1. 흡착 (Adsorption)
ㅇ 2개 상(相)의 계면에서, 기체,액체 등이 표면에 달라붙는(농축되는) 화학적 현상
- 고체나 액체 표면에 기체나 액체의 분자가 부착하여, 축적되는 현상
. 이 과정에서, 흡착 물질(adsorbate,피 흡착질)이 흡착제(adsorbent)의 표면에,
. 물리적(물리 흡착) 또는 화학적(화학 흡착) 결합으로 붙게 됨
※ [참고] ☞ 흡수 흡광 흡착 비교 참조
- 흡수 (Absorption) : 물질 내부로 빛,열,가스 등이 들어가 에너지가 내부에 저장됨
- 흡광 (Absorbance) : 빛이 물질을 통과할 때 흡수되어 빛 세기가 줄어드는 현상
- 흡착 (Adsorption) : 기체나 용질 분자가 고체,액체 표면에 달라붙는 현상
2. 흡착의 구분
ㅇ 물리 흡착 (Physisorption)
- 반데르발스 힘 등 약한 상호작용에 의해 흡착이 발생됨
- 주로 낮은 온도에서 잘 일어남
- 가역적 → 쉽게 탈착(desorption) 가능
ㅇ 화학 흡착 (Chemisorption)
- 흡착 물질과 흡착제 간에 화학 결합(공유결합, 이온결합 등)이 형성되어 흡착이 발생됨
- 고온에서 잘 일어남, 선택성이 큼
- 비가역적 (되돌리기 어려움)
3. 흡착성 (Adsorptivity)
ㅇ 물질이 표면에 다른 분자(기체, 액체 등)를 얼마나 잘 달라붙게 하는지의 성질
- 통상, 비 표면적, 표면 에너지, 기공 구조 등에 의해 좌우됨
- 비표면적 (Specific Surface Area)
. 표면에서 흡착이 일어날 수 있는 `면적 크기`를 나타냄
. 단위 : m2/g (단위 질량(또는 부피)당 표면적)
ㅇ 정,부 흡착의 구분
- 정 흡착 : 계면의 농도가 내부 본체 보다 크게 됨
- 부 흡착 : 계면의 농도가 내부 본체 보다 낮아짐 (탈착 desorption)
* 화학 퍼텐셜(μ) 관점
. 계면에서의 흡착 여부를 화학 퍼텐셜(μ) 차이로 설명 가능
.. 정 흡착 : μ_bulk > μ_interface (흡착 물질 계면에 더 안정적으로 존재)
.. 부 흡착 : μ_bulk < μ_interface (계면 보다 벌크에 더 안정적으로 존재)
* 활성화 계수(activity coefficient, γ) 관점
. 실제 용액에서는 활성화 계수 γ를 사용해 농도 대신 유효 농도(활성도 a = γ·c)로 설명
.. 정 흡착 : 계면의 활성도가 벌크보다 큼 (a_interface > a_bulk) → 농도가 계면에 농축
.. 부 흡착 : 계면의 활성도가 벌크보다 작음 (a_interface < a_bulk) → 계면에서 희석
* 자유에너지(ΔG) 괌점
. 흡착 과정의 자발성은 깁스 자유에너지 변화로 판정
.. 정 흡착 : ΔG < 0 → 흡착 자발적
.. 부 흡착 : ΔG > 0 → 흡착 불리
4. 흡착의 용도 및 응용
ㅇ 용도
- 필요(불순)한 성분의 제거
- 유용한 성분의 회수(농축,분리,정제 등)
- 例) 크로마토그래피 등
ㅇ 응용 例)
- 촉매 : 촉매 표면에서 반응 물질의 흡착 결합을 통한 화학 반응의 촉진
- 환경 : 활성탄을 이용한 공기나 물의 오염물질 제거
- 분리 : 가스나 액체 혼합물에서 특정 성분을 분리 (例, 크로마토그래피)
- 에너지 : 수소 저장 장치나 연료 전지에서 흡착을 이용한 효율적 에너지 저장