Десорбция - Desorption

Десорбция это явление при этом вещество высвобождается с поверхности или через поверхность. В процесс противоположен сорбция (то есть либо адсорбция или же поглощение ). Это происходит в системе, находящейся в состоянии сорбционного равновесия между объемной фазой (текучая среда, т.е. газ или жидкий раствор) и адсорбирующей поверхностью (твердое тело или граница, разделяющая две текучие среды). Когда концентрация (или давление) вещества в объемной фазе снижается, часть сорбированного вещества переходит в объемное состояние.

В химии, особенно хроматография, десорбция - это способность химического вещества перемещаться вместе с подвижной фазой. Чем больше химическое вещество десорбируется, тем меньше вероятность его адсорбции, поэтому вместо того, чтобы прилипать к неподвижной фазе, химическое вещество перемещается вверх вместе с фронтом растворителя.

В химической процессы разделения, зачистка также называется десорбцией, так как один компонент потока жидкости перемещается массообмен в паровую фазу через границу раздела жидкость-пар.

После адсорбции адсорбированный химикат будет оставаться на подложке почти неограниченное время при условии, что температура остается низкой. Однако с повышением температуры увеличивается вероятность десорбции. Общее уравнение скорости десорбции:

${\displaystyle R=rN^{x}}$

куда ${\displaystyle r}$ - константа скорости десорбции, ${\displaystyle N}$ - концентрация адсорбированного материала, а ${\displaystyle x}$ - кинетический порядок десорбции.

Обычно порядок десорбции можно предсказать по количеству задействованных элементарных шагов:

Атомная или простая молекулярная десорбция обычно представляет собой процесс первого порядка (т.е. простая молекула на поверхности субстрата десорбируется в газообразную форму).

Рекомбинативная молекулярная десорбция обычно представляет собой процесс второго порядка (т.е. два атома водорода на поверхности десорбируются и образуют газообразный H₂ молекула).

Константа скорости ${\displaystyle r}$ может быть выражено в виде

${\displaystyle r=Ae^{{-E_{a}}/{kT}}}$

куда ${\displaystyle A}$ "частота попыток" (часто греческая буква ${\displaystyle \nu }$ ), вероятность того, что адсорбированная молекула преодолеет свой потенциальный барьер для десорбции, ${\displaystyle E_{a}}$ это энергия активации десорбции, ${\displaystyle k}$ - постоянная Больцмана, а ${\displaystyle T}$ это температура.^[1]

Механизмы десорбции

В зависимости от природы связи абсорбент / адсорбент с поверхностью существует множество механизмов десорбции. Поверхностная связь сорбента может быть разорвана термически, с помощью химических реакций или радиации, что может привести к десорбции частиц.

Термодесорбция

Восстановительная или окислительная десорбция

В некоторых случаях адсорбированные молекулы химически связаны с поверхностью / материалом, обеспечивая прочную адгезию и ограничивая десорбцию. В этом случае десорбция требует химической реакции, которая расщепляет химические связи. Один из способов добиться этого - приложить напряжение к поверхности, что приведет либо к восстановлению, либо к окислению адсорбированной молекулы (в зависимости от смещения и адсорбированных молекул).

В типичном примере восстановительной десорбции самособирающиеся монослои из алкилтиолы на золото Поверхность может быть удалена путем приложения отрицательного смещения к поверхности, что приводит к уменьшению головной группы серы. Химическая реакция для этого процесса будет:

${\displaystyle R-S-Au+e^{-}\longrightarrow R-S^{-}+Au}$

где R представляет собой алкильную цепь (например, CH₃), S - атом серы тиольной группы, Au - поверхностный атом золота и e⁻ представляет собой электрон, поступающий от внешнего источника напряжения.^[2]

Еще одно применение восстановительной / окислительной десорбции - очистка активированного угля с помощью электрохимическая регенерация.

Электронно-стимулированная десорбция

Воспроизвести медиа

показывает влияние падающего электронного пучка на адсорбированные молекулы.

Электронно-стимулированная десорбция происходит в результате падения электронного луча на поверхность в вакууме, что является обычным явлением в физике элементарных частиц и промышленных процессах, таких как сканирующая электронная микроскопия (SEM). При атмосферном давлении молекулы могут слабо связываться с поверхностями в так называемом адсорбция. Эти молекулы могут образовывать монослои с плотностью 10¹⁵ атомов / (см² ) для получения идеально гладкой поверхности.^[3] Может образовываться один или несколько монослоев, в зависимости от связывающих способностей молекул. Если электронный луч падает на поверхность, он дает энергию для разрыва связей поверхности с молекулами в адсорбированном монослое (ах), вызывая повышение давления в системе.

Как только молекула десорбируется в вакуумный объем, она удаляется с помощью вакуумного откачивающего механизма (повторная адсорбция незначительна). Следовательно, для десорбции доступно меньшее количество молекул, а для поддержания постоянной десорбции требуется все большее количество электронов.

Смотрите также

• Адсорбция
• Изотерма сорбции
• Хемосорбция
• Изотерма Гиббса
• Изотерма сорбции влаги
• Уравнение Ленгмюра

Рекомендации

1. Somorjai, Gabor A .; Ли, Иминь (2010). Введение в химию поверхности и катализ. Джон Уайли и сыновья. Раздел 4.6.
2. Сунь К., Цзян Б. и Цзян X. (2011). Электрохимическая десорбция самоорганизующихся монослоев и ее применение в химии поверхности и клеточной биологии. Журнал электроаналитической химии, 656(1), 223-230.
3. М. Х. Габланян (1997). Технология большого объема, практическое руководство. Второе издание. Марсель Деккер, Inc.