अधिशोषण और पृष्ठ ऊष्मागतिकी

पृष्ठ अतिरिक्त मुक्त ऊर्जा को पृष्ठ तनाव के रूप में संग्रहीत करते हैं, और अणु अधिशोषण के माध्यम से अंतरापृष्ठों पर जमा होते हैं, जिसे समताप रेखाओं द्वारा वर्णित किया जाता है जो पृष्ठ कवरेज को दबाव या सांद्रता से संबंधित करती हैं।

Definition

अधिशोषण अंतरापृष्ठ पर अणुओं का संचय है, और पृष्ठ ऊष्मागतिकी पृष्ठ तनाव, पृष्ठ मुक्त ऊर्जा, और वक्रित तथा अधिशोषित पृष्ठों को नियंत्रित करने वाले संबंधों के माध्यम से अंतरापृष्ठों का ऊष्मागतिकीय विवरण है।

Scope

यह विषय अंतरापृष्ठों की ऊष्मागतिकी और अधिशोषण की घटना को शामिल करता है: पृष्ठ तनाव और पृष्ठ मुक्त ऊर्जा, वक्रित अंतरापृष्ठों के लिए यंग-लाप्लास और केल्विन समीकरण, और गिब्स अधिशोषण समताप रेखा जो पृष्ठ अधिशेष को पृष्ठ तनाव में परिवर्तनों से संबंधित करती है। यह अधिशोषण समताप रेखाओं को विकसित करता है, जिसमें एकल-परत अधिशोषण के लिए लैंगम्यूर मॉडल और बहुपरतों के लिए BET विस्तार, भौतिक अधिशोषण और रासायनिक अधिशोषण के बीच अंतर, और पृष्ठ क्षेत्र का मापन शामिल है। अधिशोषण की उत्प्रेरक भूमिका को गतिकी से जोड़ा गया है, और कोलाइडल तथा स्व-संयोजन (self-assembly) घटनाओं को संबंधित विषयों में वर्णित किया गया है।

Core questions

• पृष्ठ तनाव अंतरापृष्ठ बनाने की मुक्त ऊर्जा लागत के रूप में कैसे उत्पन्न होता है?
• गिब्स अधिशोषण समताप रेखा पृष्ठ अधिशेष को पृष्ठ तनाव से कैसे संबंधित करती है?
• लैंगम्यूर और BET समताप रेखाएँ एकल-परत और बहुपरत अधिशोषण का वर्णन कैसे करती हैं?
• भौतिक अधिशोषण को रासायनिक अधिशोषण से क्या अलग करता है?

Key concepts

• पृष्ठ तनाव और पृष्ठ मुक्त ऊर्जा
• यंग-लाप्लास और केल्विन समीकरण
• गिब्स अधिशोषण समताप रेखा
• लैंगम्यूर और BET समताप रेखाएँ
• भौतिक अधिशोषण बनाम रासायनिक अधिशोषण

Key theories

लैंगम्यूर अधिशोषण समताप रेखा

एक पृष्ठ को समतुल्य, गैर-अंतःक्रियात्मक स्थलों की एक निश्चित सरणी के रूप में मॉडल करने पर एक कवरेज प्राप्त होता है जो दबाव या सांद्रता के साथ बढ़ता है और एक पूर्ण एकल-परत पर संतृप्त होता है, जो अधिशोषण के लिए संदर्भ मॉडल है।

गिब्स अधिशोषण समताप रेखा

एक विलेय की मात्रा जो एक अंतरापृष्ठ पर जमा होती है, ऊष्मागतिकीय रूप से इस बात से संबंधित है कि विलेय पृष्ठ तनाव को कैसे कम करता है, यह समझाते हुए कि पृष्ठ-सक्रिय एजेंट अंतरापृष्ठों पर इतनी दृढ़ता से क्यों केंद्रित होते हैं।

Clinical relevance

अधिशोषण और पृष्ठ ऊष्मागतिकी विषम उत्प्रेरण, छिद्रपूर्ण सामग्रियों द्वारा गैस भंडारण और पृथक्करण, डिटर्जेंट और सर्फेक्टेंट की क्रिया, क्रोमैटोग्राफिक पृथक्करण, उत्प्रेरकों और फार्मास्यूटिकल्स के पृष्ठ क्षेत्र का मापन, और मिट्टी तथा जैविक ऊतकों में आर्द्रता और केशिकात्व को नियंत्रित करते हैं।

History

गिब्स ने 1870 के दशक में पृष्ठों की ऊष्मागतिकी की स्थापना की; 1910 के दशक में लैंगम्यूर का एकल-परतों और अधिशोषण का अध्ययन, जिसे 1932 के नोबेल पुरस्कार से मान्यता मिली, और 1938 का ब्रूनॉयर-एमेट-टेलर बहुपरत सिद्धांत ने अधिशोषण और पृष्ठ क्षेत्र के मात्रात्मक विश्लेषण की स्थापना की।

Key figures

• Irving Langmuir
• J. Willard Gibbs
• Stephen Brunauer

Seminal works

• langmuir1916
• adamson1997

Frequently asked questions

भौतिक अधिशोषण और रासायनिक अधिशोषण में क्या अंतर है?

भौतिक अधिशोषण में कमजोर वैन डेर वाल्स आकर्षण शामिल होता है, यह आसानी से प्रतिवर्ती होता है, और कई परतें बना सकता है, जबकि रासायनिक अधिशोषण पृष्ठ के साथ वास्तविक रासायनिक बंधन बनाता है, यह बहुत मजबूत होता है, आमतौर पर एक एकल-परत तक सीमित होता है, और उत्प्रेरण के लिए केंद्रीय होता है।

पृष्ठ तनाव छोटी बूंदों को गोलाकार क्यों बनाता है?

पृष्ठ तनाव अंतरापृष्ठ क्षेत्र की ऊर्जा लागत है, इसलिए एक प्रणाली पृष्ठ क्षेत्र को कम करके अपनी मुक्त ऊर्जा को कम करती है; दिए गए आयतन के लिए गोले का पृष्ठ क्षेत्र सबसे कम होता है, यही कारण है कि मुक्त बूंदें वह आकार अपनाती हैं।