Absorptsioon — definitsioon, mehhanism ja erinevus adsorptsioonist

Absorptsioon — selge definitsioon, mehhanism ja võrdlus adsorptsiooniga. Kuidas ained tungivad materjali sisse, sorptsiooni põhimõtted ja praktilised näited.

Absorptsioon on seisund, mille puhul miski võtab endasse teise aine. See on füüsikaline või keemiline nähtus või protsess, mille käigus aatomid, molekulid või ioonid sisenevad gaasi, vedeliku või tahke aine sisemisse ossa (mida nimetatakse "lahtiseks"). Absorptsioonis toimub aine ja imava materjali vahel ruumiline segunemine või keemiline reageerimine nii, et imenduv aine ei piirdu ainult pinnaga, vaid levib materjali mahu sisse.

See on adsorptsioonist erinev protsess. Molekulid, mis absorbeeruvad, lähevad sügavale materjali mahu sisse, adsorptsiooni puhul peatuvad molekulid selle asemel materjali pinnal. Üldisem termin on sorptsioon, mis hõlmab nii absorptsiooni, adsorptsiooni kui ka ioonivahetust.

Mehhanism ja tüübid

• Füüsikaline absorptsioon — aine lahustub imajas ilma keemilise muutuseta. Näiteks gaasi lahustumine vedelikus, mida sageli kirjeldab Henry’ seadus (gaasi kontsentratsioon vedelikus on proportsionaalne gaasi osarõhuga). Füüsikalise absorptsiooni tugevus sõltub temperatuurist, rõhust ja aine lahustuvusest.
• Keemiline absorptsioon — absorbeeruv aine reageerib imajaga ja moodustub uus ühend. Näide on CO2 eemaldamine amiinilahustega, kus gaas reageerib lahusega ja kinnitub keemiliselt, suurendades imendumisvõimet.
• Tahkeaine sisseimbumine — tahked materjalid võivad imada gaase või vedelikke oma kristalvõresse või pooridesse (näiteks metallide vesinikumürgitus, poorsete katete või geelite niisutamine).
• Bioloogiline absorptsioon — elussüsteemid võtavad endasse toitaineid, vett või ravimeid läbi membraanide: näiteks soolestiku limaskest imab toitaineid vereringesse, naha kaudu toimub perkutaanne imendumine.

Kinetika ja tasakaal

Absorptsiooni kiirust määravad diffusiooniprotsessid (Ficki seadused), reaktsioonikiirused (keemilisel absorptsioonil) ja transport piiripealsetelt pindadelt materjali sisse. Tasakaalu kirjeldavad parameetrid on näiteks jaotuskoefitsient või Henry konstants gaas-vedelik süsteemides. Praktikas hinnatakse ka absorptsioonivõimsust (kui palju ainet mahtlikus imajas mahub) ja määramiskiirust (kui kiiresti saavutatakse tasakaal või vajalik eraldumisaste).

Mõjutavad tegurid

• Temperatuur — tavaliselt vähendab kõrgem temperatuur füüsikalist lahustuvust, kuid võib kiirendada keemilisi reaktsioone.
• Rõhk — gaasi absorptsiooni soodustab kõrgem osarõhk (Henry’ seadus).
• Pinna- ja poorstruktuur — tahkete imajate puhul määrab pooride suurus, mahuosakaal ja keemiline iseloom imendumise efektiivsuse.
• Segamine ja transport — vedelike segamine või pidev vool võivad eemaldada difusioonilõksu ja kiirendada protsessi (näiteks tööstuslikud absorptsioonikolonnid).

Mõõtmine ja analüüs

Absorptsiooni uurimiseks kasutatakse mitmesuguseid meetodeid: gravimeetrilisi (massimuutuse mõõtmine), gaasi- või vedeliku voolukestuse jälgimist (breakthrough-kõverad), spektrofotomeetriat, kromatograafiat ja kalorimeetriat (keemilise absorptsiooni puhul). Tööstuslikus praktikas hinnatakse efektiivsust ka energiakulude, regeneratsiooni vajaduse ja materjali vastupidavuse alusel.

Rakendused

• Tööstuslik gaaside puhastamine — eemaldatakse SO2, CO2, NH3 jms amiinide või leeliselahustega (keemiline absorptsioon) või lahustussüsteemidega.
• Keemiline tootmine — lahutus- ja ekstraheerimisprotsessid, kus komponendid liiguvad ühelt faasilt teisele.
• Keskkonnakaitse — heitgaaside töötlemine, vee puhastamine ja saasteainete sidumine.
• Bioloogia ja meditsiin — toitainete, ravimite ja gaaside (näiteks hapniku) transport organismis; naha ja limaskestade kaudu toimuv imendumine.
• Materjaliteadus — poorsete materjalide ja polümeeride niiskuseimavus, metallide vesinikuimbumine (oluline korrosiooni ja materjalide tugevuse seisukohalt).

Erinevus adsorptsioonist

Absorptsioon tähendab, et aine tungib imaja MAHU sisse; adsorptsioon tähendab, et aine kinnitub imaja PINNALE. Praktikas võivad need kaks protsessi toimuda samaaegselt — sellisel juhul kasutatakse üldist terminit sorptsioon. Näited:

• Sponge (näiteks käsn) niiskuseimavus on absorptsioon — vesi kandub pooridesse.
• Aktiveeritud süsi sidub mittesobivaid orgaanilisi molekule peamiselt adsorptsiooni teel — kinni jäämine pinnal.
• Gaasisordes puhastamine võib esineda nii adsorptsioonina poorse tahkeaine pinnale kui ka absorptsioonina vedeliku mahus; valik sõltub aine omadustest ja protsessi tingimustest.

Muud tähendused "absorptsioon" on:

• Akuustiline absorptsioon — helienergia muundumine soojuseks materjalis (näiteks heliimavates ruumipaneelides).
• Elektromagnetiline absorptsioon — materjal neelab elektromagnetlainetelt energiat (näiteks raadiosagedusliku või optilise kiirguse summutamine).
• Termiline absorptsioon — soojuse omastamine, näiteks aine soojuspaisumine või termilise energia neeldumine protsessis.
• Majanduslik/raamatupidamislik tähendus — mõnikord kasutatakse mõisteid nagu kulude "absorbeerimine" (kulu kandmine teisele perioodile või üksusele), kuid see on eraldi kontekst.

Kokkuvõtlikult: absorptsioon on laiaulatuslik protsess, mille mõistmine nõuab tähelepanu nii füüsikalistele kui keemilistele aspektidele, ning selle eristamine adsorptsioonist on oluline nii teadusuuringutes kui praktilistes rakendustes.

Küsimused ja vastused

K: Mis on neeldumine?

K: Kuidas erineb absorptsioon adsorptsioonist?

K: Mis on sorptsioon?

K: Kas absorptsioon on füüsikaline või keemiline nähtus?

K: Millised on mõned näited materjalidest, mis võivad absorbeeruda?

K: Kas ioonid võivad absorbeeruda?

K: Mida tähendab mõiste "absorptsioon" veel?

Otsing