الامتزاز ومتساوي حرارة لانغموير

أنواع الامتزاز

• الامتزاز الفيزيائي: تجاذب فان دير فالس ضعيف، وحرارة امتزاز منخفضة (نحو 20–40 kJ/mol)، ويمكن أن يتعدد الطبقات، وهو عكوس.
• الامتزاز الكيميائي: روابط كيميائية مع السطح، وحرارة مرتفعة، وطبقة أحادية، وانتقائية. ويُعدّ الحفز في عملية هابر-بوش مثالًا كلاسيكيًا.

الامتزاز تراكم على السطح، ويختلف عن الامتصاص الذي هو نفاذ إلى داخل المادة.

متساوي حرارة لانغموير

افترض إيرفينغ لانغموير (1918): (1) عددًا ثابتًا من المواقع المتماثلة طاقيًا، (2) جزيئًا واحدًا في كل موقع بحيث تتكوّن طبقة أحادية، (3) عدم وجود تفاعل بين الجزيئات الممتزّة. وبمساواة معدلي الامتزاز والانتزاز نحصل على التغطية θ = KP/(1+KP): تتناسب مع الضغط عند الضغوط المنخفضة، وتقترب من التشبع (1) عند الضغوط المرتفعة. وفي المحاليل q = q_maxKC/(1+KC)؛ ويعطي رسم C/q مقابل C خطًا مستقيمًا تُستخرج منه السعة القصوى.

متساويات حرارة أخرى

• فروندليش: q = K C^1/n، مطابقة تجريبية للأسطح غير المتجانسة
• BET (1938): الامتزاز الفيزيائي متعدد الطبقات، ويُستعمل لقياس المساحة السطحية بامتزاز النيتروجين

التطبيقات

تُحلَّل معالجة المياه بالكربون المنشّط، وفصل الغازات بالزيوليت، والحفز غير المتجانس، وإزالة الفلزات الثقيلة بمواد كالكيتوزان (إلى جانب الاستخلاب) بمطابقة البيانات مع معادلتي لانغموير وفروندليش.

المراجع

1. Langmuir, I. (1918). The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum. Journal of the American Chemical Society, 40(9), 1361-1403.
2. Brunauer, S., Emmett, P. H., & Teller, E. (1938). Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of the American Chemical Society, 60(2), 309-319.
3. Freundlich, H. (1906). Über die Adsorption in Lösungen. Zeitschrift für Physikalische Chemie, 57, 385-470.
4. Atkins, P., & de Paula, J. (2014). Physical Chemistry (10th ed.). Oxford University Press.