Deadsorptieevenwichten

Deadsorptieevenwichten zijn de toestanden waarin desorptie en adsorptie van een stof op een oppervlak elkaar in evenwicht bevinden bij een bepaalde temperatuur en druk. In zo’n evenwicht is de netto flux van moleculen die het oppervlak verlaten gelijk aan de flux van moleculen die het oppervlak betreden, zodat de coverages graadmatig constant blijven.

Een eenvoudige kijk op het evenwicht is gebaseerd op kinetiek: de adsorptiesnelheid R_ads = k_ads p (1 − θ) en de desorptiesnelheid R_des = k_des θ, waarbij θ de oppervlakdekking is en p de druk van de adsorbat in de gasfase. Bij evenwicht geldt R_ads = R_des, wat leidt tot θ = (K p)/(1 + K p) met K = k_ads/k_des. De temperatuur bepaalt K via de activeringsenergie en de intrinsieke Gibbs-energie van adsorptie; doorgaans volgt K ∝ exp(−ΔG_ads/RT).

Desorptie-evenwichten hangen samen met variatie in bindingstype: physisorptie (zwakke van der Waals-bindingen) en chemisorptie (sterke chemische bindingen). Desorptie-energien variëren aanzienlijk, van enkele tot tientallen tot honderden kilojoules per mole, afhankelijk van site-kwaliteit en adsorbat. Modellen voor desorptie-evenwichten zijn onder meer het Langmuir-model (monolagige, homogenoze sites zonder interacties) en afwijkingen zoals het Freundlich- of Temkin-model voor heterogene oppervlakken en interacties tussen adsorptiemoleculen.

Experimenteel worden desorptie-evenwichten bestudeerd met methoden als temperatuur-programma-desorptie (TPD) en evenwichtsadsorptie-isothermen. Uit TPD kunnen desorptie-energien en energielandschappen van oppervlakken worden afgeleid. Toepassingen bevinden zich in katalyse, sensorisch onderzoek, en milieutechnologie waar beheersing van adsorptie-desorptie cruciaal is.

Zie ook: adsorptie, desorptie, Langmuir-isotherm.