الامتزاز

الامتزاز هو التصاق [ ^1] الذرات أو الأيونات أو الجزيئات من غاز أو سائل أو مادة صلبة مذابة إلى سطح . ^[2] تخلق هذه العملية طبقة من المادة الممتصة على سطح المادة الماصة . تختلف هذه العملية عن الامتصاص ، حيث يذوب السائل (المادة الممتصة ) بواسطة أو يخترق سائلًا أو صلبًا ( المادة الماصة ). ^[3] في حين أن الامتزاز غالبًا ما يسبق الامتصاص، والذي ينطوي على نقل المادة الممتصة إلى حجم المادة الماصة، فإن الامتزاز هو ظاهرة سطحية مميزة، حيث لا تخترق المادة الممتصة سطح المادة وإلى كتلة المادة الماصة. ^[4] يشمل مصطلح الامتصاص كلًا من الامتزاز والامتصاص، والامتصاص هو عكس الامتصاص.

مثل التوتر السطحي ، فإن الامتزاز هو نتيجة لطاقة السطح . في مادة كبيرة، يتم استيفاء جميع متطلبات الترابط (سواء كانت أيونية أو تساهمية أو معدنية ) للذرات المكونة للمادة بواسطة ذرات أخرى في المادة. ومع ذلك، فإن الذرات الموجودة على سطح المادة الماصة ليست محاطة بالكامل بذرات ماصة أخرى وبالتالي يمكن أن تجتذب المواد الماصة. تعتمد الطبيعة الدقيقة للترابط على تفاصيل الأنواع المعنية، ولكن يتم تصنيف عملية الامتزاز عمومًا على أنها امتصاص فيزيائي (سمة لقوى فان دير فال الضعيفة ) أو امتصاص كيميائي (سمة للترابط التساهمي). قد يحدث أيضًا بسبب الجذب الكهروستاتيكي. ^{[6] [7]} يمكن أن تؤثر طبيعة الامتزاز على بنية الأنواع الممتصة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي امتصاص البوليمر الفيزيائي من المحلول إلى هياكل مسحوقة على السطح. ^[8]

الامتزاز موجود في العديد من الأنظمة الطبيعية والفيزيائية والبيولوجية والكيميائية ويُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية مثل المحفزات غير المتجانسة ، ^{[9] [10]} الفحم المنشط ، التقاط واستخدام الحرارة المهدرة لتوفير الماء البارد لتكييف الهواء ومتطلبات العملية الأخرى (مبردات الامتزاز)، الراتنجات الاصطناعية ، زيادة سعة تخزين الكربون المشتق من الكربيد وتنقية المياه . ^[11] الامتزاز والتبادل الأيوني والكروماتوغرافيا هي عمليات امتصاص يتم فيها نقل بعض المواد الممتصة بشكل انتقائي من الطور السائل إلى سطح الجسيمات الصلبة غير القابلة للذوبان المعلقة في وعاء أو معبأة في عمود. تطبيقات صناعة الأدوية، التي تستخدم الامتزاز كوسيلة لإطالة التعرض العصبي لأدوية معينة أو أجزاء منها، ^{[ بحاجة لمصدر ]} أقل شهرة.

تم صياغة كلمة "الامتصاص" في عام 1881 من قبل الفيزيائي الألماني هاينريش كايزر (1853-1940). ^[12]

عادةً ما يتم وصف امتصاص الغازات والمواد المذابة من خلال خطوط تساوي الحرارة، أي كمية المادة الممتصة على المادة الماصة كدالة لضغطها (إذا كانت غازًا) أو تركيزها (بالنسبة للمواد المذابة في الطور السائل) عند درجة حرارة ثابتة. يتم دائمًا تقريبًا تطبيع الكمية الممتصة بواسطة كتلة المادة الماصة للسماح بمقارنة المواد المختلفة. حتى الآن، تم تطوير 15 نموذجًا مختلفًا لخطوط تساوي الحرارة. ^[13]

تم نشر أول ملاءمة رياضية لمعادلة درجة الحرارة بواسطة فرويندليش وكوستر (1906) وهي صيغة تجريبية بحتة للمواد الممتصة الغازية:

${\displaystyle {\frac {x}{m}}=kP^{1/n},}$

حيث أن كتلة المادة الممتصة الممتصة، هي كتلة المادة الممتصة، هو ضغط المادة الممتصة (يمكن تغيير هذا إلى تركيز إذا كان البحث في المحلول وليس الغاز)، و و هما ثوابت تجريبية لكل زوج مادة ماصة-ممتصة عند درجة حرارة معينة. لا تكون الدالة كافية عند ضغط مرتفع للغاية لأنها في الواقع لها حد أقصى مقارب مع زيادة الضغط دون حدود. مع زيادة درجة الحرارة، تتغير الثوابت و لتعكس الملاحظة التجريبية بأن الكمية الممتصة ترتفع بشكل أبطأ وأن الضغوط الأعلى مطلوبة لتشبع السطح. ${\displaystyle x}$${\displaystyle م}$${\displaystyle P}$${\displaystyle k}$${\displaystyle n}$${\displaystyle x/m}$${\displaystyle k}$${\displaystyle n}$

كان إيرفينج لانجموير أول من استنتج معادلة الامتصاص القائمة على أسس علمية في عام 1918. ^[14] ينطبق النموذج على الغازات الممتصة على الأسطح الصلبة. إنه معادلة شبه تجريبية ذات أساس حركي وتم اشتقاقها بناءً على الديناميكا الحرارية الإحصائية. إنها معادلة معادلة الامتصاص الأكثر شيوعًا للاستخدام نظرًا لبساطتها وقدرتها على ملاءمة مجموعة متنوعة من بيانات الامتصاص. وهي تستند إلى أربعة افتراضات:

1. جميع مواقع الامتصاص متكافئة، وكل موقع يمكنه استيعاب جزيء واحد فقط.
2. السطح متجانس من حيث الطاقة، والجزيئات الممتصة لا تتفاعل مع بعضها البعض.
3. لا يوجد انتقالات طورية .
4. عند أقصى حد للامتصاص، تتشكل طبقة أحادية فقط. يحدث الامتصاص فقط في مواقع موضعية على السطح، وليس مع المواد الممتصة الأخرى.

نادرًا ما تكون هذه الافتراضات الأربعة صحيحة: فهناك دائمًا عيوب على السطح، والجزيئات الممتصة ليست خاملة بالضرورة، ومن الواضح أن الآلية ليست هي نفسها للجزيئات الأولى التي تمتص على السطح كما هو الحال بالنسبة للجزيئات الأخيرة. الشرط الرابع هو الأكثر إزعاجًا، حيث غالبًا ما يتم امتصاص المزيد من الجزيئات على الطبقة الأحادية؛ تتم معالجة هذه المشكلة من خلال معادلة درجة الحرارة BET للأسطح المسطحة نسبيًا (غير المسامية ). ومع ذلك، فإن معادلة درجة الحرارة Langmuir هي الخيار الأول لمعظم نماذج الامتزاز ولها العديد من التطبيقات في حركية السطح (تسمى عادةً حركية Langmuir-Hinshelwood ) والديناميكا الحرارية .

اقترح لانجموير أن الامتزاز يحدث من خلال هذه الآلية: حيث A هو جزيء غاز، و S هو موقع الامتزاز. ثوابت المعدل المباشر والعكسي هي k و k ₋₁ . إذا عرفنا تغطية السطح، ، باعتبارها نسبة مواقع الامتزاز المشغولة، في حالة التوازن لدينا: ${\displaystyle A_{\text{g}}+S\rightleftharpoons AS}$${\displaystyle \theta }$

${\displaystyle K={\frac {k}{k_{-1}}}={\frac {\theta }{(1-\theta )P}},}$

أو

${\displaystyle \theta ={\frac {KP}{1+KP}},}$

أين هو الضغط الجزئي للغاز أو التركيز المولي للمحلول. للضغوط المنخفضة جدًا ، وللضغوط المرتفعة . ${\displaystyle P}$${\displaystyle \theta \approx KP}$${\displaystyle \theta \approx 1}$

من الصعب قياس قيمة تجريبيًا؛ عادةً ما يكون الممتص غازًا ويتم تحديد الكمية الممتصة بالمولات أو الجرامات أو أحجام الغازات عند درجة حرارة وضغط قياسيين (STP) لكل جرام من الممتص. إذا أطلقنا على v _mon حجم STP للممتص المطلوب لتكوين طبقة أحادية على الممتص (لكل جرام من الممتص)، فعندئذٍ ، نحصل على تعبير لخط مستقيم: ${\displaystyle \theta }$${\displaystyle \theta ={\frac {v}{v_{\text{mon}}}}}$

${\displaystyle {\frac {1}{v}}={\frac {1}{Kv_{\text{mon}}}}{\frac {1}{P}}+{\frac {1}{v_ {\نص{الاثنين}}}}.}$

من خلال ميله وتقاطعه مع المحور y يمكننا الحصول على v _mon و K ، وهما ثابتان لكل زوج من المواد الماصة-المواد الممتصة عند درجة حرارة معينة. يرتبط v _mon بعدد مواقع الامتصاص من خلال قانون الغاز المثالي . إذا افترضنا أن عدد المواقع هو مجرد المساحة الكاملة للمادة الصلبة مقسمة إلى المقطع العرضي لجزيئات المواد الممتصة، فيمكننا بسهولة حساب مساحة سطح المادة الماصة. تعتمد مساحة سطح المادة الماصة على بنيتها: فكلما زاد عدد المسام، زادت المساحة، مما يؤثر بشكل كبير على التفاعلات على الأسطح .

إذا تم امتصاص أكثر من غاز واحد على السطح، فإننا نحدد ذلك على أنه جزء من المواقع الفارغة، ولدينا: ${\displaystyle \theta _{E}}$

${\displaystyle \theta _{E}={\dfrac {1}{1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}}.}$

يمكننا أيضًا تعريف نسبة المواقع التي يشغلها الغاز j على النحو التالي: ${\displaystyle \theta _{j}}$

${\displaystyle \theta _{j}={\dfrac {K_{j}P_{j}}{1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}},}$

حيث i هو كل واحد من الغازات التي يتم امتصاصها.

ملحوظة:

1) للاختيار بين معادلتي لانجموير وفرويندليش، يجب التحقق من إنثالبيات الامتصاص. ^[15] في حين يفترض نموذج لانجموير أن طاقة الامتصاص تظل ثابتة مع شغل السطح، فإن معادلة فرويندليش مشتقة بافتراض أن حرارة الامتصاص تنخفض باستمرار مع شغل مواقع الارتباط. ^[16] إن اختيار النموذج بناءً على أفضل ملاءمة للبيانات هو مفهوم خاطئ شائع. ^[15]

2) لم يعد استخدام الشكل الخطي لنموذج لانجموير ممارسة شائعة. فقد سمح التقدم في القدرة الحسابية بإجراء الانحدار غير الخطي بسرعة وبثقة أعلى نظرًا لعدم الحاجة إلى تحويل البيانات.

غالبًا ما تشكل الجزيئات طبقات متعددة ، أي أن بعضها يمتص على جزيئات ممتزة بالفعل، ولا يكون منحنى لانغموير الحراري صالحًا. في عام 1938، طور ستيفن بروناور وبول إيميت وإدوارد تيلر منحنى حراري نموذجي يأخذ هذا الاحتمال في الاعتبار. تُسمى نظريتهم نظرية BET ، بعد الأحرف الأولى من أسمائهم الأخيرة. قاموا بتعديل آلية لانغموير على النحو التالي:

أ _(ج) + س ⇌ أس،

أ _(ج) + أ س ⇌ أ ₂ س،

أ _(ج) + أ ₂ س ⇌ أ ₃ س وهكذا.

إن استنباط الصيغة أكثر تعقيدًا من استنباط لانجموير (انظر الروابط للحصول على الاستنباط الكامل). نحصل على:

${\displaystyle {\frac {x}{v(1-x)}}={\frac {1}{v_{\text{mon}}c}}+{\frac {x(c-1)}{v_{\text{mon}}c}},}$

حيث x هو الضغط مقسومًا على ضغط البخار للمادة الممتصة عند درجة الحرارة تلك (عادةً ما يشار إليها )، وv هو حجم STP للمادة الممتصة الممتصة، و v _mon هو حجم STP لكمية المادة الممتصة المطلوبة لتكوين طبقة أحادية، و c هو ثابت التوازن K الذي استخدمناه في معادلة لانغموير المتساوية الحرارة مضروبًا في ضغط بخار المادة الممتصة. الافتراض الرئيسي المستخدم في استنباط معادلة BET هو أن درجات حرارة الامتصاص المتعاقبة لجميع الطبقات باستثناء الأولى تساوي حرارة تكثيف المادة الممتصة. ${\displaystyle P/P_{0}}$

عادةً ما يكون منحنى لانغموير أفضل للامتصاص الكيميائي، بينما يعمل منحنى BET بشكل أفضل للامتصاص الفيزيائي للأسطح غير المسامية الدقيقة.

في حالات أخرى، تشكل التفاعلات الجزيئية بين جزيئات الغاز الممتصة سابقًا على سطح صلب تفاعلات كبيرة مع جزيئات الغاز في الطور الغازي. وبالتالي، من المرجح أن يحدث امتصاص جزيئات الغاز على السطح حول جزيئات الغاز الموجودة بالفعل على السطح الصلب، مما يجعل معادلة امتصاص لانجموير غير فعالة لأغراض النمذجة. تمت دراسة هذا التأثير في نظام حيث كان النيتروجين هو المادة الممتصة وكان التنغستن هو المادة الماصة بواسطة بول كيسليوك (1922-2008) في عام 1957. ^[17] للتعويض عن زيادة احتمالية حدوث الامتصاص حول الجزيئات الموجودة على سطح الركيزة، طور كيسليوك نظرية الحالة السابقة، حيث تدخل الجزيئات حالة سابقة عند الواجهة بين المادة الماصة الصلبة والممتزة في الطور الغازي. من هنا، إما أن تمتص جزيئات المادة الممتصة إلى المادة الماصة أو تنفصل إلى الطور الغازي. تعتمد احتمالية حدوث الامتصاص من الحالة السابقة على قرب المادة الممتزة من جزيئات مادة ممتزة أخرى تم امتصاصها بالفعل. إذا كان جزيء المادة الممتزة في الحالة السابقة على مقربة من جزيء مادة ممتزة تكون بالفعل على السطح، فإن احتمالية الالتصاق تنعكس بحجم ثابت S _E وسيتم امتصاصه إما من الحالة السابقة بمعدل k _EC أو سيتم امتصاصه في الطور الغازي بمعدل k _ES . إذا دخل جزيء مادة ممتزة الحالة السابقة في موقع بعيد عن أي جزيئات مادة ممتزة أخرى تم امتصاصها سابقًا، فإن احتمالية الالتصاق تنعكس بحجم ثابت S _D.

وقد تم تضمين هذه العوامل كجزء من ثابت واحد يسمى "معامل الالتصاق"، kE _، كما هو موضح أدناه:

${\displaystyle k_{\text{E}}={\frac {S_{\text{E}}}{k_{\text{ES}}S_{\text{D}}}}.}$

نظرًا لأن S _D تم تحديده بواسطة عوامل يتم أخذها في الاعتبار بواسطة نموذج Langmuir، فيمكن افتراض أن S _D هو ثابت معدل الامتصاص. ومع ذلك، فإن ثابت المعدل لنموذج Kisliuk ( R ') يختلف عن ثابت نموذج Langmuir، حيث يتم استخدام R ' لتمثيل تأثير الانتشار على تكوين الطبقة الأحادية ويتناسب مع الجذر التربيعي لمعامل انتشار النظام. يتم كتابة معادلة امتصاص Kisliuk على النحو التالي، حيث θ _{( t )} هي التغطية الكسرية للمادة الماصة بالممتز، و t هو وقت الغمر:

${\displaystyle {\frac {d\theta _{(t)}}{dt}}=R'(1-\theta )(1+k_{\text{E}}\theta ).}$

حل θ _{( t )} يعطي:

${\displaystyle \theta _{(t)}={\frac {1-e^{-R'(1+k_{\text{E}})t}}{1+k_{\text{E}}e^{-R'(1+k_{\text{E}})t}}}.}$

ثوابت الامتزاز هي ثوابت توازن ، وبالتالي فهي تخضع لمعادلة فان ت هوف :

${\displaystyle \left({\frac {\partial \ln K}{\partial {\frac {1}{T}}}}\right)_{\theta }=-{\frac {\Delta H}{R}}.}$

كما يمكن أن نرى في الصيغة، يجب أن يكون تغير K متساوي الحرارة، أي عند تغطية ثابتة. إذا بدأنا من معادلة الحرارة BET وافترضنا أن تغير الإنتروبيا هو نفسه بالنسبة للتميع والامتصاص، نحصل على

${\displaystyle \Delta H_{\text{ads}}=\Delta H_{\text{liq}}-RT\ln c,}$

وهذا يعني أن الامتصاص أكثر طاردًا للحرارة من التسييل.

يمكن تقسيم امتصاص الجزيئات المجمعة على سطح أو واجهة إلى عمليتين: الامتزاز والامتصاص. إذا فاز معدل الامتصاص على معدل الامتصاص، فإن الجزيئات ستتراكم بمرور الوقت مما يعطي منحنى الامتزاز بمرور الوقت. إذا كان معدل الامتصاص أكبر، فإن عدد الجزيئات على السطح سينخفض ​​بمرور الوقت. يعتمد معدل الامتصاص على درجة الحرارة ومعدل انتشار المذاب (مرتبط بمتوسط ​​المسار الحر للغاز النقي) وحاجز الطاقة بين الجزيء والسطح. يمكن حساب الانتشار والعناصر الرئيسية لمعدل الامتصاص باستخدام قوانين فيك للانتشار وعلاقة أينشتاين (النظرية الحركية) . في ظل الظروف المثالية، عندما لا يوجد حاجز للطاقة ويتم امتصاص جميع الجزيئات التي تنتشر وتصطدم بالسطح، يمكن دمج عدد الجزيئات الممتصة على سطح مساحة على سطح مساحة لا نهائية مباشرة من معادلة التفاضل لقانون فيك الثاني لتكون: ^[18]${\displaystyle \جاما }$${\displaystyle A}$

${\displaystyle \Gamma =2AC{\sqrt {\frac {Dt}{\pi }}}}$

حيث هي مساحة السطح (وحدة م ² )، هو تركيز عدد الجزيء في المحلول السائب (وحدة #/م ³ )، هو ثابت الانتشار (وحدة م ² /ثانية)، و هو الزمن (وحدة ثانية). تُظهر عمليات المحاكاة والتحليل الإضافية لهذه المعادلة ^[19] أن اعتماد الجذر التربيعي على الزمن ينشأ من انخفاض التركيزات بالقرب من السطح في ظل ظروف الامتزاز المثالية. أيضًا، تعمل هذه المعادلة فقط في بداية الامتزاز عندما يتشكل تدرج تركيز جيد السلوك بالقرب من السطح. يجب النظر في التصحيح على تقليل مساحة الامتزاز وإبطاء تطور تدرج التركيز على مدى فترة زمنية أطول. ^[20] في ظل الظروف التجريبية الحقيقية، يجعل التدفق ومنطقة الامتزاز الصغيرة دائمًا معدل الامتزاز أسرع مما تنبأت به هذه المعادلة، وسيعمل حاجز الطاقة إما على تسريع هذا المعدل عن طريق جذب السطح أو إبطائه عن طريق تنافر السطح. وبالتالي، فإن التنبؤ من هذه المعادلة غالبًا ما يكون بعيدًا عن النتائج التجريبية ببضعة إلى عدة أوامر من حيث الحجم. في حالات خاصة، مثل منطقة الامتصاص الصغيرة جدًا على سطح كبير، وفي ظل التوازن الكيميائي عندما لا يكون هناك تدرج في التركيز بالقرب من السطح، تصبح هذه المعادلة مفيدة للتنبؤ بمعدل الامتصاص مع عناية خاصة مثيرة للجدل لتحديد قيمة محددة في قياس معين. ^[19]${\displaystyle A}$${\displaystyle C}$${\displaystyle D}$${\displaystyle t}$${\displaystyle t}$

تعتمد عملية امتصاص الجزيء من السطح على طاقة ارتباط الجزيء بالسطح ودرجة الحرارة. وبالتالي فإن معدل الامتصاص الإجمالي النموذجي غالبًا ما يكون نتيجة مشتركة للامتصاص والامتصاص.

منذ عام 1980، تم العمل على نظريتين لشرح الامتزاز والحصول على معادلات فعالة. يشار إلى هاتين النظريتين باسم فرضية كاي، والاستنتاج الميكانيكي الكمومي، والعمل الزائد على السطح (ESW). ^[21] كلتا النظريتين تعطيان نفس المعادلة للأسطح المستوية:

${\displaystyle \theta =(\chi -\chi _{c})U(\chi -\chi _{c})}$

حيث U هي دالة الخطوة الوحدوية. تعريفات الرموز الأخرى هي كما يلي:

${\displaystyle \theta :=n_{\text{ads}}/n_{m},\quad \chi :=-\ln {\bigl (}-\ln {\bigl (}P/P_{\text{vap}}{\bigr )}{\bigr )}}$

حيث يشير "ads" إلى "الممتز"، ويشير "m" إلى "تكافؤ الطبقة الأحادية"، ويشير "vap" إلى ضغط بخار المادة الممتصة السائلة عند نفس درجة حرارة العينة الصلبة. تنشئ الدالة الوحدوية تعريفًا للطاقة المولية للامتصاص للجزيء الممتص الأول من خلال:

${\displaystyle \chi _{c}=:-\ln {\bigl (}-E_{a}/RT{\bigr )}}$

يشار إلى مخطط الامتصاص مقابل باسم مخطط كاي. بالنسبة للأسطح المستوية، فإن منحدر مخطط كاي يعطي مساحة السطح. تجريبياً، لاحظ مايكل بولاني ^{[22] [23] [24]} وأيضًا جان هندريك دي بور وكورنيليس زويكر ^[25] أن هذا المخطط مناسب جدًا لمعادلة الحرارة ولكن لم يتم متابعته. كان هذا بسبب الانتقادات في الحالة الأولى من قبل ألبرت أينشتاين وفي الحالة الثانية من قبل بروناور. يمكن استخدام معادلة السطح المستوي هذه كـ "منحنى قياسي" في التقليد الطبيعي لمنحنيات المقارنة، باستثناء أن الجزء المبكر من العينة المسامية من مخطط مقابل يعمل كمعيار ذاتي. يمكن تحليل الظروف فائقة المسامية والدقيقة والمسامية المتوسطة باستخدام هذه التقنية. الانحرافات المعيارية النموذجية لملاءمة معادلة الحرارة الكاملة بما في ذلك العينات المسامية أقل من 2٪. ${\displaystyle n_{ads}}$${\displaystyle \chi }$${\displaystyle n_{ads}}$${\displaystyle \chi }$

لاحظ أنه في هذا الوصف للامتصاص الفيزيائي، فإن إنتروبيا الامتصاص تتوافق مع معيار دوبينين الديناميكي الحراري، أي أن إنتروبيا الامتصاص من الحالة السائلة إلى الحالة الممتصة تساوي صفرًا تقريبًا.

تُستخدم المواد الماصة عادةً في هيئة حبيبات كروية أو قضبان أو قوالب أو كتل ضخمة بنصف قطر هيدروديناميكي يتراوح بين 0.25 و5 مم. يجب أن تتمتع بمقاومة عالية للتآكل وثبات حراري عالي وأقطار مسام صغيرة، مما يؤدي إلى زيادة مساحة السطح المعرضة وبالتالي قدرة عالية على الامتصاص. يجب أن تحتوي المواد الماصة أيضًا على بنية مسام مميزة تمكن من النقل السريع للأبخرة الغازية. ^[26] تنقسم معظم المواد الماصة الصناعية إلى ثلاث فئات:

• المركبات المحتوية على الأكسجين - تكون عادةً محبة للماء وقطبية، بما في ذلك مواد مثل هلام السيليكا والحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) ^[27] والزيوليت .
• المركبات القائمة على الكربون - تكون عادةً كارهة للماء وغير قطبية، بما في ذلك مواد مثل الكربون المنشط والجرافيت .
• المركبات القائمة على البوليمر - تكون قطبية أو غير قطبية، اعتمادًا على المجموعات الوظيفية في مصفوفة البوليمر.

هلام السيليكا هو شكل غير متبلور من SiO ₂ خامل كيميائيًا وغير سام ومستقر الأبعاد (< 400 درجة مئوية أو 750 درجة فهرنهايت) . يتم تحضيره عن طريق التفاعل بين سيليكات الصوديوم وحمض الأسيتيك، والذي يتبعه سلسلة من عمليات المعالجة اللاحقة مثل الشيخوخة والتخليل وما إلى ذلك. تؤدي طرق المعالجة اللاحقة هذه إلى توزيعات مختلفة لحجم المسام.

يستخدم السيليكا لتجفيف الهواء المستخدم في العمليات (مثل الأكسجين والغاز الطبيعي) وامتصاص الهيدروكربونات الثقيلة (القطبية) من الغاز الطبيعي.

الزيوليت عبارة عن سيليكات ألمنيوم بلورية طبيعية أو صناعية ، لها شبكة مسام متكررة وتطلق الماء عند درجات حرارة عالية. الزيوليت قطبي بطبيعته.

يتم تصنيعها عن طريق التخليق الحراري المائي لألومينوسيليكات الصوديوم أو مصدر آخر للسيليكا في وعاء ضغط متبوعًا بتبادل الأيونات مع كاتيونات معينة (Na ⁺ و Li ⁺ و Ca ²⁺ و K ⁺ و NH ₄ ⁺ ). يتراوح قطر قناة أقفاص الزيوليت عادةً من 2 إلى 9 Å . تتبع عملية التبادل الأيوني تجفيف البلورات، والتي يمكن تكويرها باستخدام مادة رابطة لتشكيل حبيبات مسامية كبيرة.

يتم استخدام الزيوليت في تجفيف هواء العملية، وإزالة _ثاني أكسيد الكربون من الغاز الطبيعي، وإزالة ثاني أكسيد الكربون من غاز الإصلاح، وفصل الهواء، والتكسير الحفزي ، والتوليف الحفزي والإصلاح.

يتم تصنيع الزيوليت غير القطبي (السيليكوني) من مصادر السيليكا الخالية من الألومنيوم أو عن طريق إزالة الألومونيوم من الزيوليت المحتوي على الألومنيوم. تتم عملية إزالة الألومونيوم عن طريق معالجة الزيوليت بالبخار عند درجات حرارة مرتفعة، عادة ما تكون أعلى من 500 درجة مئوية (930 درجة فهرنهايت). تعمل هذه المعالجة الحرارية عالية الحرارة على كسر الروابط بين الألومنيوم والأكسجين ويتم طرد ذرة الألومنيوم من إطار الزيوليت.

تم صياغة مصطلح "الامتصاص" نفسه بواسطة هاينريش كايزر في عام 1881 في سياق امتصاص الغازات بواسطة الكربون. ^[28]

الكربون المنشط عبارة عن مادة صلبة غير متبلورة عالية المسامية تتكون من بلورات مجهرية ذات شبكة من الجرافيت، وعادة ما يتم تحضيرها في حبيبات صغيرة أو مسحوق. وهو غير قطبي ورخيص الثمن. ومن عيوبه الرئيسية أنه يتفاعل مع الأكسجين عند درجات حرارة معتدلة (أكثر من 300 درجة مئوية).

يمكن تصنيع الكربون المنشط من مواد كربونية، بما في ذلك الفحم (البتوميني، وشبه البيتوميني، والليغنيت)، أو الخث، أو الخشب، أو قشور الجوز (مثل جوز الهند). تتكون عملية التصنيع من مرحلتين، الكربنة والتنشيط. ^{[29] [30]} تتضمن عملية الكربنة التجفيف ثم التسخين لفصل المنتجات الثانوية، بما في ذلك القطران والهيدروكربونات الأخرى من المواد الخام، وكذلك لطرد أي غازات متولدة. تكتمل العملية بتسخين المادة لأكثر من 400 درجة مئوية (750 درجة فهرنهايت) في جو خالٍ من الأكسجين لا يمكنه دعم الاحتراق. ثم يتم "تنشيط" الجسيمات المتفحمة عن طريق تعريضها لعامل مؤكسد، عادةً البخار أو ثاني أكسيد الكربون عند درجة حرارة عالية. يحرق هذا العامل هياكل حجب المسام التي تم إنشاؤها أثناء مرحلة الكربنة، وبالتالي، فإنها تطور بنية شبكية من الجرافيت المسامية ثلاثية الأبعاد. حجم المسام التي تم تطويرها أثناء التنشيط هو دالة للوقت الذي تقضيه في هذه المرحلة. تؤدي أوقات التعرض الأطول إلى أحجام مسام أكبر. إن أكثر أنواع الكربون في الطور المائي شيوعًا هي تلك التي تعتمد على البيتومين بسبب صلابتها ومقاومتها للتآكل وتوزيع حجم المسام وتكلفتها المنخفضة، ولكن يجب اختبار فعاليتها في كل تطبيق لتحديد المنتج الأمثل.

يستخدم الكربون المنشط لامتصاص المواد العضوية ^[31] والمواد الممتصة غير القطبية، كما يستخدم عادةً في معالجة الغازات العادمة (ومياه الصرف الصحي). وهو المادة الماصة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع نظرًا لأنه يمكن ضبط معظم خصائصه الكيميائية (مثل مجموعات السطح) والفيزيائية (مثل توزيع حجم المسام ومساحة السطح) وفقًا لما هو مطلوب. ^[32] تنبع فائدته أيضًا من حجم المسام الدقيقة (وأحيانًا المسام المتوسطة) والمساحة السطحية العالية الناتجة. أفادت أعمال البحث الحديثة أن الكربون المنشط هو عامل فعال لامتصاص الأنواع الكاتيونية من المعادن السامة من أنظمة متعددة الملوثات واقترح أيضًا آليات امتصاص محتملة مع أدلة داعمة. ^[33]

إن امتصاص الماء على الأسطح له أهمية كبيرة في الهندسة الكيميائية وعلوم المواد والتحفيز . كما يُطلق عليه أيضًا اسم ترطيب السطح، حيث يلعب وجود الماء الممتص فيزيائيًا أو كيميائيًا على أسطح المواد الصلبة دورًا مهمًا في التحكم في خصائص الواجهة ومسارات التفاعل الكيميائي والأداء التحفيزي في مجموعة واسعة من الأنظمة. في حالة الماء الممتص فيزيائيًا، يمكن القضاء على ترطيب السطح ببساطة من خلال التجفيف في ظروف درجة الحرارة والضغط التي تسمح بالتبخر الكامل للماء. بالنسبة للماء الممتص كيميائيًا، قد يكون الترطيب في شكل امتصاص تفككي ، حيث تتفكك جزيئات H ₂ O إلى -H و-OH الممتصة على السطح، أو الامتزاز الجزيئي (الامتزاز الترابطي) حيث تظل جزيئات الماء الفردية سليمة ^[34]

لقد حظيت التكلفة المنخفضة (200 دولار/طن) ومعدل الدورة المرتفع (2000 ×) للزيوليت الاصطناعي مثل ليندي 13X مع الممتز المائي باهتمام أكاديمي وتجاري كبير مؤخرًا لاستخدامه في تخزين الطاقة الحرارية (TES)، وتحديدًا الطاقة الشمسية منخفضة الدرجة والحرارة المهدرة. تم تمويل العديد من المشاريع التجريبية في الاتحاد الأوروبي من عام 2000 حتى الوقت الحاضر (2020). ^{[ بحاجة لمصدر ]} المفهوم الأساسي هو تخزين الطاقة الحرارية الشمسية كطاقة كامنة كيميائية في الزيوليت. عادةً، يتم جعل الهواء الساخن الجاف من المجمعات الشمسية ذات اللوحة المسطحة يتدفق عبر طبقة من الزيوليت بحيث يتم طرد أي ممتز مائي موجود. يمكن أن يكون التخزين نهاريًا أو أسبوعيًا أو شهريًا أو حتى موسميًا حسب حجم الزيوليت ومساحة الألواح الشمسية الحرارية. عندما تكون هناك حاجة إلى الحرارة أثناء الليل أو ساعات عدم وجود الشمس أو الشتاء، يتدفق الهواء المرطب عبر الزيوليت. مع امتصاص الرطوبة بواسطة الزيوليت، يتم إطلاق الحرارة إلى الهواء ثم إلى مساحة المبنى. تم تدريس هذا الشكل من TES، مع الاستخدام المحدد للزيوليت، لأول مرة بواسطة جون جويرا في عام 1978. ^[35]

المواد الماصة النموذجية المقترحة لالتقاط الكربون وتخزينه هي الزيوليتات والإطارات العضوية المعدنية . ^[36] إن تخصيص المواد الماصة يجعلها بديلاً جذابًا محتملًا للامتصاص. نظرًا لأن المواد الماصة يمكن تجديدها عن طريق درجة الحرارة أو تقلب الضغط، فإن هذه الخطوة يمكن أن تكون أقل كثافة في استخدام الطاقة من طرق تجديد الامتصاص . ^[37] المشاكل الرئيسية الموجودة في تكلفة الامتصاص في التقاط الكربون هي: تجديد المادة الماصة، ونسبة الكتلة، والمذيب/الإطار العضوي المعدني، وتكلفة المادة الماصة، وإنتاج المادة الماصة، وعمر المادة الماصة. ^[38]

في تقنية تحويل الغاز المائي المعزز بالامتصاص (SEWGS)، يتم الجمع بين عملية التقاط الكربون قبل الاحتراق، والتي تعتمد على الامتزاز الصلب، مع تفاعل تحويل الغاز المائي (WGS) من أجل إنتاج تيار هيدروجين عالي الضغط. ^{[39] يمكن تخزين تيار} _ثاني أكسيد الكربون الناتج أو استخدامه في عمليات صناعية أخرى. ^[40]

امتصاص البروتين هو عملية لها دور أساسي في مجال المواد الحيوية . في الواقع، تُغلف البروتينات الأسطح الحيوية التي تتلامس مع الوسائط البيولوجية، مثل الدم أو المصل. لذلك، لا تتفاعل الخلايا الحية بشكل مباشر مع سطح المادة الحيوية، ولكن مع طبقة البروتينات الممتصة. تتوسط طبقة البروتين هذه التفاعل بين المواد الحيوية والخلايا، وتترجم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة الحيوية إلى "لغة بيولوجية". ^[41] في الواقع، ترتبط مستقبلات غشاء الخلية بمواقع نشطة بيولوجيًا في طبقة البروتين ويتم نقل أحداث ربط المستقبل بالبروتين، من خلال غشاء الخلية، بطريقة تحفز العمليات داخل الخلايا المحددة التي تحدد بعد ذلك التصاق الخلايا وشكلها ونموها وتمايزها. يتأثر امتصاص البروتين بالعديد من خصائص السطح مثل قابلية البلل السطحي والتركيب الكيميائي السطحي ^[42] ومورفولوجيا السطح على نطاق النانومتر. ^[43] يعد امتصاص المواد الخافضة للتوتر السطحي ظاهرة مماثلة، ولكن باستخدام جزيئات المواد الخافضة للتوتر السطحي بدلاً من البروتينات. ^[44]

من خلال الجمع بين مادة ماصة ومادة مبردة، تستخدم مبردات الامتصاص الحرارة لتوفير تأثير تبريد. وقد تأتي هذه الحرارة، في هيئة ماء ساخن، من أي عدد من المصادر الصناعية بما في ذلك الحرارة المهدرة من العمليات الصناعية، أو الحرارة الأولية من المنشآت الحرارية الشمسية أو من العادم أو حرارة غلاف الماء لمحرك المكبس أو التوربين.

على الرغم من وجود أوجه تشابه بين مبردات الامتزاز والتبريد بالامتصاص ، فإن الأول يعتمد على التفاعل بين الغازات والمواد الصلبة. تمتلئ غرفة الامتزاز في المبرد بمادة صلبة (على سبيل المثال الزيوليت أو هلام السيليكا أو الألومينا أو الكربون النشط أو أنواع معينة من أملاح المعادن)، والتي في حالتها المحايدة قد امتصت المبرد. عند تسخينها، تمتص المادة الصلبة (تطلق) بخار المبرد، والذي يتم تبريده وتسييله لاحقًا. يوفر هذا المبرد السائل بعد ذلك تأثير تبريد في المبخر من إنثالبي التبخر . في المرحلة النهائية، يتم (إعادة) امتصاص بخار المبرد في المادة الصلبة. ^[45] نظرًا لأن مبرد الامتزاز لا يتطلب ضاغطًا، فهو هادئ نسبيًا.

الامتصاص بوساطة موقع البوابة هو نموذج لامتصاص الغاز المنشط الانتقائي للموقع في الأنظمة الحفزية المعدنية التي تحتوي على مجموعة متنوعة من مواقع الامتصاص المختلفة. في مثل هذه الأنظمة، يمكن للمواقع الشبيهة بالعيوب "الحافة والزاوية" ذات التنسيق المنخفض أن تظهر إنثالبيات امتصاص أقل بكثير من المواقع ذات التنسيق العالي ( المستوى القاعدي ). ونتيجة لذلك، يمكن أن تعمل هذه المواقع كـ "بوابات" للامتصاص السريع للغاية لبقية السطح. تعتمد الظاهرة على تأثير "الانسكاب" الشائع (الموصوف أدناه)، حيث تظهر بعض الأنواع الممتصة قدرة عالية على الحركة على بعض الأسطح. يشرح النموذج الملاحظات غير المتسقة على ما يبدو لديناميكيات وحركية امتصاص الغاز في الأنظمة الحفزية حيث يمكن أن توجد الأسطح في مجموعة من هياكل التنسيق، وقد تم تطبيقه بنجاح على الأنظمة الحفزية ثنائية المعدن حيث يتم ملاحظة النشاط التآزري.

على النقيض من الانسكاب الخالص، يشير امتصاص موقع البوابة إلى الانتشار السطحي إلى مواقع الامتصاص المجاورة، وليس إلى أسطح الدعم غير الماصة.

يبدو أن النموذج قد تم اقتراحه لأول مرة لأول أكسيد الكربون على البلاتين المدعوم بالسيليكا بواسطة Brandt et al. (1993). ^[46] تم تطوير نموذج مماثل، ولكن مستقل بواسطة King وزملائه ^{[47] [48] [49]} لوصف امتصاص الهيدروجين على المحفزات ثنائية المعدن المدعومة بالسيليكا من الروثينيوم والفضة والروثينيوم والنحاس والروثينيوم. طبقت نفس المجموعة النموذج على هدرجة CO ( تخليق فيشر-تروبش ). ^[50] أكد Zupanc et al. (2002) لاحقًا نفس النموذج لامتصاص الهيدروجين على المحفزات ثنائية المعدن من السيزيوم والروثينيوم المدعمة بالمغنيسيوم. ^[51] وصف Trens et al. (2009) بشكل مماثل انتشار سطح CO على جسيمات البلاتين المدعومة بالكربون ذات مورفولوجيا متفاوتة. ^[52]

في حالة الأنظمة الحفزية أو الماصة حيث يتم تشتيت نوع معدني على مادة داعمة (أو حاملة) (غالبًا أكاسيد شبه خاملة، مثل الألومينا أو السيليكا)، فمن الممكن أن يتم امتصاص نوع ماص بشكل غير مباشر على سطح الدعم في ظل ظروف يكون فيها هذا الامتصاص غير مواتٍ من الناحية الديناميكية الحرارية. يعمل وجود المعدن كمسار منخفض الطاقة للأنواع الغازية لامتصاص المعدن أولاً ثم الانتشار على سطح الدعم. هذا ممكن لأن الأنواع الممتصة تصل إلى حالة طاقة أقل بمجرد امتصاصها على المعدن، وبالتالي خفض حاجز التنشيط بين الأنواع في الطور الغازي والأنواع الممتصة بواسطة الدعامة.

يعتبر انسكاب الهيدروجين المثال الأكثر شيوعًا للانسكاب الامتصاصي. في حالة الهيدروجين، غالبًا ما يكون الامتصاص مصحوبًا بتفكك الهيدروجين الجزيئي (H ₂ ) إلى الهيدروجين الذري (H)، يليه انسكاب ذرات الهيدروجين الموجودة.

لقد تم استخدام تأثير الانسكاب لشرح العديد من الملاحظات في التحفيز والامتصاص غير المتجانس. ^[53]

يعد امتصاص الجزيئات على أسطح البوليمر أمرًا أساسيًا في عدد من التطبيقات، بما في ذلك تطوير الطلاءات غير اللاصقة وفي العديد من الأجهزة الطبية الحيوية. يمكن أيضًا امتصاص البوليمرات على الأسطح من خلال امتصاص البوليمرات الكهربائية .

الامتصاص هو الخطوة الأولى في دورة حياة الفيروس . والخطوات التالية هي الاختراق، وإزالة الغلاف، والتوليف (النسخ إذا لزم الأمر، والترجمة)، والإطلاق. دورة تكاثر الفيروس، في هذا الصدد، متشابهة لجميع أنواع الفيروسات. قد تكون عوامل مثل النسخ ضرورية أو غير ضرورية إذا كان الفيروس قادرًا على دمج معلوماته الجينومية في نواة الخلية، أو إذا كان الفيروس قادرًا على تكرار نفسه مباشرة داخل سيتوبلازم الخلية.

لعبة تتريس هي لعبة ألغاز يتم فيها امتصاص كتل مكونة من 4 قطع على سطح أثناء اللعب. وقد استخدم العلماء كتل تتريس "كبديل للجزيئات ذات الشكل المعقد" و"امتصاصها على سطح مستو" لدراسة الديناميكا الحرارية للجسيمات النانوية . ^{[54] [55]}

• أداتوم
• الامتزاز بالتبريد
• قياس التداخل ثنائي الاستقطاب
• جهاز تركيز السوائل
• مجهر قوة مسبار كلفن
• ميكروميريتكس
• المنخل الجزيئي
• امتصاص بولاني
• امتصاص تأرجح الضغط
• الامتزاز المتسلسل العشوائي
• إطار عضوي مرتبط بالهيدروجين