Physisorption

Vorlage:Hinweisbaustein

Die Physisorption ist eine Form der Adsorption, bei der ein Adsorbat (adsorbierter Stoff) durch Van-der-Waals-Kräfte an ein Adsorbens (kondensierte Phase, die eine Grenzfläche für Adsorption bereitstellt) gebunden wird, wobei keine signifikanten Änderungen der Orbitalstruktur der beteiligten Species erfolgen.<ref>{{#if: | {{#invoke:Vorlage:Literatur|f}} | Eintrag zu {{#if:trim|physisorption}}. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. {{#invoke:Vorlage:Handle|f|scheme=doi|class=plainlinks|parProblem=Problem|errCat=Wikipedia:Vorlagenfehler/Parameter:DOI|errClasses=error editoronly|errHide=1|errNS=0 4 10 100}}{{#if: 3.0.1 | – Version: 3.0.1}}.}}{{#invoke:TemplatePar|check |all= 1= |opt= 2= Version= lang= Seiten= |cat= Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Gold Book |errNS= 0 |template= Vorlage:Gold Book }}</ref> Damit unterscheidet sich Physisorption von Chemisorption,<ref>{{#if: | {{#invoke:Vorlage:Literatur|f}} | Eintrag zu {{#if:trim|chemisorption}}. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. {{#invoke:Vorlage:Handle|f|scheme=doi|class=plainlinks|parProblem=Problem|errCat=Wikipedia:Vorlagenfehler/Parameter:DOI|errClasses=error editoronly|errHide=1|errNS=0 4 10 100}}{{#if: 3.0.1 | – Version: 3.0.1}}.}}{{#invoke:TemplatePar|check |all= 1= |opt= 2= Version= lang= Seiten= |cat= Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Gold Book |errNS= 0 |template= Vorlage:Gold Book }}</ref> bei der chemische Bindungen zwischen Adsorbat und Adsorbens ausgebildet werden.

Eigenschaften

{{#if: Adsorption|{{#ifexist:Adsorption|

|{{#if: |{{#ifexist:{{{2}}}|

→ Haupt{{#if:|seite|artikel}}: [[{{{2}}}{{#if: ||{{{titel2}}}}}]]{{#if: |{{#ifexist:{{{3}}}| und [[{{{3}}}{{#if: ||{{{titel3}}}}}]]|}}|}}

|{{#if: |{{#ifexist:{{{3}}}|

→ Haupt{{#if:|seite|artikel}}: [[{{{3}}}{{#if: ||{{{titel3}}}}}]]

|}}|}}|}}|}}|}}|Einbindungsfehler: Die Vorlage Hauptartikel benötigt immer mindestens ein Argument.}}

Die bei der Physisorption freiwerdende Energie ist geringer, als die Bindungsenergie chemischer Bindungen. Sie liegt im Bereich der molaren Verdampfungsenthalpien, weil beim Verdampfen von Flüssigkeiten ähnliche Wechselwirkungen überwunden werden.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Eine Form solcher Wechselwirkungen sind die Van-der-Waals-Kräfte, also die elektrostatische Wechselwirkung zwischen induzierten, fluktuierenden Dipolen. Genauer spricht man hier von London’schen Dispersionskräften. Da die Elektronen im Molekül nicht fixiert sind, entsteht durch Schwankungen ihrer Verteilung ein temporäres Dipolmoment, dessen zeitlicher Mittelwert jedoch Null ist. Trotz seiner Kurzlebigkeit kann dieses temporäre Dipolmoment in einem benachbarten Molekül ein antiparalleles Dipolmoment induzieren, wobei die wirkenden Kräfte umgekehrt proportional zur sechsten Potenz des Abstands r sind (1/r⁶).

Abhängig von der Adsorbat-Adsorbens-Kombination sind jedoch auch größere Bindungsenergien möglich. Wesentlich stärkere Kräfte entstehen durch die Wechselwirkung mit den festen Dipolen an polaren Oberflächen (Salze) oder den Spiegelladungen, wie sie in elektrisch leitfähigen Oberflächen (Metallen) auftreten. Diese Wechselwirkungen sind aber schon so stark, dass sie teilweise als Chemisorption angesehen werden müssen.

Die wichtigste Eigenschaft der Physisorption (im Gegensatz zur Chemisorption) ist die geringe Veränderung des Adsorbats und Adsorbens. Bis auf Relaxationen des Substrat-Gitters finden keine Veränderungen des Adsorbens statt. Im Adsorbat werden lediglich die Bindungen leicht verändert, was sich in veränderten Schwingungsfrequenzen bemerkbar macht.

Da sich die chemischen Strukturen des physisorbierten Stoffes nicht wesentlich verändert, ist dieser Prozess prinzipiell reversibel. Da in der Regel keine Aktivierungsenergie zu überwinden ist, verläuft die Bedeckung des Adsorbens sehr rasch. Oberflächen von Festkörpern sind daher an Luft immer mit einer dünnen Schicht aus adsorbierten Stoffen bedeckt. Dies verhindert üblicherweise die Kaltverschweißung von Metallflächen.

Der direkte Übergang eines Adsorbats von der schwachen Van-der-Waals-Bindung in der Physisorption zur Ausbildung einer chemischen Bindung wurde mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie nachgewiesen.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Vroman-Effekt

Datei:Effect of protein size on interaction with a surface.jpg

Wechselwirkungen von Molekülen unterschiedlicher Größe mit einer Oberfläche.

Der Vroman-Effekt wurde erstmals von Leo Vroman anhand der Bindung von Plasmaproteinen beschrieben.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Der Effekt umfasst die aufeinanderfolgende Anlagerung in Mischungen von Proteinen unterschiedlicher Molmasse bzw. Kettenlänge. Er fand, dass die Plasmaproteine Albumin, Globulin, Fibrinogen, Fibronectin, Faktor XII und Kininogene nacheinander adsorbiert werden.

Kleine Moleküle mit einer geringen Molmasse diffundieren schneller und binden zuerst an eine Oberfläche, sie sind kinetisch begünstigt. Größere Moleküle besitzen eine höhere Bindungsenergie, wodurch ein Austausch kleiner gegen große Moleküle einsetzt. Im Gleichgewicht sind vor allem größere Moleküle adsorbiert.

Anwendungen

Technisch macht man sich die schnelle Adsorption von Gasen an frischen, unbedeckten Oberflächen in Sorptionspumpen und Getterpumpen zunutze. Elektronenröhren haben, um das in ihnen notwendige Vakuum aufrechtzuerhalten, häufig eine Getterschicht aus aufgedampftem Titan. Die Titanoberfläche bleibt frisch und wirksam, solange die Röhre unbeschädigt ist.

Eine weitere Anwendung der Physisorption ist die Luft- oder Wasserreinigung mit Hilfe von Aktivkohle.

Im Chemielabor werden auf der Physisorption basierende adsorptionschromatographische Techniken eingesetzt.

Daneben wird die Physisorption von Gasen wie Stickstoff in der Analytik poröser Substanzen genutzt, um deren spezifische Oberfläche zu bestimmen.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Die Methode ist als BET-Messung bekannt.

Literatur

{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}

Einzelnachweise

{{#ifeq: s | p | | {{#if: 4123950-7sh2006003961 | |

}} }}Vorlage:Hinweisbaustein{{#ifeq: s | p | | {{#if: 4123950-7sh2006003961 | |

}} }}{{#ifeq:||{{#if: | [[Kategorie:Wikipedia:GND fehlt {{#invoke:Str|left|{{{GNDCheck}}}|7}}]] }}{{#if: | {{#if: | | }} }} }}{{#if: | {{#ifeq: 0 | 2 | | }} }}{{#if: | {{#ifeq: 0 | 2 | | }} }}{{#ifeq: s | p | {{#if: 4123950-7 | | {{#if: {{#statements:P227}} | | }} }} }}{{#ifeq: s | p | {{#if: 4123950-7 | {{#if: {{#invoke:Wikidata|pageId}} | {{#if: {{#statements:P227}} | | }} }} }} }}{{#ifeq: s | p | {{#if: sh2006003961 | | {{#if: {{#statements:P244}} | | }} }} }}{{#ifeq: s | p | {{#if: sh2006003961 | {{#if: {{#invoke:Wikidata|pageId}} | {{#if: {{#statements:P244}} | | }} }} }} }}{{#ifeq: s | p | {{#if: | | {{#if: {{#statements:P214}} | | }} }} }}{{#ifeq: s | p | {{#if: | {{#if: {{#invoke:Wikidata|pageId}} | {{#if: {{#statements:P214}} | | }} }} }} }}Vorlage:Wikidata-Registrierung