అధిశోషణం

బ్రౌనర్, ఏమ్మేట్, టెల్లర్ model బహు వరుస ఎడ్జార్ప్షన్ మోడల్ అనేది ఉపరితలంపై పరమాణువుల యొక్క యాదృచ్ఛిక పంపిణీ.

అధిశోషణము (ఆంగ్లం: Adsorption) అనేది ఒక గ్యాస్, ద్రవ యొక్క అణువులు, అయాన్లు, ఒక ఉపరితలం మీద రద్దు ఘనపదార్ధాల యొక్క సంశ్లేషణ . ఈ ప్రక్రియ అద్సోర్బెంట్ ఉపరితలం మీద అద్సోర్బెట్ యొక్క సన్నని పొరను సృష్టిస్తుంది. ఈ ప్రక్రియ శోషణకు భిన్నంగా ఉంటుంది. ఇందులో ద్రవం (అధిశోషితం) ద్రవం లేదా ఘన (అధిశోషకం) లో కరిగిపోతుంది. శోషణ పదార్థం యొక్క మొత్తం వాల్యూమ్ మీద ఆధారపడి ఉంటుంది అయితే అధిశోషణం ఉపరితల ఆధారిత ప్రక్రియ. శోషణ రెండు ప్రక్రియలు కలిగి ఉంటుంది,, ప్రసారం అనేది దాని యొక్క రివర్స్. అధిశోషణం ఉపరితల పద్ధతి.

ఉద్రిక్తత ఉపరితలం పోలి, అధిశోషణం ఉపరితల శక్తి యొక్క పరిణామం. ఒక సమూహ వస్తువలో, ఒక అనువుకి అవసరమైన (ఆయన్లు, సమయోజనీయ లేదా లోహ) బంధం అవసరాలు అదే పదార్థంలోని ఇతర అణువులు సమకూరుస్తాయి. అయినప్పటికి, అధిసోశకం ఉపరితలం పై ఉన్న అణువులు ఇతర అధిశోషకం యొక్క అణువులతో పూర్తిగా కట్టడి అయి ఉండవు కావున అధిసోషితంలను ఆకర్షిస్తుంది. బంధం యొక్క కచ్చితమైన స్వభావం జాతుల వివరాలు ఆధారపడి ఉంటుంది, కానీ ఎడ్జార్ప్షన్ ప్రక్రియను సాధారణంగా ఫిజిసార్ ప్షన్ (బలహీనమైన వాన్ డెర్ వాల్స్ దళాల యొక్క లక్షణం) లేదా కెమిసార్ప్షన్ (సమయోజనీయ బంధం యొక్క లక్షణం) వర్గీకరించబడింది. ఇది స్థిర విద్యుత్ ఆకర్షణ వలన కూడా సంభవించవచ్చు .

అధిశోషణం అనేక సహజ భౌతిక, జీవ,, రసాయనిక వ్యవస్థలో ఉంటుంది,, ఇతర ప్రక్రియ అవసరాలు (ఎడ్జార్ప్షన్ చిల్లరులు), వ్యర్థ ఉష్ణాన్ని ఉపయోగించి ఎయిర్ కండిషనింగ్ కు చల్లని నీరు అందించడానికి, కృత్రిమ రెసిన్లు, కార్బైడ్ నుండి కార్బన్ల యొక్క నిల్వ సామర్థ్యం పెంచడానికి, నీటి శుద్ధీకరణకు ఉపయుగ పడుతుంది.అధిశోషణం, అయాన్ మార్పిడి, క్రొమటోగ్రఫీ అనేవి సార్ప్శన్ ప్రక్రియలు వీటిలో కొన్ని అధిశోషితాలు ద్రవ స్థితిలో నుండి దృఢమైన కణాల యొక్క ఉపరితలానికి బదిలీ అవుతాయి. "ఎడ్జార్ప్షన్" పదం జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త హెన్రిచ్ కేజర్ (Heinrich Kayser) (1853-1940) 1881 లో కనిపెట్టారు .

IUPAC నిర్వచనం

ఒక పదార్థం వేరొక ద్రవం లేదా ఘనా పదార్థం ఉపరితలంపై గాఢత చెందడాన్ని అధిశోషణం అంటారు.

సమోష్ణోగ్రత రేఖ

సాధారణంగా అధిసోషణము స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద పీడనం (గ్యాస్ ఉంటే), ఏకాగ్రత (ద్రవ ఉంటే) విధిగా వివరించబడుతుంది. వివిధ పదార్థాల పోలిక అనుమతించడానికి గ్రహించిన పదార్థాల పరిమాణం ద్రవ్యరాశిలో సాధారణ చేయబడుతుంది.

ఫ్రండ్లిచ్ సామీకరణ

ఒక సమోష్ణగ్రతరేఖకు గణిత నిర్వచనం ఫ్రండ్లిచ్, Kuster (1894) ప్రచురించారు, వాయు adsorbates కోసం ఒక పూర్తిగా అనుభావిక సూత్రం:

${\frac {x}{m}}=kP^{\frac {1}{n}}$

x- గ్రహించిన పరిమాణం, m – అధిశోషకమ్ ద్రవ్యరాశి, P-అధీసోషితం యొక్క పీడనం, k, n అనుభావిక స్థిరాంకాలు ప్రతి అధిసోషితం, అధిశోషకమ్ ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద. వాస్తవానికి x / m కట్టుబడి లేకుండా ఒత్తిడి పెరిగినప్పుడు, ఒక గరిష్ఠ విలువకు సమీపిస్తుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు, పరిమాణం నెమ్మదిగా పెరుగుతుంది, దీనివలన ఉపరితల నింపుటకు అధిక పీడనం కావాలి.

లాంగ్ మేయర్

1918 లో ఇర్వింగ్ లాంగ్, ఎడ్జార్ప్షన్ సమోష్ణరేఖ ప్రతిపాదించిన తొలి శాస్త్రవేత్త. మోడల్ ఘన ఉపరితలాలపై గ్రహించబడిన వాయువులకు వర్తిస్తుంది. ఇది ఒక గతి ఆధారంగా ఒక సెమీ అనుభావిక సమోష్ణరేఖ, గణాంక ఉష్ణగతిక ఆధారంగా వచ్చింది. ఇది దాని సరళత్వం, ఎడ్జార్ప్షన్ డేటాకు సరిపోయే సామర్థ్యం వలన ఇది అత్యంత సాధారణ సమోష్ణరేఖ సమీకరణం. ఇది నాలుగు అంచనాలు ఆధారంగా ఉంటుంది: #ఎడ్జార్ప్షన్ సైట్లు అన్ని సమానంగా ఉంటాయి, ప్రతి సైట్ ఒక అణువు సదుపాయాన్ని అందించగలదు. #ఉపరితలం సజాతీయ శక్తివంతంగా ఉంటాయి,, గ్రహించబడిన అణువులు వేరొక వాటితో కలవవు.

1. ఏ దశలోనూ మార్పులు ఉండవు.

#గరిష్ఠ అధిశోషణం వద్ద కేవలం ఏకపొర ఏర్పడుతుంది.అధిశోషణం ఉపరితలంపై పరిమితమై సైట్లలో జరుగుతుంది ఇతర అధిశోషీతమ్ తో కాదు. ఈ నాలుగు అంచనాలు అరుదుగా అన్ని వర్తిస్తాయి. ఉపరితలంపై లోపాలు ఎల్లప్పుడూ ఉంటాయి, గ్రహించబడిన అణువులు తప్పనిసరిగా జడ కాదు,, విధానం, ఆకరి అణువుకు ఉపరితల మీగడ కట్టు మొట్టమొదటి అణువులదై స్పష్టంగా ఉండదు. . నాల్గవ పరిస్థితి తరచుగా ఎక్కువ అణువుల ఏకపొరకు మీగడ కట్టు ఉంటుంది, ఈ సమస్య ఉపరితలాలపై BET సమోష్ణరేఖ వివరించబడింది. లాంగ్ సమోష్ణరేఖ అయితే ఎడ్జార్ప్షన్ పద్ధతులలో కోసం మొదటి ఎంపిక, ఉపరితల (సాధారణంగా లాంగ్-హిన్షెల్వుడ్ చర్యలు అని) గతి శాస్త్రము, థర్మోలో అనేక ఉపయోగాలు ఉన్నాయి. లాంగ్ అధిశోషణం ఈ విధానం ద్వారా జరుగుతుంది సూచించారు. $A_{g}+S\rightleftharpoons AS$, A అనేది ఒక వాయు అణువు, S ఒక ఎడ్జార్ప్షన్ సైట్ ప్రత్యక్ష, విలోమ రేటు స్థిరాంకాలు k, k-1, సమతుల్యతలో ఎడ్జార్ప్షన్ సైట్లు భిన్నం ఉపరితల కవరేజ్ θ

$K={\frac {k}{k_{-1}}}={\frac {\theta }{(1-\theta )P}}$

లేదా

$\theta ={\frac {KP}{1+KP}}$

P -గ్యాస్ యొక్క పాక్షిక పీడనం లేదా ద్రవనం యొక్క గాఢత. తక్కువ పీడనంకి θ=KP, ఎక్కువ పీడనంకి θ=1 θను కొలిచేందుకు కష్టం, అధిసోషితం సాధారణంగా వాయువు అందువలన గ్రహించబడిన పరిమాణం (STP) వద్ద మోల్స్, గ్రాముల, లేదా గ్యాస్ వాల్యూమ్లతో కొలవబడుతుంది.vmonను STP వద్ద ఏకపొర ఏర్పాటు అవసరంమైన అధిసోషితం యొక్క వాల్యూమ్.θ=v/vmon, సరళ రేఖ వ్యక్తీకరణ పొందటానికి

${\frac {1}{v}}={\frac {1}{Kv_{\mathrm {mon} }}}{\frac {1}{P}}+{\frac {1}{v_{\mathrm {mon} }}}$

వాలుగా, వై అడ్డుకొనే ద్వారా ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రతి అధిసోషితం, అధిశోషకం జతకు మనం vmon, K, పొందవచ్చు. vmon ఉత్తమ వాయువు చట్టం ద్వారా ఎడ్జార్ప్షన్ సైట్లు సంఖ్య. ఒక అధిశోషకం యొక్క ఉపరితల ప్రాంతం దాని నిర్మాణం పై ఆధారపడి ఉంటుంది, రంధ్రాలు పెద్దగా ఉంటే ఉపరితలం పెద్దగా ఉంటుంది, ఇది స్పందన పై ఒక పెద్ద ప్రభావం ఉంటుంది. ఒకటి కంటే ఎక్కువ గ్యాస్ ఉపరితలంపై గాలిస్తుంది ఉంటే, వట్టి సైట్లు భాగంగా θ E నిర్వచిస్తే :

$\theta _{E}={\frac {1}{\displaystyle 1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}}$

Θj ను మేము j-వ గ్యాస్ ఆక్రమించిన సైట్లు భాగంగా నిర్వచించవచ్చు.

$\theta _{j}={\frac {K_{j}P_{j}}{\displaystyle 1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}}$

i అనేది గ్రహించబడిన వాయువులు.

BET

తరచుగా అణువులు, బహుళ పొరలను కలిగి ఉంటాయి, కొన్ని గ్రహించబడిన వాటి మీదే గ్రహించబడతాయి, అందువలన లాంగ్ సమోష్ణరేఖ చెల్లదు. 1938 లో స్టీఫెన్ బ్రౌనర్, పాల్ ఇమ్మెట్, ఎడ్వర్డ్ టెల్లర్ ఖాతాలోకి అవకాశం పడే ఒక మోడల్ సమోష్ణరేఖ అభివృద్ధి చేశారు.ఈ సిద్ధాంతం వారి పేర్లలో చివరి పేరులోని తర్వాత, BET సిద్ధాంతం అంటారు. వారు లాంగ్ మేయర్ సిద్ధాంతాన్ని ఈ విధముగా మార్చారు:

A_(g) + S ⇌ AS

A_(g) + AS ⇌ A₂S

A_(g) + A₂S ⇌ A₃S

ఫార్ములా యొక్క నిర్వచన లాంగ్ యొక్క కంటే మరింత క్లిష్టంగా ఉంటుంది.

${\frac {x}{v(1-x)}}={\frac {1}{v_{\mathrm {mon} }c}}+{\frac {x(c-1)}{v_{\mathrm {mon} }c}}.$

x –ఉష్ణోగ్రత వద్ద అధిసోష్టం యొక్క పీడనం ఆవిరి ఒత్తిడి ద్వారా విభజించబడినప్పుడు వచ్చే విలువ.v అనేది STP వద్ద గ్రహించబడిన అధిసోషితం యొక్క వాల్యూమ్, v mon అనేది STP వద్ద ఏకపొరకి కావలిసిన పదార్ధము యొక్క మొత్తం,, c అనేది సమతౌల్య స్థిరాన్ని ఆవిరి పీడనంతో గుణిస్తే వచ్చే విలువ. మొదటి పొరకు తప్ప అన్ని పొరలకు ఎడ్జార్ప్షన్ వేడి వాయువును ద్రవముగా మార్చుటకు అధిసోషితానికి కావలిసిన వేడి. లాంగ్ సమోష్ణరేఖ సాధారణంగా కెమిసోర్ప్షన్ కోసం లాంగ్ మేయర్, BET సమోష్ణరేఖ ఫ్య్సిసోర్ప్షన్ కు బాగా ఉపయోగ పడుతుంది.

పాల్ కిశ్లియుక్

యాదృచ్ఛిక ఎడ్జార్ప్షన్ ద్వారా (కుడి) గతంలోగ్రహించబడిన అధిసోషితం (ఎడమ) చుట్టూ పూర్వగామి రాష్ట్ర నుండి రెండు అధిసోషితం నత్రజని వాయువులు అధిసోషకం అయిన టంగ్స్టన్ ఉపరితలం పై గ్రహించబడుతున్నాయి.

ఇతర సందర్భాల్లో, గతంలో ఘన ఉపరితలంపై గ్రహించబడిన వాయు అణువుల మధ్య అణు పరస్పర వాయు దశల్లో వాయు అణువులతో ముఖ్యమైన పరస్పర ఏర్పాటు చేసుకుంటుంది. అందువల్ల, ఉపరితల గ్యాస్ అణువుల అధిశోషణం ఇప్పటికే ఘన ఉపరితలంపై ఉండే వాయు అణువుల చుట్టూ సంభవించే అవకాశం ఎక్కువుగా ఉంది. ఈ ప్రభావం నత్రజనిని అధిసోషితంగా, టంగ్స్టన్ ని అధిసోషకంగా 1957 లో పాల్ కిశ్లియుక్ అధ్యయనం చేశారు. ఉపరితల అణువులు చుట్టూ సంభవించే అధిశోషణం యొక్క పెరిగిన సంభావ్యత పూడ్చేందుకు కిశ్లియుక్ అణువులు వాయు దశలో ఘన అధిసోషితం, అధిసోషకం మధ్య అంతర్ముఖంలో మార్గదర్శి రాష్ట్రంలో ప్రవేశిస్తాయి అనే సిద్ధాంతం అభివృద్ధి చేశారు. ఇక్కడ నుండి అధిసోషితం అణువులు అధిసోషకంలోకి గ్రహించబడడం కానీ వాయు దశ లోకి వెళ్ళడం జరుగుతుంది. పూర్వగామి రాష్ట్ర నుండి సంభవించే అధిశోషణం యొక్క సంభావ్యత అప్పటికే గ్రహించబడిన అధిసోషితం సామీప్యం పై ఆధారపడి ఉంటుంది. పూర్వగామి రాష్ట్రంలో అధిసోషితం యొక్క అణువు అప్పటికే ఉపరితలం పై ఉన్న అధిసోషితం యొక్క అణువుకు దగ్గరగా ఉంటే అది ఒక అభ్యంతరకర సంభావ్యత కలిగి ఉంటుంది, అది SE అనే స్థిరం యొక్క పరిమాణం పై ఆధారపడి ఉంటుంది, పూర్వగామి రాష్ట్ర నుండి KEC రేటుతో, వాయు దశలోనికి KES రేటుతో వెల్లుతుంది. పూర్వగామి రాష్ట్రం నుండి అధిసోషితం అణువు గతంలో ఉన్న అధిసోషితం అణువుకు దూరముగా గ్రహించబడినట్లైతే, దాని అభ్యంతరకర సంభావ్యత SD అనే స్థిరంకం యొక్క పరిమాణం మీద ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ కారకాలు "అంటుకునే గుణకం” KE ద్వారా కింద వివరించబడింది.

$k_{\mathrm {E} }={\frac {S_{\mathrm {E} }}{k_{\mathrm {ES} }.S_{\mathrm {D} }}}.$

SD లాంగ్ మోడల్ ద్వారా పరిగణలోకి తీసుకున్న అంశాల ద్వారా నిర్దేశించబడుతుంది.SD ఎడ్జార్ప్షన్ రేటు స్థిరంగా భావిస్తాము. కిశ్లియుక్ స్థిరంకం (R’) లాంగ్ మోడల్ స్థిరంకంకి భిన్నంగా ఉంటుంది, R’ను ఏకపొర ఆవిర్భావంలో వ్యాప్తి విస్తరణల ప్రభావంలో ఉపయోగిస్తారు, వ్యవస్థ యొక్క స్థిరాంకానికి వర్గమూలం నిష్పత్తిలో ఉంటుంది.

కిశ్లియుక్ అధిసోషణము సమోష్ణరేఖను ఈ విధముగా రాస్తారు:

${\frac {d\theta _{\mathrm {(t)} }}{dt}}=\mathbb {R} '(1-\theta )(1+k_{\mathrm {E} }\theta ).$

θఅనేది అధిసోషకం, అధిసోషితం యొక్క పాక్షిక కవరేజ్, t ఇమ్మర్షన్ సమయం. θకు పరిష్కారం చేస్తే:

$\theta _{\mathrm {(t)} }={\frac {1-e^{-R'(1+k_{\mathrm {E} })t}}{1+k_{\mathrm {E} }e^{-R'(1+k_{\mathrm {E} })t}}}.$

ఎడ్జార్ప్షన్ ఎంతాల్పి

ఎడ్జార్ప్షన్ స్థిరాంకాలు సమతౌల్య స్థిరాంకాలు అందువలన వాంట్ హోఫ్ సమీకరణం కట్టుబడి ఉంటాయి.

$\left({\frac {\partial \ln K}{\partial {\frac {1}{T}}}}\right)_{\theta }=-{\frac {\Delta H}{R}}.$

సూత్రంలో చూచినవిధముగా స్థిరం కవరేజ్ వద్ద, K యొక్క వైవిధ్యం ఇసోస్టెరిక్ . BET సమోష్ణరేఖ నుండి ప్రారంభించి ఎంట్రోపి మార్పు అధిశోషణంకి, ద్రవీకరణముకు అదే అని ఊహించుకుంటే

$\Delta H_{\mathrm {ads} }=\Delta H_{\mathrm {liq} }-RT\ln c,$

అధిసోషణముకు ద్రవీకరణముకు కంటే ఉష్ణమోచన ఎక్కువ.