat). To je povećanje količine neke komponente u
međufaznoj oblasti, u odnosu na njenu količinu u ostalom dijelu sistema. Materija koja
vrši adsorpciju zove se
adsorbent
, materija koja se adsorbuje
adsorptiv
, a u
adsorbovanom stanju
adsorbat
.
Slika 1. Adsorpcija
Osnova adsorpcije leži u energiji površine materijala. Kod većine materijala, svi atomi i
molekule imaju određene veze sa drugim atomima i molekulama, na primjer ionske,
kovalentne ili metalne. Izuzetak predstavljaju atomi koji se nalaze na površini materijala,
jer nisu potpuno okruženi sa drugim atomima. Iz tog razloga, ti atomi imaju afinitet da
formiraju veze s nekim drugim atomom koji se nađe u blizini. Adsorpcija se zasniva na
uzajamnom privlačenju adsorbensa i čestica adsorptiva na granici dodira faza. Prema
unutrašnjosti adsorbensa privlačne sile su poništene, tj. utrošene su za uzajamno
privlačenje čestica adsorbensa (
kohezione sile
), ali na površini te sile slobodno djeluju
i mogu vezivati strane čestice (
adhezija
).
Slika 2. Adhezione i kohezione sile
Veličina adhezionih privlačnih sila je proporcionalna površini adsorbensa, zato je
poželjno da adsorbens ima što je moguće veću slobodnu površinu. Na samom početku
adsorpcije, slobodna površina je velika pa je velika i brzina adsorpcije. Kasnije, zbog
vezivanja sve većeg broja čestica adsorptiva, slobodna površina se smanjuje pa s tim i
brzina adsorpcije opada. Nakon određenog vremena uspostavlja se
dinamička
ravnoteža
između adsorpcije (vezivanja) i desorpcije (oslobađanja) čestica adsorptiva
sa površine adsorbensa.
U dinamičkoj ravnoteži masa adsorptiva (m) koja se adsorbuje na površini mase
adsorbensa (m
ad
), proporcionalna je koncentraciji adsorptiva (x), odnosno parcijalnom
pritisku (p) u nosećoj fazi (tečnosti ili gasu) na konstantnoj temperaturi.
m, n, a i b- konstante karakteristične za adsorbens i adsorptiv
Brzina adsorpcije se može definisati kao protok mase adsorptiva:
gdje je: - β
t
– koeficijent prelaza mase kroz granični sloj,
- A – površina adsorbensa,
-
∆
x – razlika koncentracije adsorptiva u rastvoru i u graničnom sloju.
Adsorpcija se primjenjuje u tehnici prečišćavanja otpadnih voda, zatim za sušenje i
čišćenje plinova, čišćenje otopina (dekolorizacija i dezodorizacija), odnosno služi za
uklanjanje ili izdvajanje tvari prisutnih u malim količinama, a koje se na drugi način ne
mogu izdvojiti ili je to preskupo.
Postoje dvije vrste adsorpcije:
fizička adsorpcija
i
hemisorpcija
.
Fizička adsorpcija
je najčešće povratan proces, tj može se desorpcijom osloboditi
adsorptiv sa površine adsorbensa. Ona je uslovljena fizičkim silama privlačenja, i
naziva se Van der Walsova adsorpcija. Fizička adsorpcija se odvija na čitavoj površini
adsorbensa, a debljina adsorbovanog sloja se može sastojati od više molekula. Kod
fizičke adsorpcije priroda adsorbovanih materija se ne mijenja, ne stvara se niti se
narušava hemijska veza, a za odigravanje ove adsorpcije energija aktivacije nije
potrebna.
Kod
hemijske adsorpcije
adsorptiv je hemijskim silama vezan za adsorbens i ne može
se desorpcijom osloboditi. Kod hemisorpcije nastaje prenos elektrona između
adsorbensa i adsorptiva , samo na slobodnoj površini adsorbensa i u samo jednom
sloju. Adsorbovana materija obično trpi hemijske promjene.
