Fenomene de suprafata- Fenomene de sorbtie

Fenomene de suprafata

La suprafata fluidelor si solidelor exista o incarcatura energetica suplimentara:

F=σS


Conditia de desfasurare spontana a proceselor este dF<0, deci:
dF= σdS + Sdσ<0
Cand S=ct rezulta dσ<0, fenomene de sorbtie
Cand σ=ct rezulta dS<0.

Fenomene de sorbtie

Sorbţia este un fenomen spontan de modificare a concentraţiei componenţilor la suprafaţa de separaţie dintre faze. Modificarea de concentraţie se poate datora pătrunderii particulelor mobile de sorbat (substanţa sorbită) în întregul volum de sorbant (substanţa care absoarbe - absorbant) - procesul numindu-se absorbţie, sau acumulării particulelor de sorbat numai în stratul superficial de sorbant (adsorbant) - procesul numindu-se adsorbţie.

Adsorbţia fizică (există şi adsorbţie chimică sau chemosorbţie, când apar legături chimice între sorbat şi sorbant) constă în fixarea, la suprafaţa sorbantului, prin legaturi Van der Waals sau legături de hidrogen, a particulelelor sorbatului.

Adsorbţia este un proces reversibil (fenomenul invers adsorbţiei se numeste desorbţie). La echilibru, viteza de adsorbţie - numărul de particule ce se fixează pe unitatea de suprafaţă a adsorbantului în unitatea de timp, este egală cu viteza de desorbţie - numărul de particule ce se desprind de pe unitatea de suprafaţă în unitatea de timp. 

Adsorbţia este un proces exoterm, creşterea temperaturii ducând la micşorarea cantităţii de substanţă adsorbită, conform principiului lui Le Chatelier.
Particulele adsorbite sunt caracterizate de mobilitate superficială, neavând poziţii bine determinate pe suprafaţa adsorbantului.

Cantitatea de substanţă adsorbită la echilibru de un gram de adsorbant, se numeşte capacitate de adsorbţie - x, se exprimă, în general, în mol/g şi depinde de o serie de factori:

• natura cuplului adsorbant - adsorbat;
• forma şi mărimea suprafeţei adsorbantului;
• temperatură;
• concentraţia adsorbatului (presiunea parţială în cazul gazelor).

Determinările experimentale ale capacităţii de adsorbţie, funcţie de concentraţia de echilibru ce, la diferite temperaturi (izoterme de adsorbţie), au pus în evidenţă un fenomen complex, pentru a cărui descriere cantitativă s-au propus mai multe ecuaţii, două dintre ele fiind prezentate în continuare:
ecuaţia Freundlich, în care k este o constantă specifică adsorbantului, iar n o constantă specifică perechii adsorbant-adsorbat:

ecuaţia Langmuir, în care a şi b sunt constante ce depind de natura adsorbantului şi adsorbatului:

Ţinând cont de exprimarea grafică cea mai frecventă a izotermei de adsorbţie, prezentată în figura 1, se observă că formula propusă de Freundlich, caracterizează adsorbţia la concentraţii medii, în timp ce formula Langmuir acoperă şi domeniul concentraţiilor ridicate (=const).

Exista si alte tipuri de izoterme de adsorbtie care au utilizari in practica curenta; izoterma BET este utilizata de exemplu pentru carcaterizarea adsorbantului din punct de vedere al suprafetei specifice.

Adsorbtia speciilor ionice joaca un rol important in fenomenele de coroziune a betonului.