adsorpsjonsteorem

Adsorpsjonsteorem er et sentralt konsept i overflatekjemi som beskriver hvordan adsorberte mengder ved en grenseflate henger sammen med thermodynamiske størrelser som temperatur, trykk og kjemisk potensial. Det mest kjente resultatet er Gibbs’ adsorpsjonsetning, som uttrykkes som dγ = - ∑ Γ_i dμ_i. Her er γ overflatespenning, μ_i det kjemiske potensialet for komponent i, og Γ_i overflateoverskuddet til komponent i (mengden per arealenhet som er til stede ved grenseflaten utover bulkfasen).

På konstant temperatur og trykk gir Gibbs’ forhold en praktisk kobling mellom overflateegenskaper og sammensetningen i grenseflaten. For en løsning med få komponenter kan man, når kjemisk potensial for hver komponent i endres via konsentrasjonen, skrive dγ = - ∑ Γ_i dμ_i. For ideal løsning kan μ_i ≈ μ_i^0 + RT ln a_i, slik at dμ_i = RT d ln a_i og Γ_i = - (1/RT) (dγ/d ln a_i). Dette innebærer at målinger av overflatespenning som funksjon av konsentrasjon eller aktivitet kan brukes til å estimere overflateoverskudd og dermed gi innsikt i hvilke komponenter som foretrekkes ved grenseflaten.

Relaterte konsepter inkluderer adsorpsjonsisothermer som Langmuir, Freundlich og BET, som beskriver hvor mye som adsorberes som funksjon av trykk eller konsentrasjon ved gitt temperatur. Adsorpsjonsteoremet gir en termodynamisk ramme for disse modellene og for andres adsorpsjonsfenomener i kolloider, emulsjoner og katalyse.

Begrensninger inkluderer antakelser om termodynamisk likevekt, homogent grensesnitt og ideelle forhold. I virkeligheten kan grenseflater være heterogene og adsorpsjonen være konkurrerende, multikomponent og avvikende fra enkel teoretisk modell.