Adsorpsi dan Termodinamika Permukaan

Permukaan menyimpan kelebihan energi bebas sebagai tegangan permukaan, dan molekul-molekul terakumulasi pada antarmuka melalui adsorpsi, yang dijelaskan oleh isoterm yang menghubungkan cakupan permukaan dengan tekanan atau konsentrasi.

Definition

Adsorpsi adalah akumulasi molekul pada suatu antarmuka, dan termodinamika permukaan adalah deskripsi termodinamika antarmuka melalui tegangan permukaan, energi bebas permukaan, dan hubungan yang mengatur permukaan melengkung dan mengadsorpsi.

Scope

Topik ini mencakup termodinamika antarmuka dan fenomena adsorpsi: tegangan permukaan dan energi bebas permukaan, persamaan Young-Laplace dan Kelvin untuk antarmuka melengkung, serta isoterm adsorpsi Gibbs yang menghubungkan kelebihan permukaan dengan perubahan tegangan permukaan. Topik ini mengembangkan isoterm adsorpsi, termasuk model Langmuir untuk adsorpsi monolayer dan ekstensi BET untuk multilapis, perbedaan antara fisisorpsi dan kemisorpsi, serta pengukuran luas permukaan. Peran katalitik adsorpsi dikaitkan dengan kinetika, dan fenomena koloid serta perakitan mandiri dibahas dalam topik terkait.

Core questions

• Bagaimana tegangan permukaan muncul sebagai biaya energi bebas untuk menciptakan antarmuka?
• Bagaimana isoterm adsorpsi Gibbs menghubungkan kelebihan permukaan dengan tegangan permukaan?
• Bagaimana isoterm Langmuir dan BET menggambarkan adsorpsi monolayer dan multilayer?
• Apa yang membedakan fisisorpsi dari kemisorpsi?

Key concepts

• Tegangan permukaan dan energi bebas permukaan
• Persamaan Young-Laplace dan Kelvin
• Isoterm adsorpsi Gibbs
• Isoterm Langmuir dan BET
• Fisisorpsi versus kemisorpsi

Key theories

Isoterm adsorpsi Langmuir

Pemodelan permukaan sebagai susunan situs yang setara dan tidak berinteraksi memberikan cakupan yang meningkat dengan tekanan atau konsentrasi dan jenuh pada monolayer lengkap, model referensi untuk adsorpsi.

Isoterm adsorpsi Gibbs

Jumlah zat terlarut yang terakumulasi pada suatu antarmuka secara termodinamika terkait dengan bagaimana zat terlarut menurunkan tegangan permukaan, menjelaskan mengapa agen aktif permukaan sangat terkonsentrasi pada antarmuka.

Clinical relevance

Adsorpsi dan termodinamika permukaan mengatur katalisis heterogen, penyimpanan dan pemisahan gas oleh material berpori, kerja deterjen dan surfaktan, pemisahan kromatografi, pengukuran luas permukaan katalis dan farmasi, serta pembasahan dan kapilaritas pada tanah dan jaringan biologis.

History

Gibbs mendirikan termodinamika permukaan pada tahun 1870-an; studi Langmuir tentang monolayer dan adsorpsi pada tahun 1910-an, yang diakui dengan Hadiah Nobel tahun 1932, dan teori multilapis Brunauer-Emmett-Teller tahun 1938 menetapkan analisis kuantitatif adsorpsi dan luas permukaan.

Key figures

• Irving Langmuir
• J. Willard Gibbs
• Stephen Brunauer

Seminal works

• langmuir1916
• adamson1997

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara fisisorpsi dan kemisorpsi?

Fisisorpsi melibatkan atraksi van der Waals yang lemah, mudah dibalik, dan dapat membentuk beberapa lapisan, sedangkan kemisorpsi membentuk ikatan kimia aktual dengan permukaan, jauh lebih kuat, biasanya terbatas pada monolayer, dan merupakan inti dari katalisis.

Mengapa tegangan permukaan membuat tetesan kecil menjadi bulat?

Tegangan permukaan adalah biaya energi dari luas antarmuka, sehingga suatu sistem meminimalkan energi bebasnya dengan meminimalkan luas permukaan; untuk volume tertentu, bola memiliki luas permukaan terkecil, itulah sebabnya tetesan bebas mengadopsi bentuk tersebut.