الامتزاز-Adsorption

تراكم مادة ما ( عادة أيونات أو غازات على هيئة ذرات أو جزيئات ) على سطح سائل أو صلب ، الصنف الممتز adsorbed phase أو المادة الممتزة adsorbate : المادة المنجذبة إلى السطح    المادة المازة adsorbent المادة التي حصل على سطحها الامتزاز.  

  التفريق بين مصطلح الامتزاز adsorption ومصطلح الامتصاص absorption

 تمركز المادة على السطح بينما الآخر يتضمن اختراق ودخول مادة إلى داخل جسم مادة أخرى إضافة إلى تمركزها على السطح .

ولكن كيف تنشأ ظاهرة الامتزاز ؟

تنشأ عملية الامتزاز نتيجة لظهور حالة عدم الإشباع أو عدم التوازن للقوى الجزيئية لسطوح السوائل والمواد الصلبة … وعملية  إشباع  القوى تعرف بعملية الامتزاز .

 امتزاز الغازات على السطوح الصلبة     Adsorption of Gases by Solids

العوامل : طبيعة السطح ، ونوع الغاز الممتز ، ومساحة سطح الصلب ، ودرجة الحرارة ، وضغط الغاز … مقارنة حجوم الغازات المختلفة والممتزة على سطح الفحم عند 15oC يتبين أن مدى الامتزاز لهذه الغازات يسير بشكل موازٍ للزيادة في درجة الحرارة الحرجة لإسالة الغاز

  زيادة مساحة سطح المادة المازة adsorbent يزيد من الكمية الكلية للغاز الممتز.  

 تنشأ حالة اتزان حقيقية بين الغاز في حالة تماس مع الصلب والغاز الموجود على سطح الصلب و عملية الاتزان تتأثر بشكل كبير بدرجة الحرارة ، …ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى انخفاض كمية المادة الممتزة .

  حجوم  الغازات المختلفة والممتزة على سطح جرام واحد من الفحم عند15

الغازحجم الغاز الممتز   cm3درجة الحرارة الحرجة  K
H24.7           33
N28.0126
CO9.3134
CH416.2190
CO248304
HCl72324
H2S99373

    أنــواع الامــتزاز      Types of Adsorption   

  •  الامتزاز الفيزيائي Physical adsorption

   امتزاز فاندرفالس Van der Waals adsorption .. القوى العاملة بين جزيئات سطح الصلب والغاز الممتز هي قوى فاندرفالس ..  ويتميز هذا الامتزاز بتكوين عدة طبقات جزيئية على سطح الامتزاز .

  •  الامتزاز الكيميائي Chemical adsorption (Chemisorption)

الامتزاز النشط activated ، ويتميز هذا النوع من الامتزاز بتكوين أواصر كيميائية بين السطح والذرات أو الجزيئات الممتزة عليه ، ويصاحب هذا النوع من الامتزاز تكون طبقة أحادية الجزيئة على السطح الماز …

الفروق بين الامتزاز الفيزيائي والامتزاز الكيميائي

الامتزاز الكيميائيالامتزاز الفيزيائي
قوى التجاذب هنا من نوع الروابط الكيميائية التي بين الذرات وهي أقوى من قوى فاندرفالس. حرارة الامتزاز عالية ( أكبر من80 kJ mol-1) وتصل إلى حجم حرارة التفاعل الكيميائي… (20 – 100 kcal m-1) فحرارة امتزاز غازي CO وH2  على سطوح بعض الفلزات هي على التوالي 85 kJ mol-1 و 65 kJ mol-1 .    طاقة التنشيط هنا أعلى بكثير من مثيلتها في الامتزاز الفيزيائي ، فعملية الامتزاز هنا غير عكسية ، إذ من الصعب فصل المادة الممتزة إلا باستخدام ضغوط عالية أو استخدام طرق التحليل الكهربي .يؤدي الامتزاز هنا – في الغالب – إلى تكوين طبقة واحدة فقط إذ يحدث الامتزاز على هيئة ذرات وبطاقة كافية لكسر الرابطة الجزيئية .تزداد كمية الغاز الممتز بارتفاع درجة الحرارة وتنخفض بزيادة الضغط .     تتأثر المادة الممتزة كيميائياً، فمثلاً : يمتز غازا H2 ، N2 على سطح Ni على هيئة أمونيا NH3 وينفصل O2 عن الفحم على هيئة CO ، CO2.القوى بين المادة المازة والمادة الممتزة من نوع قوى التجاذب الجزيئية ( قوى فاندرفالس ) وتشبه قوى إسالة الغاز .حرارة الامتزاز منخفضة (أقل من 40kJmol-1 في بعض التقديرات ) وهي تقترب من حرارة تسييل بعض الغازات ، فحرارة الامتزاز الفيزيائي لغازي CO و H2  على سطوح بعض الفلزات هي على التوالي 25 kJ mol-1 و 9 kJ mol-1 .طاقة التنشيط منخفضة باعتبار أن عملية الامتزاز هنا عكسية حيث يمكن فصل المادة الممتزة برفع درجة الحرارة أو خفض الضغط بشكل معتدل .   تتكون أكثر من طبقة واحدة ممتزة إذ يحدث الامتزاز على هيئة طبقات جزئية متعددة.   تنخفض كمية الغاز الممتز بارتفاع درجة الحرارة وتزداد مع الزيادة في ضغط المادة الممتزة .   لا تتأثر المادة الممتزة كيميائياً ، إذ يمكن أن تنفصل دون أن تتغير كيميائياً .    

  منحنيات الامتزاز الايزوثيرمي         Adsorption Isotherms        

  يقاس حجم الغاز الممتز بوساطة كمية معلومة من المادة المازة أو بقياس التغير في وزن السطح الماز عند تعريضه للغاز عند ضغط معلوم … وتسمى العلاقة بين كمية الغاز الممتزة حجماً أو وزناً بوساطة كتلة معلومة من السطح الماز وضغط الاتزان أو التركيز عند درجة حرارة ثابتة بالامتزاز الايزوثيرمي.

        تصنيف بروناور لمنحنيات الامتزاز ….منحنيات الامتزاز الخمسة المشهورة  

image 1 - Gas – Solid Interfaces

DOWNLOAD THE FULL FILE                

Tagged in: