L; adsorbție și l; mediu Cultura Științe-Chimie
Adsorbția este un fenomen universal de suprafață. Într-adevăr, orice suprafață este formată din atomi care nu au toate legăturile lor chimice satisfăcute. Prin urmare, această suprafață tinde să umple acest gol captând atomii și moleculele care trec în apropiere. Chimiștii care lucrează pe reactivi de puritate foarte mare sunt foarte conștienți de dificultatea pe care o are eliminarea impurităților adsorbite pe suprafața internă a ansamblului lor.
Introducere
Cantitatea adsorbită este aproximativ proporțională cu suprafața dezvoltată în contact cu mediul fluid (gaz sau lichid). O anumită clasă de sistem adsorbant se referă la așa-numiții adsorbanți microporoși. Acestea au o porozitate internă, într-un fel pliată, care poate ajunge de la 300 m 2 .g -1 la 3000 m 2 .g -1. Acești adsorbanți pot fi destul de bine descriși ca un amestec de fază solidă și vid la scară nano; acestea constau din cavități de o dimensiune de ordinul unui nanometru distribuite într-o fază solidă astfel încât grosimea materialului care separă două cavități este de ordinul mărimii acesteia din urmă. Mărimea nanometrică a cavităților este un avantaj prin faptul că forțele de adsorbție sunt sporite de fenomenul de confinare care permite suprafețelor care se confruntă reciproc să exercite împreună o atracție asupra speciilor prezente. Pe de altă parte, este necesar să se îndeplinească o condiție de compatibilitate a dimensiunii între molecula de adsorbit și volumul accesibil.
Unii adsorbanți au suprafața porilor care este funcționalizată suplimentar de grupările hidroxil permițând formarea de legături de hidrogen, în timp ce alți adsorbanți au o structură ionică care duce la prezența unui câmp electric intens în pori.
Fizorbția și chemisorbția
Distingem între fizizorbție, care păstrează identitatea moleculelor adsorbite, și chimisorbție, care duce la ruperea legăturilor chimice. Energia adusă în joc în timpul unui proces de chemisopție este mai mare decât cea adusă în joc în timpul unui proces de fizorbție, adică o entalpie de adsorbție de ordinul 200 kJ.mol -1 față de 30 kJ.mol -1. Prin urmare, poate duce la o purificare extrem de aprofundată a fluidelor tratate (1 ppb)
Forțele fizizorbției sunt de trei tipuri:
Forțele dispersiei (Van der Waals, Londra) sunt încă prezente.
Forțe polare rezultate din prezența unui câmp electric în micropori.
Legături de hidrogen datorate grupărilor hidroxil sau amine.
Interacțiunea dintre adsorbant și molecula adsorbită va depinde de adecvarea dintre proprietățile celor două entități (polar-polar, nepolar-nepolar), de masa molară, de forma moleculei.
Forțele de chemisorbție sunt cele ale reactivității suprafețelor implicate în procesele catalitice, cu diferența că compușii formați prin adsorbție sunt stabili la temperaturile implicate.
Principalele tipuri de adsorbanți „fizici”
Există cinci tipuri principale de adsorbanți „fizici”: cărbune activ, zeoliți, alumină, geluri de silice, argile activate.
Aproximativ 150.000 t.an -1 de zeoliți pentru adsorbție, 400.000 t.an -1 de cărbune activ, 75.000 t.an -1 de alumină activată, 400.000 t.an -1 de argile și 25.000 t.an -1 de geluri de siliciu.
Carboni activi
Carbonii activi sunt preparați prin piroliza unui material care conține carbon, cărbune sau material vegetal, pentru a rezulta cărbune care este apoi oxidat de vapori de apă în condiții controlate pentru a crea o structură microporoasă. Există câteva sute de calități ale cărbunelui activ, în funcție de precursor și de condițiile de procesare. De asemenea, putem găsi așa-numiții carboni activi „chimici”, deoarece aceștia sunt activați la cald în prezența agenților chimici de deshidratare, acid fosforic sau clorură de zinc. Carbonii activi sunt adsorbanți amorfi organofili. Prin urmare, structura lor nu este regulată, spre deosebire de un cristal. Această structură amorfă are ca rezultat o distribuție continuă a mărimii porilor a cărei răspândire (diferența dintre cele mai mici și cele mai mari valori) poate atinge mai multe ordine de mărime.