Quelltext der Seite Physisorption

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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 [[Molekülorbitaltheorie|Orbitalstruktur]] der beteiligten [[Spezies (Chemie)|Species]] erfolgen.<ref>{{Gold Book|physisorption|P04667|Version=3.0.1}}</ref> Damit unterscheidet sich Physisorption von [[Chemisorption]],<ref>{{Gold Book|chemisorption|C01048|Version=3.0.1}}</ref> bei der [[Chemische Bindung|chemische Bindungen]] zwischen Adsorbat und Adsorbens ausgebildet werden. 

== Eigenschaften ==
{{Hauptartikel|Adsorption}}
Die bei der Physisorption freiwerdende Energie ist geringer, als die Bindungsenergie [[Chemische Bindung|chemischer Bindungen]]. Sie liegt im Bereich der molaren Verdampfungsenthalpien, weil beim Verdampfen von Flüssigkeiten ähnliche Wechselwirkungen überwunden werden.<ref>{{Literatur |Autor=Peter W. Atkins, Julio de Paula |Titel=Kurzlehrbuch Physikalische Chemie für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge |Auflage=5. Auflage |Verlag=Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA |Ort=Weinheim |Datum=2020 |ISBN=978-3-527-82036-8 |Seiten=322 |Sprache=de}}</ref>  Eine Form solcher Wechselwirkungen sind die Van-der-Waals-Kräfte, also die elektrostatische Wechselwirkung zwischen [[Elektromagnetische Induktion|induzierten]], [[Fluktuation|fluktuierenden]] [[Dipol (Physik)|Dipolen]]. Genauer spricht man hier von [[London-Kraft|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/r<sup>6</sup>).

Abhängig von der Adsorbat-Adsorbens-Kombination sind jedoch auch größere Bindungsenergien möglich. Wesentlich stärkere Kräfte entstehen durch die Wechselwirkung mit den festen Dipolen an [[Polarität (Chemie)|polaren]] Oberflächen ([[Salze]]) oder den [[Spiegelladung]]en, 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 [[Oberflächenrelaxation|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 [[Schweißen#Kaltpressschweißen|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>{{Literatur |Autor=Ferdinand Huber, Julian Berwanger, Svitlana Polesya, Sergiy Mankovsky, Hubert Ebert |Titel=Chemical bond formation showing a transition from physisorption to chemisorption |Sammelwerk=Science |Band=366 |Nummer=6462 |Datum=2019-09-12 |Sprache=en |Seiten=235–238 |ISSN=0036-8075 |DOI=10.1126/science.aay3444 |Online=[http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aay3444 Online] |Abruf=2019-09-18}}</ref>

== Vroman-Effekt ==
[[Datei:Effect of protein size on interaction with a surface.jpg|mini|Wechselwirkungen von Molekülen unterschiedlicher Größe mit einer Oberfläche.]]
Der [[Vroman-Effekt]] wurde erstmals von [[Leo Vroman]] anhand der Bindung von [[Plasmaprotein]]en beschrieben.<ref>{{Literatur |Autor=L. Vroman, A. L. Adams, G. C. Fischer, P. C. Munoz |Titel=Interaction of high molecular weight kininogen, factor XII, and fibrinogen in plasma at interfaces |Sammelwerk=Blood |Band=55 |Nummer=1 |Datum=1980 |Sprache=en |Seiten=156–159 |DOI=10.1182/blood.V55.1.156.156 |PMID=7350935}}</ref> Der Effekt umfasst die aufeinanderfolgende Anlagerung in Mischungen von [[Protein]]en 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 [[Diffusion|diffundieren]] schneller und binden zuerst an eine Oberfläche, sie sind [[Kinetik (Chemie)|kinetisch]] begünstigt. Größere Moleküle besitzen eine höhere Bindungsenergie, wodurch ein Austausch kleiner gegen große Moleküle einsetzt. Im [[Chemisches Gleichgewicht|Gleichgewicht]] sind vor allem größere Moleküle adsorbiert.

== Anwendungen ==
Technisch macht man sich die schnelle Adsorption von Gasen an frischen, unbedeckten Oberflächen in [[Vakuumpumpe#Sorptionspumpe|Sorptionspumpen]] und Getterpumpen zunutze. [[Elektronenröhre]]n 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 [[Adsorptionschromatographie|adsorptionschromatographische Techniken]] eingesetzt.

Daneben wird die Physisorption von Gasen wie Stickstoff in der Analytik poröser Substanzen genutzt, um deren spezifische Oberfläche zu bestimmen.<ref>{{Literatur |Autor=Duong D. Do |Titel=Adsorption analysis: equilibria and kinetics |Verlag=Imperial College Press |Ort=London |Datum=1998 |Reihe=Series on chemical engineering |NummerReihe=v 2 |ISBN=978-1-86094-130-6 |Seiten=84, 145 |Sprache=en}}</ref> Die Methode ist als [[BET-Messung]] bekannt.

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=Andrew Zangwill |Titel=Physics at surfaces |Verlag=Cambridge University Press |Datum=1988 |Sprache=en |ISBN=0-521-34752-1}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4123950-7|LCCN=sh2006003961}}

[[Kategorie:Oberflächenphysik]]