Ero sivun ”Adsorptio” versioiden välillä
| [katsottu versio] | [arvioimaton versio] |
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
p kh |
|||
Rivi 1:
[[Image:Adsorptie.jpg|thumb|Adsorptio.]]
'''Adsorptio''' on fysikaalinen prosessi, jossa [[kaasu]]mainen aine (tai [[neste]]) muodostaa ohuen kalvon [[kiinteä olomuoto|kiinteän]] aineen pintaan.<ref>[http://www.britannica.com/EBchecked/topic/6565/adsorption Adsorption] Encyclopædia Britannica {{en}}</ref> Tyypillisin esimerkki adsorption hyötykäytöstä on [[aktiivihiili]]suodatin.<ref>[http://www.kwfilter.fi/kaasufaasi.html Aktiivihiilisuodattimet kaasufaasille] KW Filter</ref> Aineen pinnassa olevat [[atomi]]t ja [[molekyyli]]t eivät ole kaikilta tahoilta viereisten atomien tai molekyylien ympäröimänä, ja siksi niillä on käyttämättömiä [[valenssi (kemia)|valenssi-]] tai muita vetovoimia, joilla ne voivat kiinnittää vieraita molekyylejä. Adsorption voimakkuus riippuu sekä adsorboivasta aineesta että adsorboituvasta aineesta. Huokoiset ja hienojakoiset aineet adsorboivat usein hyvin johtuen suuresta pinta-alasta. [[Zeoliitti|Zeoliiteilla]] voidaan poistaa [[hiilidioksidi]]a kaasusta ja [[sinkkioksidi]]lla (ZnO) [[rikkivety]]ä (H<sub>2</sub>S), jolloin muodostuu [[sinkkisulfidi]]a (ZnS). Adsorptio voi olla fysikaalista tai kemiallista riippuen siinä vaikuttavista voimista ja syntyvistä sidoksista. Kemiallista adsorptiota kutsutaan [[kemisorptio]]ksi ja fysikaalista adsorptiota [[fysisorptio]]ksi.
'''IUPAC Määritelmän''' mukaan adsorptio on kaasun, nesteen tai kiinteän kerroksen muodostuminen kiinteän aineen tai nesteen pinnalle. Adsorptiota on kahdenlaista riippuen kiinnittymistavasta. Kemisorptiossa yksi kerros molekyylejä, atomeja tai ioneita kiinnittyy adsrobentin pintaan kemiallisin sidoksin. Fysisoprtiossa adsorboituneet molekyylit ovat kiinnittyneet heikommilla van der Waalsin voimilla. Adsorptio on tärkeä ominaisuus prosessi pintareaktiooissa, kuten korroosiolle ja heterogeeniselle katalyysille. [2]
== Sisällysluettelo ==
1 [[Adsorptio#Teoria|Teoria]]
1.1 [[Adsorptio#Langmurin malli|Langmurin malli]]
1.2 [[Adsorptio#Freundlichin adsorptioisotermi|Freundlichin adsorptioisotermi]]
2 [[Adsorptio#Sovellutuksia|Sovellutuksia]]
2.1 [[Adsorptio#Maaliteollisuus|Maaliteollisuus]]
2.2 [[Adsorptio#Vedensuodatin|Vedensuodatin]]
2.3 [[Adsorptio#Kaasunaamari|Kaasunaamari]]
2.4 [[Adsorptio#Heterogeeninen katalyytti|Heterogeeninen katalyytti]]
3 [[Adsorptio#L.C3.A4hteet|Lähteet]]
== [null Teoria] ==
Adsorptio tapahtuu aineen pinnalla toisin kuin [[absorptio]], jossa [[molekyyli]] tunkeutuu aineen sisään. [3]
Fysisorptiossa adsorboituvat partikkelit eivät vaihda sisäisiä sidoksiaan, vaan sitoutuminen tapahtuu heikoilla van der Waalsin voimilla. [[Kemisorptio|Kemisorptiossa]] sitoutuminen tapahtuu [[Kemiallinen sidos|kemiallisilla sidoksilla]], joissa [[Entalpia|entalpiamuutokset]] ovat suurempia kuin [[Fysisorptio|fysisorptiossa]]. [3,4]
Peittoaste θ kuvaa varattujen adsorptiopaikkojen suhdetta niiden kokonaismäärään. Adsorboituneiden ja vapaiden molekyylien määrän välillä vallitsee tasapainotila. Peittoasteen muutosta paineen suhteen vakiolämpötilassa kutsutaan adsorptioisotermiksi.
''' '''
'''Langmuirin malli'''
Yksinkertaisin kineettinen malli adsorptiolle on Langmuirin malli, jota voidaan kuvata reaktioyhtälöllä
missä R on adsorbaatti, M on vapaa adsorptiopaikka adsorbentin pinnalla, RM on varattu adsorptiopaikka, k<sub>a</sub> on nopeusvakio adsorptiolle ja k<sub>d</sub> on nopeusvakio desorptiolle.
Langmuirin mallissa on käytetty kolmea [[Approksimaatio|approksimaatiota]]:
1) Adsorptiota tapahtuu vain yhdessä kerroksessa
2) Kaikki adsorptiokohdat ovat samanlaisia ja pinta on yhdenmukainen
3) Adsorptio ja [[desorptio]] ovat toisistaan riippumattomia prosesseja.
Näillä approksimaatioilla peittoasteen muutos riippuu adsorption nopeusvakiosta, adsorbaatin paineesta P ja tyhjien adsorptiopaikkojen lukumäärästä, joka on kaikkien paikkojen lukumäärä N kerrottuna vapaiden paikkojen osuudella (1-θ).
Tasapainotilassa peittoasteen muutos ajan suhteen on nolla
Langmuirin isotermin yhtälöksi saadaan
missä K on tasapainovakio k<sub>a</sub>/k<sub>d</sub>. [4]
Langmuirin yhtälö on [[Tilavuus|tilavuuden]] avulla ilmaistuna
missä v on adsorboituneen kaasun tilavuus ja v<sub>max</sub> [[Kaasu|kaasun]] tilavuus pinnan peittoasteella 1. [3]
'''Brunauerin, Emmetin ja Tellerin adsorptioisotermi on johdettu''' Langmuirin yhtälöstä, ja sillä mallinnetaan monikerrosadsorptiota. Ennen yhden kerroksen täydellistä muodostumista voi jo tapahtua adsorptiota toiseen, kolmanteen tai useampaan kerrokseen adsorbentin pinnalle. Yhtälöä kutsutaan BET yhtälöksi tekijöiden mukaan. BET-yhtälö on
missä c on vakio, P^* puhtaan adsorbaatin höyrynpaine koelämpötilassa ja P adsorbaatin [[paine]]. [3]
'''Freundlichin adsorptioisotermi'''
'''Adsorptioisotermi liuoksen ja kiinteän aineen faasirajalla'''
Kiinteän aineen ja [[Liuos|liuoksen]] rajapinnalle käytetään samoja malleja kuin kaasun ja kiinteän aineen rajapinnalle. Langmuirin ja Freundlichin yhtälöitä voidaan muokata liuokselle sopivaksi. Langmuirin malli saadaan muotoon
missä x on liuenneen aineen määrä, joka on adsorboitunut kiinteän [[Faasi|faasin]] massaan m, a kokeiden perusteella määritettävä vakio, c liuenneen aineen [[konsentraatio]] ja c° on 1 mol/dm<sup>3</sup>. (x/m)<sub>max</sub> on monomolekulaarisen kerroksen täysi [[kapasiteetti]]. [3]
Freundlichin malli saadaan muotoon
missä k ja n ovat kokeiden perusteella määritettäviä vakioita. [3]
== [null Sovellutuksia] ==
Adsorptioilmiön löytää useista eri sovelluksista. Seuraavassa muutamia sovelluksia, joissa adsorptiota käytetään:
'''Maaliteollisuus'''
Jos kiinteiden ja maalimolekyylien pintojen välillä ei olisi [[Vetovoima|vetovoimaa]], maali liukuisi irti eikä tarttuisi pintaan. Adsorptio on siksi olennainen osa maalausprosessia; nestemäisten maalien molekyylit kiinnittyvät [[Metalli|metallimateriaaleihin]], jolloin se kuivuu paikalleen. Eri maaliformulaatiot ovat välttämättömiä sen varmistamiseksi, jotta adsorptio eri materiaaleille on riittävän voimakas pitämään maalia pinnalla, kunnes se voi muodostaa vahvempia ja pysyviä kemiallisia ja mekaanisia sidoksia [5].
'''Vedensuodatin'''
Vedensuodattimen sisältämä [[aktiivihiili]] adsorboi veteen liuenneita [[Epäpuhtaus|epäpuhtauksia]], vetää ne ulos suodatettavasta vedestä ja kiinnittää ne [[Suodatus|suodattimeen]]. Se kerää epäpuhtauksia mukaan lukien liuenneet [[Kemikaali|kemikaalit]], [[Bakteeri|bakteerit]] sekä mikroskooppiset kiinteät [[Hiukkanen|hiukkaset]]. [[Hiili]] on jauhemaisessa muodossa antaen sille erittäin suuren tehokkaan pinta-alan. Suuri pinta-ala antaa hiilelle hyvän mahdollisuuden poistaa epäpuhtauksia. Kun suodattimen läpi kulkee riittävästi [[Vesi|vettä]], hiili lopulta tukkeutuu epäpuhtauksien kanssa; kun näin tapahtuu, poistat suodattimen ja vaihdat sen uuteen [6].
'''Kaasunaamari'''
[[Kaasunaamari|Kaasunaamareissa]] käytetään aktiivihiilisuodattimia käyttäjien suojaamiseksi [[Toksiini|toksiineilta]], kuten [[Sariini|sariinikaasulta]]. [7]
'''Heterogeeninen katalyytti'''
[[Heterogeeninen|Heterogeenisessä]] [[Katalyytti|katalyysissä]] adsorptio ja [[desorptio]] ovat välttämättömiä prosesseja, koska adsorptio aktivoi lähtöaineiden [[Kemiallinen sidos|kemiallisia sidoksia]] ja desorptio poistaa reaktiotuotteet pinnalta. Tyypillisessä adsorptioprosessissa kaasumainen tai nestemäinen aine (adsorptiivinen) kiinnittyy kiinteään tai nestemäiseen pintaan muodostaen adsorboivan aineen, adsorptiivisen ja adsorption välisen kompleksin. [8]
== Lähteet ==
{{Viitteet|viitteet=R. Rennie, A dictionary of chemistry, 7th ed., Oxford University press, 2016}}[1] Adsorption Encyclopædia Britannica (englanniksi)
[2] R. Rennie, A dictionary of chemistry, 7th ed., Oxford University press, 2016
[3] K. Kalliorinne, K. Kalliorinne, Fysikaalinen kemia. 3, Dynamiikka, Kirjayhtym, Helsinki, 1990, 189 sivua
[4] T. Engel, P. Reid, Physical chemistry, Pearson, San Fancisco, 2005, 1061 sivua
[5] Okafor, J.O; Agbajelola, D.O, Peter, Shehu, Adamu, M, David, G.T, Studies on the Adsorption of Heavy Metals in a Paint Industry Effluent Using Activated Maize, 2015.
<nowiki>http://www.jmest.org/wp-content/uploads/JMESTN42350433.pdf</nowiki>
[6] Y. K. Siong, J.Idris, M. Mazar Atabaki, Performance of activated carbon in water, 2013.
[7] M. Linders, Adsorption Processes in Gas Mask Filter Canisters: Practical Aspects, New Materials and Modeling, in: Recent Advances in Adsorption Processes for Environmental Protection and Security, Springer Netherlands, Dordrecht, 2008, pp. 155-164.
[8] Mark E. Davis, Robert J., Fundamentals of Chemical Reaction Engineering, 2012. <nowiki>http://authors.library.caltech.edu/25070/6/FundChemReaxEngCh5.pdf</nowiki>
{{tynkä/Kemia}}
[[Luokka:Fysikaalinen kemia]]
| |||