Absorbcija — definīcija, mehānisms un atšķirība no adsorbcijas

Uzzini absorbcijas definīciju, mehānismu un atšķirības no adsorbcijas — skaidri piemēri, vizuāli salīdzinājumi un nozīme fizikā, ķīmijā un materiālu zinātnē.

Absorbcija ir stāvoklis, kad kaut kas uzņem citu vielu. Tā ir fizikāla vai ķīmiska parādība vai process, kurā atomi, molekulas vai joni iekļūst gāzes, šķidruma vai cietas vielas iekšējā daļā (ko sauc par "tilpumu").

Tas ir atšķirīgs process no adsorbcijas. Absorbcijas procesā molekulas nonāk dziļi materiāla tilpumā, savukārt adsorbcijas gadījumā molekulas apstājas pie materiāla virsmas. Vispārīgāks termins ir sorbcija, kas ietver absorbciju, adsorbciju un jonu apmaiņu.

Citas vārda "absorbcija" nozīmes ir:

Absorbcijas mehānisms

Absorbcijas pamatā parasti ir difūzijas un/vai ķīmiskas reakcijas process. Galvenie soļi ir šādi:

• Kontaktēšanās: absorbējamā viela nonāk saskarē ar materiālu vai šķidrumu.
• Difūzija uz iekšieni: molekulas pārvietojas no augstākas koncentrācijas uz zemāku (bieži saskaņā ar Fika likumiem), iekļūstot materiāla tilpumā.
• Ķīmiska sasaistīšanās (ja tāda notiek): dažos gadījumos absorbētā viela reaģē ar bāzes materiālu un tiek ķīmiski saistīta, kas maina līdzsvara stāvokli un var palielināt absorbcijas daudzumu.
• Vienmērīga sadalīšanās un līdzsvars: visbeidzot sistēma sasniedz līdzsvaru starp koncentrāciju iekšienē un ārpusē, kas nosaka maksimālo absorbcijas daudzumu.

Fizikālā un ķīmiskā absorbcija

• Fizikālā absorbcija (fāžu sajaukšanās vai šķīdība) ir parasti reversibila un notiek bez jaunu ķīmisku saišu veidošanās; absorbcijas spēks ir atkarīgs no šķīdības un termodinamiskajiem faktoriem.
• Ķīmiskā absorbcija ietver ķīmiskas reakcijas starp absorbēto vielu un absorbentu (piemēram, CO2 ķīmiskā absorbēšana amīnūdeņražos). Šāda absorbcija parasti ir selektīvāka un var būt ne tik viegli reversibila bez reakcijas apgriešanas.

Atšķirība no adsorbcijas

• Virsma pret tilpumu: adsorbcija ir virsmas fenomens — molekulas saistās pie materiāla virsmas; absorbcija nozīmē, ka molekulas iekļūst materiāla iekšienē.
• Kinetika un kapacitāte: adsorbcijas kapacitāte bieži ir atkarīga no speciālās virsmas laukuma, savukārt absorbcijas kapacitāte ir saistīta ar materiāla tilpuma īpašībām un šķīdību. Adsorbcija var būt ātra, bet absorbcija, īpaši ja jānotiek difūzijai dziļumā, var būt lēnāka.
• Atgriezeniskums: adsorbētās molekulas var viegli desorbēties, ja mainās apstākļi; ķīmiskā absorbcija var prasīt ķīmiskas procedūras, lai atbrīvotu ievietotās molekulas.

Matemātiskie likumi un vienādojumi

Dažkārt absorbēšanas aprakstam izmanto šādus pieņēmumus un likumus:

• Fika likumi (difūzijas aprakstam materiāla iekšienē).
• Henrija likums gāzu absorbcijai šķidrumos mazās koncentrācijās (parāda attiecību starp gāzes spiedienu un šķīdībā esošās gāzes koncentrāciju).
• Distribūcijas koeficients un līdzsvara izotermas (piem., partition coefficient, kas raksturo, kā viela sadalās starp divām fāzēm). Optiskajai absorbcijai izmanto Beera–Lambert likumu (A = ε·l·c), kas nosaka gaismas absorbciju šī materiāla caurlaidībā.

Piemēri un pielietojumi

• Ikdiena: sūklis vai papīra dvielis absorbē ūdeni — ūdens pilda materiāla poras un aizņem tilpumu.
• Biosistēmas: zāļu absorbcija zarnās, barības vielu uzsūkšanās epitelī — process, kas ietekmē biopieejamību.
• Rūpniecība: gāzu attīrīšana ar šķīdumiem (piem., CO2 absorbēšana ar amīniem), šķidrumu atkāpšana, ķīmiskās reaktoru izeju attīrīšana. Īpaši svarīgi plūsmas ķīmijā un atdalīšanas tehnoloģijās (absorbētāji, šķidrumu skurberi).
• Materiālzinātne: hidrogēli un superabsorbenti, kas spēj uzņemt un noturēt lielu ūdens daudzumu uz tilpuma rēķina.
• Optika: gaismas absorbcija pigmentos un molekulās — svarīgi fotokemiskajās reakcijās, saules elementu darbībā un spektroskopijā.

Kā mēra absorbciju

Atkarībā no konteksta izmanto dažādas metodes:

• Gravimetriska un tilpuma mērierīce: nosaka svara vai tilpuma izmaiņas pirms un pēc absorbcijas.
• Spektrofotometrija: optiskai absorbcijai — izmanto Beera–Lambert likumu.
• Chromatogrāfija un gāzu analīze: ķīmisko vielu kvantitatīvai noteikšanai absorbētajos paraugos.

Praktiski padomi

• Ja vēlaties palielināt absorbciju, var izmantot materiālus ar lielāku porainību vai vielas, kas reaģē ķīmiski ar absorbējamo komponentu.
• Atcerieties, ka dažreiz šķidrums, kas absorbē gāzi, var piesātināties — tad jāparedz risinājums piesātinājuma novēršanai (piemēram, temperatūras maiņa, atdalīšana vai ķīmiskā reakcija, kas notur vielu).

Secinājums: absorbcija ir plaši pielietojama un daudznozaru parādība, kas var būt gan fizikāla, gan ķīmiska. Galvenā atšķirība no adsorbcijas ir tā, ka absorbcijā viela iekļūst materiāla iekšienē (tilpumā), nevis tikai sasaistās pie virsmas.

Citas vārda "absorbcija" nozīmes:

• Optiskā absorbcija — gaismas vai elektromagnētiskā starojuma uzsūkšanās vielā.
• Biosistēmu absorbcija — vielu uzsūkšanās organismā (piem., barības vielas, zāles).
• Materiālu uzsūkšanās — sūkļi, superabsorbenti, audumi, kuri uzņem šķidrumus.
• Ekonomiskā vai sociālā nozīmē — termins tiek lietots arī aprakstam par resursu, darba spēka vai riska "absorbciju" sistēmā, bet tas ir pārcēlies no pamata fizikas/ķīmijas nozīmes.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir absorbcija?

J: Ar ko absorbcija atšķiras no adsorbcijas?

J: Kas ir sorbcija?

Vai absorbcija ir fizikāla vai ķīmiska parādība?

J: Kādi ir daži piemēri materiāliem, kuros var notikt absorbcija?

J: Vai joni var absorbēt?

J: Kādas ir citas termina "absorbcija" nozīmes?

Meklēt pēc burta