Десорбция - Desorption

Десорбция - это явление, при котором вещество выделяется с поверхности или через нее. Процесс является противоположность сорбции (то есть, либо адсорбции или абсорбции ). Это происходит в системе, находящейся в состоянии сорбционного равновесия между объемной фазой (текучая среда, то есть 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. Способность к десорбции называется десорбционной способностью .

В химии, особенно в хроматографии , 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 химических процессах разделения , зачистки также упоминается как десорбцией в качестве одного компонента потока жидкости , движется по массопереноса в паровой фазе через интерфейс 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:

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

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

Обычно порядок десорбции можно предсказать по количеству задействованных элементарных шагов:

Атомарная или простая молекулярная десорбция обычно является процессом первого порядка (т.е. простая молекула на поверхности субстрата десорбируется в газообразную форму).

Рекомбинативная молекулярная десорбция обычно является процессом второго порядка (т.е. два атома водорода на поверхности десорбируются и образуют газообразную молекулу H ₂ ).

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

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

где - «частота попыток» (часто греческая буква ), вероятность того, что адсорбированная молекула преодолеет свой потенциальный барьер для десорбции, - энергия активации десорбции, - постоянная Больцмана и - температура. ${\ displaystyle A}$${\ displaystyle \ nu}$${\ displaystyle E_ {a}}$${\ displaystyle k}$${\ displaystyle T}$

Механизмы десорбции

В зависимости от природы связи абсорбент / адсорбент-поверхность 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 адсорбированная молекула химически связана 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, а самоорганизующиеся монослои из алкилтиолов на золотые поверхностях могут быть удалены путем применения отрицательного смещения к поверхности , что приводит к уменьшению серы головной группы. Химическая реакция для этого процесса будет:

${\ displaystyle RS-Au + e ^ {-} \ longrightarrow RS ^ {-} + Au}$

где R - алкильная цепь (например, CH ₃ ), S - атом серы тиольной группы, Au - поверхностный атом золота, а e ^- электрон, поступающий от внешнего источника напряжения.

Еще одно применение восстановительной / окислительной десорбции - очистка активированного угля путем электрохимической регенерации .

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 результате так называемой адсорбции . Эти молекулы могут образовывать монослои с плотностью 10 ¹⁵ атомов / (см ² ) для идеально гладкой поверхности. 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 меньше молекул, и для поддержания постоянной десорбции требуется все большее количество электронов.

Смотрите также

• Адсорбция
• Десорбционная способность
• Изотерма сорбции
• Хемосорбция
• Изотерма Гиббса
• Изотерма сорбции влаги
• Уравнение ленгмюра

использованная литература