Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электрондық құрылымға қатысты процесс. Физисорбция, сондай-ақ физикалық адсорбция, адсорбция кезінде атомның немесе молекуланың электрондық құрылымының өте аз өзгеруімен сипатталатын процесс.
Process involving electronic structure
Physisorption, also called physical adsorption, is a process in which the electronic structure of the atom or molecule is barely perturbed upon adsorption.
Шолу
Физисорбцияның негізгі өзара әсер ететін күші – Ван-дер-Ваальс күші. Өзара әсер ету энергиясы өте әлсіз болғанымен (~10–100 мэВ), физисорбция табиғатта маңызды рөл атқарады. Мысалы, гекконның беттері мен аяқ шаштары арасындағы Ван-дер-Ваальс тартымдылығы (Синтетикалық сета бөлімін қараңыз) тік қабырғаларға өрмелеуге мүмкіндік береді. Ван-дер-Ваальс күштері индукцияланған, тұрақты немесе уақытша электр дипольдері арасындағы өзара әрекеттесуден туындайды. Химисорбциямен салыстырғанда, онда байланысқан атомдардың немесе молекулалардың электрондық құрылымы өзгереді және коваленттік немесе иондық байланыстар пайда болады, физисорбция химиялық байланыс құрылымын өзгертпейді. Іс жүзінде, нақты адсорбцияның физисорбция немесе химисорбция ретінде жіктелуі негізінен адсорбат пен субстраттың байланысу энергиясына байланысты, физисорбция химиялық байланысқа қатысқан кез келген байланыстан әлдеқайда әлсіз болады.
The fundamental interacting force of physisorption is Van der Waals force. Even though the interaction energy is very weak (~10–100 meV), physisorption plays an important role in nature. For instance, the van der Waals attraction between surfaces and foot hairs of geckos (see Synthetic setae) provides the remarkable ability to climb up vertical walls. Van der Waals forces originate from the interactions between induced, permanent or transient electric dipoles. In comparison with chemisorption, in which the electronic structure of bonding atoms or molecules is changed and covalent or ionic bonds form, physisorption does not result in changes to the chemical bonding structure. In practice, the categorisation of a particular adsorption as physisorption or chemisorption depends principally on the binding energy of the adsorbate to the substrate, with physisorption being far weaker on a per atom basis than any type of connection involving a chemical bond.
Физиолжырылу мүмкіндігі
[[Сурет:физисорбция 2. jpg|thumbnail|400px|Сурет 2. Түрлі гелийлі металл беттерінде адсорбцияланған He үшін есептелген физикалық сіңіру потенциалдық энергиясы. Әлсіз ван дер Ваальс тартылысы энергиясы бірнеше меВ болатын шамалы тереңдіктегі ұңғымаларды құрайды. Сурет 2 Ag, Cu және Au субстраттарында адсорбцияланған He-нің физикалық сіңіру потенциалдық энергиясын көрсетеді, бұл субстраттар әртүрлі тығыздықтардағы кеңейтілген оң зарядтармен сипатталатын гелий моделімен сипатталған. Ван дер Ваальс өзара әрекеттесуінің әлсіздігі тартымды энергия ұңғымаларының (<10 мэВ) пайда болуына әкеледі. Физикалық сіңіру потенциалдық энергиясын зерттеудің тәжірибелік әдістерінің бірі – шашырау процесі, мысалы, металл беттерінен шашыраған инертті газ атомдары. Шашыраған атомдар мен бет арасындағы өзара әрекеттесу потенциалының нақты ерекшеліктерін шашыраған бөлшектердің эксперименттік түрде анықталған бұрыштық таралуы мен көлденең қималарын талдау арқылы анықтауға болады.]
[[Image:physisorption 2. jpg|thumbnail|400px|Fig. 2. Calculated physisorption potential energy for He adsorbed on various jellium metal surfaces. Note that the weak van der Waals attraction forms shallow wells with energy about few meV. Fig. 2 shows the physisorption potential energy of He adsorbed on Ag, Cu, and Au substrates which are described by the jellium model with different densities of smear out background positive charges. It can be found that the weak van der Waals interaction leads to shallow attractive energy wells (<10 meV). One of the experimental methods for exploring physisorption potential energy is the scattering process, for instance, inert gas atoms scattered from metal surfaces. Certain specific features of the interaction potential between scattered atoms and surface can be extracted by analyzing the experimentally determined angular distribution and cross sections of the scattered particles.
Кванттық механикалық термодинамикалық модельдеу бетінің ауданы мен пішінділігі үшін
1980 жылдан бері адсорбцияны түсіндіру және жұмыс істейтін теңдеулерді алу үшін екі теория зерттелді. Бұл екеуі – χ гипотезасы, кванттық механикалық туынды және артық беттік жұмыс, ESW деп аталады. Бұл екі теория да жазық беттер үшін бірдей теңдеуді береді:
Since 1980 two theories were worked on to explain adsorption and obtain equations that work. These two are referred to as the chi hypothesis, the quantum mechanical derivation, and excess surface work, ESW. Both these theories yield the same equation for flat surfaces:
мұнда U – бірлік сатылы функция. Басқа символдардың анықтамасы төмендегідей:
Where U is the unit step function. The definitions of the other symbols is as follows:
мұнда "ads" – "адсорбталған", "m" – "моноқабат теңдестігі" және "vap" – сұйық адсорбатының қатты сынамамен бірдей температурадағы қайнау қысымына сілтеме жасайды ("ads" және "vap" – соңғы IUPAC конвенциясы, бірақ "m" үшін IUAPC баламалы белгісі жоқ). Бірлік функциясы бірінші адсорбталған молекуланың молярлық адсорбциялық энергиясын былай анықтайды:
where "ads" stands for "adsorbed", "m" stands for "monolayer equivalence" and "vap" is reference to the vapor pressure ("ads" and "vap" are the latest IUPAC convention but "m" has no IUAPC equivalent notation) of the liquid adsorptive at the same temperature as the solid sample. The unit function creates the definition of the molar energy of adsorption for the first adsorbed molecule by:
Адсорбталғанға қарсы χ графигі салынған сызық χ графигі деп аталады. Жазық беттер үшін χ графигінің еңісі беттік ауданды көрсетеді. Эмпирикалық тұрғыдан, бұл сызықтың Поланьи және де Бур мен Цвиккердің изотермасына өте жақсы сәйкес келетіні байқалды, бірақ одан әрі зерттелмеді. Бұл Эйнштейнтің алғашқы жағдайдағы, ал Брунауэрдің кейінгі жағдайдағы сын-пікірлеріне байланысты болды. Бұл жазық беттік теңдеу, салыстыру қисықтарының дәстүрлі әдісіндегідей, "стандартты қисық" ретінде қолданылуы мүмкін, бірақ кеуекті сынамадағы қисықтың бастапқы бөлігі өзіндік стандарт ретінде қызмет етеді. Бұл техниканы қолдану арқылы ультрамикропорозды, микропорозды және мезопорозды жағдайларды талдауға болады. Кеуекті сынамаларды қоса алғанда, толық изотермаға сәйкестік үшін типтік стандартты ауытқулар әдетте 2%-дан кем болады. Жақсы деректерге жасалған сәйкестіктің мысалы 3-суретте көрсетілген. Деректер Пэйн, Синг және Туркке тиесілі және s стандартты қисығын құру үшін пайдаланылды. P/Pvap-тың 0,05-тен 0,35-ке дейінгі диапазонында ғана сәйкестік мүмкін болатын BET-тен айырмашылығы, сәйкестік диапазоны толық изотерманы құрайды.
The plot of adsorbed versus is referred to as the chi plot. For flat surfaces, the slope of the chi plot yields the surface area. Empirically, this plot was notice as being a very good fit to the isotherm by Polanyi and also by deBoer and Zwikker but not pursued. This was due to criticism in the former case by Einstein and in the latter case by Brunauer. This flat surface equation may be used as a "standard curve" in the normal tradition of comparison curves, with the exception that the porous sample's early portion of the plot of versus acts as a self standard. Ultramicroporous, microporous and mesoporous conditions may be analyzed using this technique. Typical standard deviations for full isotherm fits including porous samples are typically less than 2%. A typical fit to good data on a homogeneous non porous surface is shown in figure 3. The data is by Payne, Sing and Turk and was used to create the s standard curve. Unlike the BET, which can only be at best fit over the range of 0.05 to 0.35 of P/Pvap, the range of the fit is the full isotherm.
Химиорбциямен салыстыру
Физисорбция – жалпы құбылыс және кез келген қатты/сұйық немесе қатты/газ жүйесінде кездеседі. Химисорбция химиялық таңдаулылықпен сипатталады. Физисорбция кезінде адсорбент пен адсорбаттың электрондық күйлерінің өзгеруі минималды болады. Адсорбция күштеріне Лондон күштері, диполь-диполь тартылысы, диполь-индуцирленген тартылыс және "сутекті байланыс" жатады. Химисорбция үшін электрондық күйдегі өзгерістерді тиісті физикалық тәсілдермен, яғни химиялық байланыс арқылы анықтауға болады. Физисорбцияның типік байланысу энергиясы шамамен 10–300 мэВ және локальданбаған. Химисорбция әдетте 1–10 эВ энергиясымен байланыс жасайды және локальді болады. Газ фазасынан физисорбцияның элементар сатысы активациялық энергияны қажет етпейді. Химисорбция көбінесе активациялық энергияны қажет етеді. Физисорбцияда газ фазасы молекулалары, адсорбаттар, физикалық кедергілер, мысалы, кеуектілік болмаса, көп қабатты адсорбция құрайды. Химисорбция кезінде молекулалар валенттік байланыстар арқылы бетке адсорбцияланады және тек моноқабатты адсорбция түзеді. Физисорбциядан химисорбцияға тікелей өту атомдық күш микроскопының ұшына CO молекуласын бекіту және оның бір темір атомымен өзара әрекеттесуін өлшеу арқылы байқалған. Бұл эффект 1960 жылдардың соңында Кондонның және ЭСР өлшемдері бойынша Мойес пен Уэллс хабарлағандай, далалық эмиссиядан бензол үшін де байқалды. Бұған тағы бір тұрғыдан қарасақ, химисорбция адсорбат молекуласындағы электрондардың топологиясын өзгертеді (химиялық реакция процесі арқылы), ал физисорбция өзгертетін емес.
Physisorption is a general phenomenon and occurs in any solid/fluid or solid/gas system. Chemisorption is characterized by chemical specificity. In physisorption, perturbation of the electronic states of adsorbent and adsorbate is minimal. The adsorption forces include London Forces, dipole dipole attractions, dipole induced attraction and "hydrogen bonding." For chemisorption, changes in the electronic states may be detectable by suitable physical means, in other words, chemical bonding. Typical binding energy of physisorption is about 10–300 meV and non localized. Chemisorption usually forms bonding with energy of 1–10 eV and localized. The elementary step in physisorption from a gas phase does not involve an activation energy. Chemisorption often involves an activation energy. For physisorption gas phase molecules, adsorbates, form multilayer adsorption unless physical barriers, such as porosity, interfere. In chemisorption, molecules are adsorbed on the surface by valence bonds and only form monolayer adsorption. A direct transition from physisorption to chemisorption has been observed by attaching a CO molecule to the tip of an atomic force microscope and measuring its interaction with a single iron atom. This effect was observed in the late 1960s for benzene from field emission as reported by Condon and ESR measurements as reported by Moyes and Wells. Another way of looking at this is that chemisorption alters the topology of the electrons in the adsorbate molecule (by the process of chemical reaction) but physisorption does not.