مترجم: سهیلا حاجیزاده
منبع:راسخون
منبع:راسخون
مردم معمولا اصطلاح "جذب سطحی و "جذب حجمی" را به جای یکدیگر به کار میبرند، که این کار اشتباه است. این دو اصطلاح دو پدیدهی کاملا متفاوت هستند. در اینجا شما به صورت دقیق پدیدهی جذب حجمی را در مقابل جذب سطحی فرا میگیرید.
اصطلاح جذب توسط فیزیکدان آلمانی، هینریچ کایزر در سال 1881 ابداع شد. هنگامی که مولکولها، یونها یا اتمها در فازهای جامد، مایع و گاز هستند، آنها با نیروهای جاذبهی بسیاری درگیر هستند، که باعث می‌شود این مولکولها به فاز خود پایبند بمانند. این پدیده جذب نام دارد. جذب میتواند دو نوع باشد- جذب سطحی و جذب حجمی. این فرایندها یک نقش حیاتی را در شیمی و زیست شناسی ایفا میکنند.
جذب سطحی پدیدهای بوده که در آن مولکولها یا یونهای یک جامد، مایع یا گاز به سطح اتمها، یونها یا مولکولها میچسپد. مولکولهایی که به سطح میچسپند، جذب سطحی نامیده میشوند. به بیان سادهتر، میتوان گفت که مولکولها بر روی سطح یک ماده مینشینند.
جذب حجمی پدیدهای بوده که در آن اتمها، یونها یا مولکولهای یک ماده وارد بخش عمدهای از جامد، مایع یا گاز میشوند. فازی که در آن مولکولها جذب میشوند، جاذب حجمی نامیده می‌شود. در اینجا، مولکولها به حجمی از ماده وارد میشوند.
تعاریف
جذب سطحی به عنوان پایبندی اتمها، یونها یا مولکولها بر روی سطح جامد، مایع یا گاز تعریف میگردد.جذب حجمی میتواند به عنوان جذب اتمها، یونها یا مولکولها به حجمی از فاز جامد، مایع یا گاز تعریف میگردد.
جذب سطحی میتواند بر روی سطح فازی که در تماس با مولکول است، اتفاق بیفتد. در حالی که در جذب حجمی، همچنان که مولکول ها درون فاز وارد و پراکنده میشوند، این پدیده در سراسر فاز رخ میدهد.
انواع جذب ها
دو نوع جذب سطحی وجود دارد:جذب فیزیکی: در این نوع جذب تنها یک نیروی جاذبه بین جاذب و جذب شونده وجود دارد. در اینجا، هر دوی گونههای مولکولی واکنش دهنده از نظر شیمیایی بدون تغییر میمانند.
جذب شیمیایی: در این نوع جذب، پیوندهای شیمیایی جدیدی وجو دارد که بین جاذب و جذب شونده ایجاد می شوند. در این جا، واکنش شیمیایی بین دو گونهی مولکولی رخ میدهد.
دو نوع جذب حجمی وجود دارد:
جذب حجمی فیزیکی: در این نوع جذب، مولکولهای جاذب و جذب شونده در تماس با همدیگر نیستند و از این رو، ماهیت شیمیایی مولکولها به هم نمیریزد.جذب سطحی شیمیایی: در این نوع جذب، مولکولهای جاذب و جذب شونده از نظر شیمیایی در تماس با همدیگر بوده و منجر به تشکیل محصولاتی میگردند که از نظر شیمیایی متمایز میباشند.
سرعت
سرعت جذب سطحی در آغاز بالا بوده و در نهایت به تعادل میرسد. همچنان که دما افزایش می‌یابد، سرعت جذب سطحی کاهش پیدا میکند.سرعت جذب حجمی در سراسر این فرایند به میزان ثابتی باقی میماند. سرعت جذب حجمی مستقل از دما میباشد.
مثالها
جذب سطحی
کربن فعال یا زغال فعال یک فرم از زغال سنگ با منافذ بسیار ریز میباشد. این زغال سنگ یک سطح بسیار بزرگ دارد، که به عنوان یک جاذب سطحی مورد استفاده قرار گرفته و طیف وسیعی از کاربردها را نیز دارد. این ماده در تصفیهی گازها و آب استفاده می‌شود. همچنین به عنوان یک فیلتر هوا در ماسکهای گاز استفاده شده و در درمان مسمومیت در هنگام بلع مواد درون معده کاربرد دارد.ژل سیلیکا یک خشک کنندهی با منافذ بسیار ریز و مساحت سطح زیاد میباشد. این ماده میل ترکیبی بسیار بالایی با آب دارد و به راحتی آب را جذب میکند. این ماده با محصولات مختلفی که ممکن است به دلیل وجود آب آسیب ببینند، مانند دستگاههای الکترونیکی و داروها ترکیب می گردند. این ماده به عنوان یک فاز ثابت در بسیاری از تکنیکهای کرماتوگرافی استفاده میشوند. برخی مواقع در تصفیهی آب استفاده شده و میتواند به عنوان یک افزودنی غذایی در غلظت های بسیار پایین، اضافه شود.
بسیاری از فلزات ریز مانند نیکل، پلاتین و پالادیوم معمولا به عنوان یک کاتالیزور در واکنش های شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرند. گستردهترین کاربرد این کاتالیزورها ممکن است در هیدروژناسیون روغنها باشد. روغنها، اسیدهای چرب اشباع نشدهای میباشند که توسط فرایند هیدروژناسیون به اسیدهای چرب اشباع شده تبدیل میگردند. این فرایند در تولید مارگارین و روغن ترد کنندهی شیرینی مورد استفاده قرار میگیرد.
جذب حجمی
جذب حجمی آب توسط یک اسفنج یا هر مادهی جاذب دیگر مانند پنبه شایعترین مثال میباشد.هنگامی که دی اکسید کربن از طریق آب در فشار بالا عبور داده می شود، مقداری گاز در آب جذب حجمی میشوند. این پدیده میتواند در تولید آب گازدار برای نوشیدنیهای گازدار مورد استفاده قرار گیرد.
مولکولهای اکسیژن از هوا یا توسط گیاهان آبزی در آب انتشار مییابند. این اکسیژن در حالت محلول در آب باقی میماند، که جذب حجمی میباشد. این پدیده از همهی اشکال زندگی آبزیان موجود حمایت میکند.
جذب سطحی یک نقش حیاتی را در سیستم های بیولوژیکی ایفا میکند. این پدیده برای جذب مواد غذایی از غذای هضم شده توسط سلولهای اپیتلیال که در دستگاه گوارش است، مورد نیاز میباشد. همچنین این پدیده برای جذب اکسیژن توسط سلولهای اپیتلیال موجود در پوشش آلوئول ریه ها نیز مورد نیاز است.
در شیمی، آمونیاک میتواند در آب جذب گردد. این فرایند در حذف مولکولهای آب از دیولها و همچنین برای جداسازی هیدروکربنهای با وزن مولکولی پایین از هیدروکربنهای با وزن مولکولی بالا نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
در تصفیهی گاز طبیعی و دیگر مواد پتروشیمی، این گازها از طریق آلکانها (الکلهای حاوی آمینها) عبور داده میشوند، به طوری که گازهایی مانند هیدروژن سولفید و دی اکسید کربن در آلکانها جذب حجمی شده و حذف میگردند. این فرایند شیرینسازی گاز و حذف گاز اسید نامیده می‌شود.
اکسید آهن در حذف هیدروژن سولفید از گازهای زیستی مورد استفاده قرار میگیرد، در اینجا، هیدروژن سولفید ابتدا درون آب جذب شده و سپس با آهن اکسید تیمار میگردد.
روند جذب نیازمند مساحت سطح بزرگ بوده و در طول این فرایند، حدود 1015 مولکول در هر سانتی متر مربع وجود دارند.
