Fysesorpsjon

Den fysisorpsjon er en form for adsorpsjon i hvilken et adsorbert molekyl gjennom Van der Waals kraft på et substrat er bundet - i motsetning til kjemisorbsjon forekomme når det gjelder adsorpsjon entalpier i størrelsesorden av kjemiske bindings entalpier.

eiendommer

De elektrostatiske kreftene som virker i fysisorpsjon er svakere enn de elektrostatiske kreftene i kjemiske bindinger . Som regel er bindingsenergiene ved fysisorpsjon i området fra 4 til 40 kJ / mol. En form for slike krefter er van der Waals-kreftene, dvs. den elektrostatiske interaksjonen mellom induserte , svingende dipoler . Mer presist, man snakker her om Londons spredningsstyrker . Siden elektronene ikke er fiksert i molekylet, skaper svingninger i distribusjonen et midlertidig dipolmoment hvis middelverdi over tid er null. Til tross for sin korte levetid kan dette midlertidige dipolmomentet indusere et antiparallelt dipolmoment i et nabomolekyl, hvor kreftene virker omvendt proporsjonalt med den sjette kraften til avstanden r (1 / r ⁶ ).

Avhengig av kombinasjonen adsorbat-adsorbent er det imidlertid også mulig med høyere bindingsenergier. Mye sterkere krefter oppstår gjennom samspillet med de faste dipolene på polære overflater ( salter ) eller speilladningene , ettersom de forekommer i elektrisk ledende overflater (metaller). Imidlertid er disse interaksjonene allerede så sterke at noen av dem må sees på som kjemisorpsjon.

Den viktigste egenskapen til fysisorpsjon (i motsetning til kjemisorpsjon) er den lette endringen i adsorbatet og adsorbenten . Med unntak av avslapning av substratgitteret, er det ingen endringer i adsorbenten. I adsorbatet endres bare bindingene litt, noe som merkes i endrede vibrasjonsfrekvenser.

Siden den kjemiske strukturen til det fysisorberte stoffet ikke endres vesentlig, er denne prosessen i prinsippet reversibel. Siden det generelt ikke er noen aktiveringsenergi å overvinne, dekkes adsorbenten veldig raskt. Overflatene til faste stoffer dekkes derfor alltid med et tynt lag av adsorberte stoffer i luften. Dette forhindrer vanligvis kald sveising av metalloverflater.

Den direkte overgangen til et adsorbat fra den svake van der Waals-bindingen i fysisorpsjon til dannelsen av en kjemisk binding ble demonstrert ved hjelp av atomkraftmikroskopi.

Vroman-effekt

Interaksjoner mellom molekyler av forskjellige størrelser med en overflate.

Den Vroman effekt ble først beskrevet av Leo Vroman på grunnlag av binding av plasmaproteiner . Effekten omfatter suksessiv akkumulering i blandinger av proteiner med forskjellig molær masse eller kjedelengde. Han fant at plasmaproteinene albumin , globulin , fibrinogen , fibronektin , faktor XII og kininogener adsorberes etter hverandre.

Små molekyler med lav molær masse diffunderer raskere og binder seg til en overflate først, de er kinetisk favoriserte. Større molekyler har høyere bindingsenergi, noe som betyr at mindre molekyler byttes mot større. I balansen adsorberes spesielt større molekyler.

applikasjoner

Teknisk sett brukes den raske adsorpsjonen av gasser på friske, avdekkede overflater i sorpsjonspumper og getterpumper. Elektronrør har ofte et getterlag laget av dampdeponert titan for å opprettholde vakuumet de trenger. Titanoverflaten forblir frisk og effektiv så lenge røret er uskadet.

En annen anvendelse av fysisorpsjon er luft- eller vannrensing ved hjelp av aktivert karbon .

litteratur

• Andrew Zangwill: Fysikk på overflater , Cambridge University Press 1988, ISBN 0-521-34752-1

Individuelle bevis

1. ^ Ferdinand Huber, Julian Berwanger, Svitlana Polesya, Sergiy Mankovsky, Hubert Ebert: Kjemisk bindingsdannelse som viser en overgang fra fysisorpsjon til kjemisorpsjon . I: Vitenskap . 12. september 2019, ISSN  0036-8075 , s. eaay3444 , doi : 10.1126 / science.aay3444 ( sciencemag.org [åpnet 18. september 2019]). 
2. Oman Vroman, L., Adams, AL, Fischer, GC, Munoz, PC: Interaksjon av kininogen med høy molekylvekt, faktor XII og fibrinogen i plasma ved grensesnitt . I: Blod . 55, nr. 1, 1980, s. 156-9. PMID 7350935 .