Adsorpcja fizyczna i jej charakterystyka
W kontekście adsorpcji fizycznej wyróżniamy dwa typy: adsorpcję zlokalizowaną oraz mobilną, co jest związane z możliwością ruchu cząsteczek adsorbatu po powierzchni adsorbentu. Gdy bariera potencjału pomiędzy sąsiednimi miejscami, oznaczonymi jako „s1” i „s2”, wynosi ΔEs1,s2 i jest znacznie większa od energii kinetycznej zaadsorbowanych cząsteczek (2 stopnie swobody dla ruchu na płaszczyźnie, Ekin,2D = kT), mamy do czynienia z adsorpcją zlokalizowaną. W przeciwnym przypadku, gdy ta bariera jest znacznie mniejsza, cząsteczki mogą się swobodnie poruszać po powierzchni, co skutkuje adsorpcją mobilną. Jeśli bariera ma wartość zbliżoną do kT, mówimy o adsorpcji częściowo mobilnej:
ΔEs1,s2 >> kT – adsorpcja zlokalizowana
ΔEs1,s2 ≤ kT – adsorpcja mobilna
Wartości pośrednie – adsorpcja częściowo mobilna
Wpływ mobilności na adsorpcję
Warto zauważyć, że w przypadku adsorpcji z roztworów, gęste upakowanie cząsteczek rozpuszczalnika oraz innych składników roztworu, zwłaszcza w pobliżu powierzchni, która dodatkowo porządkuje układ, ogranicza mobilność cząsteczek, niezależnie od wielkości bariery potencjału pomiędzy miejscami adsorpcyjnymi. Podobny wpływ mają cząsteczki adsorbatu przy dużym zapełnieniu powierzchni.
Oprócz ruchów w płaszczyźnie, na powierzchni nieustannie zachodzą procesy adsorpcji oraz desorpcji zaadsorbowanych cząsteczek, co prowadzi do dynamicznej równowagi pomiędzy tymi procesami.
Mobilność adsorpcji skutkuje zmniejszeniem efektywności adsorpcji (cząsteczki wzajemnie sobie przeszkadzają). Jest to szczególnie widoczne podczas porównania par typowych izoterm opisujących adsorpcję zlokalizowaną i mobilną:
Izotermy bez oddziaływań:
- Izoterma Langmuira – zlokalizowana
- Izoterma Volmera – mobilna
Izotermy z oddziaływaniami:
- Izoterma Fowlera-Guggenheima – zlokalizowana
- Izoterma Hilla-deBoera – mobilna
W przypadku każdej z par izoterm, osiągnięcie tej samej wartości pokrycia powierzchniowego θ* wymaga zwiększenia ciśnienia adsorbatu p o ten sam czynnik:
p_{mob}(θ^{*}) = p_{lok}(θ^{*}) ⋅ exp\left(\frac{θ^{*}}{1-θ^{*}}\right)
Adsorpcja częściowo mobilna
Izotermy adsorpcji częściowo mobilnej (np. izoterma Lee-O’Connella lub izoterma Hollanda) pozwalają na opisanie przypadków pośrednich. Dzięki zastosowaniu w całkowej izotermie adsorpcji, możemy uzyskać odpowiednią izotermę dla powierzchni heterogenicznej (niejednorodnej energetycznie).