امتزاز

نموذج لانغموير

علاوةً على ذلك، في عام 1916، نشر إرفينغ لانغموير نموذجا جديدا للادمصاص عند درجات حرارة متساوية للغازات الممتزة على المواد الصلبة، وحمل هذا النموذج اسمه. وهي علاقة شبه تجريبية مستمدة من آلية حركية مقترحة للجزيئات. وهو يقوم على أربع فرضيات:

حيث A هو جزيء الغاز،

ويرمز لمعدل الامتزاز المباشر والعكسي بالرمز k و k-1.

في هذا الإطار، ونادرا ما تكون هذه الفرضيات الأربعة كلها صحيحة: فهناك دائما عيوب على السطح، وليس بالضرورة أن تكون الجزيئات الممتزة خاملة، وليس بالضرورة كذلك أن تكون آلية امتزاز الجزيئات الأولى هي نفسها بالنسبة للجزيئات اللاحقة. الشرط الرابع هو الأكثر إشكالا، فأغلب الجزيئات ستمتز على طبقات رقيقة؛ وهذه المشكلة يعالجها نموذج بيت للسطوح المستوية (غير المسمامية). ويعتبر متساوي حرارة لانغموير الخيار الأول لأغلب نماذج الامتزاز، وله الكثير من التطبيقات في حركية السطوح (وعادة ما تسمى بحركية لانغموير-هينشيلوود) والديناميكا الحرارية.

وقد اقترح لانغموير أن الامتزاز يحدث وفق هذه الآلية:

من جهة ثانية، فإذا عرفنا التغطية السطحية باعتبارها نسبة مواقع الامتزاز المشغولة، فيكون عند التوازن:

وفي هذا الصدد، في حالة الامتزاز الأقصى، تتشكل طبقة رقيقة: لا تتوضع الجزيئات الممتزة على جزيئات أخرى سبق امتزازها، وإنما على السطوح الحرة فقط للمادة المازة.

و S هو موقع الامتزاز.

• إن سطح المواد المازة متجانس، أي أن جميع مواقع الامتزاز متكافئة.
• لا تتفاعل الجزيئات الممتزة مع بعضها البعض.
• يحدث كل الامتزاز بالآلية نفسها.

الامتزاز في الفيروسات

علاوةً على ذلك، الامتزاز هو الخطوة الأولى في دورة العدوى الفيروسية. والخطوات التالية هي الاختراق الغير ملموس، والتوليف (النسخ إذا لزم الأمر، والترجمة)، وكذلك الإفراج عنهم. وتعد اجابة دورة الفيروس، في هذا الصدد، هي المماثل الأهم لجميع أنواع الفيروسات. وهناك عوامل مثل النسخةِ قَدْ أو قَدْ لا تَكُونُ مطلوبة إذا كان الفيروسِ قادر على مُكَامَلَة معلوماتِه الجينيّةِ في نواةِ الخليةَ، وكذلك إذا تمْكِنُ الفيروسِ من أَنْ يُضاعفَ نفسه مباشرة ضمن سيتوبلازم الخلية.

A(g) + A2S [4] A3S وهكذا

ومن جهة أخرى، x هو الضغط المنقسم بواسطة ضغط البخار للكثف في درجة الحرارة تلك (عادة تُرمز {P/P^0}، و{/v} هو حجمُ ال STP مِنْ الامتزاز الممتز، و{v}{mon} هو حجم الSTP من مقدار الامتصاص المطلوب لتشكيل المونوبلاير وc هو الموازنةُ الثابتةُ {K} التي تم استخدامها في لانجميور الأيسوثرم مضروبا في ضغط بخار الامتصاص. الفرضية الرئيسية التي استعملتْ في اشتقاق معادلةِ بيتَ التي تتعقب حرارة التكثيف لجميع الطبقات ما عدا الأولى، والتي تكون مساوية لحرارة تكثيف الامتزاز.

من جهة ثانية، ولانجميور الأيسوثرم عادة ما يكون أفضل بالنسبة للامتزاز الكيميائي وأيسوثرم بيت يعمل على نحو أفضل للامتزاز الفيزيائي للأسطح اللامايكروبوروسية.

إضافةً إلى ذلك، وعليه فإن اشتقاق الصيغة يكون أكثر تعقيدا مما في لانجميور (انظر الروابط للاشتقاق الكامل). ونحصل على:

هلام السليكا

في هذا الإطار، وتستعمل السيليكا لتجفيف عملية الهواء (مثل الأكسجين، والغاز الطبيعي) وامتزاز المواد الهيدروكربونية (القطبية) الثقيلة من الغاز الطبيعي.

إضافةً إلى ذلك، هلام السليكا خامل كيميائيا، غير سامّ، قطبي ومستقرّ في بنيته (حتى 400 درجة مئوية) في شكل غير متبلور شافي 2. ويُعد بواسطة تفاعل سيليكات الصوديوم مع حمض الكبريتيك، والذي تبعته سلسلة من العمليات لمعالجته مثل الركن فترة من الزمن، والتخليل، وما ينتج من ذلك من توزيعاتِ حجمِ المسامِ المُخْتَلِفةِ فيه.

آسرالامتزاز

المازات

ومن ناحية أخرى، كما يُلاحظ في هذه الصيغة، يجب أن يكون العنصر k مختلفاً في المظهر الخارجي له فقط عند القيام بالتغطية المستمرة.

، وهذا يعني أن الامتزاز هو أكثر تسييلاً من التذويب.

كذلك، وإذا بدأنا من خط التحاور بيت مع افتراض أن تغير الكون هو نفسه بالنسبة لتسييل الغاز الطبيعي والامتزاز فسوف نجد أن:

في هذا الإطار، الامتزاز الثابت يُعتبر من ثوابت التوازن، وبالتالي يتم امتثال معادلة فان 'تى هوف كالتالي:

امتزاز الكربون

في هذا الإطار، محاضرة عن الامتزاز من محاضرات الفيزياوية في كلية الهندسة - جامعة تكريت

و

حيث i ترمز لكل نوع من الغازات الممتزة.

نموذج بيت

وفي السياق ذاته، في كثير من الأحيان تكون الجزيئات متعددة الطبقات، ومثلاً، يكون بعضها ممتز على جزيئات ممتصة بالفعل والأيسوثرم انجميور يكون غير صالح. وفي سنة 1938 ستيفان بروناور، بول ايميت، وإدوارد تيلر قاموا بتطوير نموذج الأيسوثرم الذي يأخذ بعين الاعتبار هذا الاحتمال. وتسمى نظريتهم بنظرية BET، بعد الحروف الأولى في أسمائهم الأخيرة. وقد قاموا بتعديل آلية لانجميور على النحو التالي:

A(g) + AS [3] A2S

A(g) + S [2] AS

الخصائص والمتطلبات العامة

من جهة ثانية، ويجب أن تكون لهم مقاومة عالية للاحتكاك، واستقرار حراري عالي ومسامي، وهذا يجعل السطح المعرض لالتقاط الممتزات كبيرا، وبالتالي ارتفاع قدرة السطح على الامتزاز.

إضافةً إلى ذلك، المركبات المعتمدة على الكربون — وعادة ما تكون مسعورة وغير مناقضة، بما في ذلك مواد مثل الكربون المنشط والجرافيت.

وعلى صعيد آخر، المركبات المحتوية على الأكسجين — عادة ما تكون مائية، وقطبية، بما في ذلك مواد مثل هلام السيليكا وزيولايت.

من جهة ثانية، مركبات البوليمر — وهي مواد قطبية أو غير قطبية في مصفوفة بوليمر المثقّبة.

وعلى صعيد آخر، تستعمل المازات عادة في شكل حبيبات كروية، أو قضبان، أو قوالب، وتوجد مع كتل هيدروديناميكية بأقطار تتراوح بين 0.5 و 10 ملم.

وأغلب المازات الصناعية تندرج في واحدة من ثلاث فئات هي:

من جهة ثانية، والمازات يجب كذلك أن يكون لها هيكل متميز والذي يتيح النقل السريع للأبخرة الغازية.

زيولايت

من جانب آخر، وكان قد صنع بواسطة التوليفات الهيدروحرارية من ألومينوسيليكات الصوديوم أو بواسطة مصدر سيليكا آخر في اوتوكلاف يليها التبادل الأيوني مع بعض الكاتيونات (Na+, Li+, Ca2+, K+, NH4+). وعادة ما يتراوح أقطار القنوات في حبيبات الزيولايت من 2 إلى 9 Å (200 حتى 900 بيكومتر). ويتم تتبع عملية التبادل الأيوني بواسطة تجفيف البلورات، والتي يمكن استدارتها مع مادة تساعد على التماسك في شكل حبات ماكروبوروس.

وفي هذا السياق، كما تصنع الزيولات الغير قطبية (السيليكاتية) من السيليكا الخالية من الألمونيوم أو عن طريق تطهير الزيولايت المحتوي على الالمونويوم من الألمونيوم.

في هذا الإطار، وكذلك يتم تطبيق الزيولايت في عملية التجفيف في الهواء، وهو يزيل ثاني أكسيد الكربون من الغاز الطبيعي، ويزيل أول أكسيد الكربون من غازات تكرير البترول، وتنقية الهواء، وتنقية المنتجات البترولية.

كذلك، ويتم تطهير الألمونيوم من الزيولايت بمعالجته ببخار الماء عند درجات حرارة عالية، أعلى من 500 درجة مئوية. تعمل تلك الحرارة العالية على تفكيك الرابطات بين الألمونيوم والأكسجين، وتنطلق ذرات الألمونيوم المتحررة إلى خارج الزيولايت.

وعلى صعيد آخر، قد يكون زيولايت طبيعي أو يحضر اصطناعيا، يحتوي على السيليكات والألمونيوم، كثير المسامِ وكذلك يطلقِ الماءِ في درجةِ الحرارة العاليةِ. ويعد الزيولايت قطبي في طبيعته.

الكربون المنشط

وفي هذا الصدد، ثم «تنشط» الحبيبات الكربونية بتعريضها لعامل مؤكسد، وهو يكون عادة بخار الماء أو ثاني أكسيد الكربون في درجة حرارة عالية. هذا العامل المؤكسد يعمل على حرق المواد السادة للمسام التي تكونت اثناء عملية الكربنة، بحيث تنتج بنية مسامية في الجرافيت. ويعتمد حجم المسامات المتكونة في الجرافيت خلال عملية التنشيط على الزمن الذي تتم فيه عملية التنشيط. كلما زاد زمن التنشيط كلما مانت أحجام المسامات كبيرة. نوع من الكربون المائي شائع وهو يصنع من البيتومين (الزفت) نظرا لصلابته، ومقاومته العالية للتآكل، ومساميته، وانخفاض تكلفة صنعه، إلا أن استخداماته تستحق الاختبار لاستخدام النوع المناسب منه.

من جهة ثانية، يعتبر الكربون المنشط على درجة عالية من المسامية، صلب وغير متبلور يتكون من كريستالات جوهرية مع شعرية الغرافيت، وعادة ما أعد في حبيبات صغيرة أو مسحوق. فهى تعتبر رخيصة وغير نادرة. ولكن من العوائق الرئيسية أنها قابلة للاشتعال.

من جانب آخر، والكربون المنشط يمكن أن يكون مصنوع من مواد كربونية، بما في ذلك الفحم (البيتومين، السابيتومينوس، والليغنيت)، الجفت، والخشب، أو القشور (مثلًا جوز الهند). وتتكون العملية من مرحلتين، الكربنة والتنشيط. وتشمل عملية الكربنة التجفيف ثم التدفئة لفصل المنتجات الثانوية، بما في ذلك القطران وغيره من المواد الخام الهيدروكربونية، وكذلك لإبعاد أي غازات متولدة. يتم الانتهاء من عملية الكربنة عندما يتم تسخين المادة من 400 إلى 600 درجة مئوية في جو بمعزل عن الأكسجين حتى لا يحدث احتراقها.

كذلك، ويستعمل الكربون المنشط لامتزاز المواد العضوية وغير الممتزة القطبية وكذلك يستعمل عادة لمعالجة غازات النفايات (ومعالجة المياه). فهو يُعتبر من المازات الأكثر استعمالا. وتَأتي فائدتُها بشكل رئيسي مِنْ إمكانية التحكم في حجم المسام والتحكم في مساحة السطح الفعال فيها عند تصنيع الفحم المنشط.

هندرسون - كيسليوك

مقدار الهيكل الأول استنزف مثلما تشكل الهيكل الثاني.

وعلى صعيد آخر، كان قد تم تطوير أيسوثرم الامتزاز هذا للاستخدام مع حقل جديد للحكم الذاتي لتجميع امتزاز مونولاير (sam). ويتم امتزاز جزيئات SAM إلى سطح الممتزات حتى يصبح السطح مشبع مع جزيئات sam «السلاسل الهيدروكربونية» وتكون مسطحة ضد الامتزاز. وهذا هو ما وصف هيكل «الاستلقاء» (بالهيكل الأول). ومن ثم يحدث الامتزاز، مسبباً في أن تكون السلاسل الهيدروكربونية مشردة من قبل جماعات ثيول الموجودة على جزيئات SAM الممتزة حديثا. وعندما تحدث خطوة الامتزاز الكيميائي هذه، فان القوات الكهروستاتيكية بين جزيئات SAM الحديثة وبين التي تم امتزازها مسبقاً تُحدث بنياناً جديداً لتتشكل، حيث تُشغل جزيئات SAM توجهات «النهوض» (الهيكل الثاني). وعندما يحدث الامتزاز الاضافى، تصبح جميع الممتزات متشبعة بSAM في اتجاه النهوض، ولا يحدث المزيد من الامتزاز.

ومن ناحية أخرى، معدل تكوين الهيكل الثاني يمليه مقدار الامتزاز شاغلاً الهيكل الأول والتفاعلات بين الجزيئات في وقت الغمر، t.

إضافةً إلى ذلك، وعادة يكون الامتزاز SAM موجود في مرحلة السائل وتكون الممتزات عادة صلبة. وبالتالي، التفاعلات بين الجزيئات تكون مهمة ويمكن تطبيق امتزاز الأيسوثرم كيسليوك. والتطور المتسلسل من حامض ميركابتوبروبيوبيك «الاستلقاء» و«النهوض» SAM (الآلام والكروب الذهنية) يُنشيء الذهب الممتز من مرحلة الايثانول MPA، وكان يدرسها اندرو هندرسون (مواليد 1982) وآخرون في سنة 2009. واستعمل هندرسون وآخرون علم أطياف مقاومة الكيمياء الكهربائية لتحليل الامتزاز الكيميائي وشهد أن الهيكل كان ميزة مقاومة مختلفة للهيكل الثاني وتم تطوير كلا الهيكلين بالتتابع. هذا يسمح لاستخلاص أربعة قواعد كالآتي:

في هذا الإطار، معدل تشكيل الهيكل الأول يعتمد على توافر المواقع المحتملة الامتزاز وكذلك التفاعلات بين الجزيئات.

علاوةً على ذلك، واشتركت هذه الشروط في معادلة هندرسون للامتزاز الحراري، الذي يحدد قوة إشارة اكتشاف المعاوقة الكهربائية المُطَبَّعة الكلية المسببة من أحادي الطبقة الممتزة (z)t) كوظيفة من Θ1(t), Θ2(t), φ1 وφ2. وتعد قيم φ غير متغيرة الوزن، التي قامت بتسوية قيم الإشارة التي من شأنها أن تنجم عن الممتزات هي التي غطت تماما مع الهيكل الأول أو الهيكل الثاني. وتظهر معادلة الأيسوثرم كما هو مبين أدناه:

من جهة ثانية، ومن هذه التصريحات، استعمل هندرسون وآخرون فترات منفصلة لوصف معدل الامتزاز الجزئي للهيكل الأول {Θ1(t)} والهيكل الثاني {Θ2(t)]} كدالة احتجاب للوقت (t). وكل هذه المصطلحات أملتها عملية امتزاز كيسليوك متساوية الحرارة، حيث تتغير مع وقع رقم واحد المرتبط بتشكيل الهيكل الأول والوقع رقم اثنين المرتبط بتشكيل الهيكل الثاني.

من جانب آخر، وعلى الرغم من أن ايسوثيرم الامتزاز لهندرسون - كيسليوك كان طبق الأصل للامتزاز sam، كان هندرسون وآخرون يفترضون أن امتزاز الأيسوثرم هذا من المحتمل أن ينطبق على الكثير من الحالات الأخرى من الامتزاز وأن Θ 1 (t) وΘ 2 (t) يمكن حسابها باستخدام عمليات امتزاز الأيسوثرم الأخرى، بدلاً من نوذج كيسليوك (مثل معادلة لانجيمور للامتزاز متساوي الحرارة).

من جانب آخر، إن هذا القدر من الامتزاز على سطح الممتزات كان مساويا لمجموع الامتزاز شاغلاً الهيكل الأول والهيكل الثاني.

متساوي حرارة الامتزاز

كذلك، وقد نشر فروندليتش وكوستر (1894) أول معاملة رياضية للامتزاز عند ثبات درجة الحرارة. ومعادلته الرياضية تتفق مع ما وجد بالتجربة للامتزاز الغازي:

إضافةً إلى ذلك، يوصف الامتزاز عادة عند درجة حرارة ثابتة (Isotherm). وتعتمد كمية المواد الممتزة على المادة المازة على الضغط (إذا كان غازا)، وتعتمد على التركيز (إذا كان سائلا) عند درجة حرارة ثابتة.

من جانب آخر، وعند ازدياد درجة الحرارة، تتغير ثوابت المادتين و بحسب خصائصهما. تظهر الملاحظة التجريبية أن كمية المادة الممتزة تقل وتكون الحاجة إلى ضغط أكبر لإشباع سطح المادة المازة.

في هذا الإطار، حيث كمية المادة الممتزة، و كتلة المادة المازة، و هو الضغط الجزئي للغاز الممتز (ويعوض عنه بالتركيز في الحالة السائلة) و و هي الثوابت التجريبية لكل زوج من المواد المازة والممتزة عند درجة حرارة معينة. ويصل الامتزاز إلى حد أقصى عند ازدياد الضغط.

التغزية

• امتصاص (المادة)
• مراجع
• وصلات خارجية
• اشتقاق نموذج لانغموير وبيت لمتساوي الحرارة

أو

وعلى صعيد آخر، تعتمد مساحة سطح المادة المازة على بنيتها، فكلما كانت أكثر مسامية (تحتوي على ثقوب أكثر)، زادت مساحة السطح، وزاد التأثير على التفاعل عند السطح. وإذا امتز أكثر من غاز واحد على السطح، نعرف باعتبارها جزء من المواقع الفارغة ويكون لدينا:

كذلك، ومن الصعب قياس تجريبيا. وعادة تكون المادة الممتزة غازا، وتعطى الكمية الممتزة بالمول، أو الغرام، أو بحجم الغاز في الشروط النظامية بالغرام من المادة المازة.

إضافةً إلى ذلك، حيث هو الضغط الجزئي للغاز أو التركيز المولي للمحلول. وعند الضغوط المنخفضة جدا ؛ وعند الضغوط العالية .

في هذا الإطار، ومن ميل هذا الخط وتقاطعه مع المحور y نحصل على vmon وK وهي ثوابت لكل زوج من المواد المازة/الممتزة عند درجة حرارة محددة. vmon يتعلق بعدد مواقع الامتزاز باستخدام قانون الغازات المثالية. لو افترضنا أن عدد المواقع هو كل المساحة في المواد الصلبة مقسمة على المقطع العرضي للجزيئات الممتزة، فيمكن عندها حساب مساحة سطح المادة المازة بسهولة.

إضافةً إلى ذلك، فإذا كانت vmon كمية المادة الممتزة لتغطية طبقة واحدة على سطح 1 جرام من المادة المازة في الظروف القياسية للضغط ودرجة الحرارة، تكون ، ونحصل على معادلة خطية:

تكثيف موقع بوابة التوسط

في هذا الإطار، تكثيف موقع بوابة التوسط هو نموذج لتكثيفِ غازِ الموقعِ الانتقائيِ المُنَشَّطِ في الأنظمةِ العاملة المساعدةِ المعدنيةِ التي تَحتوي على تَشْكِيلة مواقعِ التكثيفِ المختلفةِ. وفي مثل هذه الأنظمة، يعبر التنسيق المنخفض «الحافة والزاوية» عن مواقع شبه معيبة يُمْكِنُ أَنْ تَعْرضَ تكثيفَ أوطأَ بكثير مِنْ مواقع التنسيقِ العاليِ (الطائرة الأساسية). ونتيجة لذلك، يمكن لهذه المواقع أن تكون بمثابة «البوابات» للامتزاز السريع جدا لبقية السطح. وتعتمد هذه الظاهرة على الأثر المشترك «الغير مباشر»، حيث تمتز بعض الأنواع المعرضة للتنقل المرتفع على بعض الأسطح. ويوضح هذا النموذج الملاحظات التي تبدو غير متناسقة للديناميكا الحرارية وامتزاز الغاز والحركية في نظم الحفاز للسطح حيث يمكن وأن توجد في مجموعة من هياكل التنسيق، وأنه قد تم تطبيقه بنجاح على أنظمة الحفاز المتعلق بنظام المعدنين حيث تم ملاحظة نشاط تعاوني.

علاوةً على ذلك، وقد تم تطوير النموذج الأصلي من قبل الملك وزملاء العمل Uner et al وآخرون. في سنة 1997، نارايان وآخرون 1998، وفاندروييل وآخرون 1999) واشتركوا لوصف امتزاز الهيدروجين على السيليكا التي يدعمها القلوي روجت روثينيوم والفضة والنحاس، والروثينيوم المتعلق بنظام المعدنين. وطبقت المجموعة ذاتها نموذج لثاني أكسيد الكربون والهدرجة (فيشر تروبش التوليف، Üner 1998). وقد أَكّدَ نفس النموذجِ Zupanc وآخرون (2002) في وقت لاحق لاحقًا على محفّزاتِ سيزيومِ المدعومِ لأكسيدَ المغنيسيوم الثنائي المعدن.

كيسليوك

وفي السياق ذاته، كل هذه العوامل قد أدرجت في إطار ثابت واحد وهو ما يسمى «معامل الاشتباك» kE، وهو موضح أدناه:

إضافةً إلى ذلك، حيث أن {SD} من افتراضات نموذج لانجميور، فيمكن اعتبار SD «ثابت معدل الادمصاص». ومع ذلك، يختلف معدل نموذج كيسليوك الثابت (R’) عما هو في نموذج لانجميور، كما يستعمل R’ لتعبير عن تأثير نشره على تشكيل الطبقة الممتزة الأولى mono layer ويتناسب مع الجذر التربيعي لمعامل الانتشار Diffusion constant. وتكتب معادلة امتزاز كيسليوك عند درجة حرارة ثابتة (إيزوثرم) على النحو التالي، حيث Θ(t) هو تغطية جزئية من الممتزات مع الامتزاز، و t هي زمن الغمر:

من جهة ثانية، في حالاتِ أخرى، تكون التفاعلات الجزيئية بين جزيئاتِ الغازِ قد كثّفتْ سابقاً على تفاعلات شكلِ صلبِ بجزيئاتِ كبيرة من الغازِ في المرحلةِ الغازيةِ. وبالتالي، يكون امتزاز جزيئات الغاز إلى السطح مفضل أكثر للحدوث في جميع أنحاء جزيئات الغاز التي هي بالفعل موجودة على سطح صلب، وجعل أيسوثرم لانجميور فعال لأغراض التمثيل.

في هذا الإطار، وكان قد دُرس هذا الأثر في نظام معين بواسطة بول كيسليوك في عام 1957حيث كان النتروجين هو الممتز والتنغستن الماز. وللأخذ في الاعتبار احتمال زيادة حدوث امتزاز حول الجزيئات الموجودة على سطح التنغستن، طور كيسليوك نظريته المسماة «نظرية حالة الطلائع»، حيث قد تدخل الجزيئات حالة الطلائع وتتفاعل مع ممتزات حدثت من قبل أو تجري امتزاز من الحالة الغازية. أي أن جزيئات الامتزاز الغازية أمّا تُكثّفُ إلى ممتز سبقها أَو تمتز في حالة عشوائية (انظر الشكل). وعليه فإن احتمال حدوث امتزاز في حالة الطلائع يعتمد على قربها من تكثف جزيئات تم امتزازها. وعلى ذلك سوف تكون القيمة Se إما لممتز من حالة الطلائع بمعدل kEC أو لممتز في الحالة الغازية kES. وإذا كان هناك جزيئةِ ممتزة تَدْخلُ في حالةَ الطلائع في المواقع التي تكون بعيدة عن أيّ جزيئات مدمصة أخرى مُكَثَّفة سابقاً، فإنّ احتمالَ الالتصاق المنعكسُ يكون بحجمِ إس دي ثابت.

الحل لنتائج (Θ(t: