أنواع الامتزاز الكيميائي
الامتزاز هو ظاهرة سطحية، ويعرف الامتزاز على أنه ترسب الجزيئات على السطح. وتعرف الجزيئات التي تمتص على السطح بمصطلح الامتصاص، ويطلق على السطح الذي يحدث فيه الامتزاز اسم الممتزة. ومن الأمثلة الشائعة للممتزات الطين والمعادن والغرويات.
أنواع الامتزاز
الامتزاز الكيميائي
يمكن تمييز الامتزاز الكيميائي من خلال مشاركة الروابط الكيميائية بين جزيئات الغاز وسطح الامتصاص، وينتج عنه طبقة غير جزيئية.
خصائص الامتزاز الكيميائي
- يعني العملية المحددة أنها ستحدث فقط في حال وجود رابطة كيميائية بين الممتز والامتزاز.
- إنها عملية تبريد وتكون مصحوبة بزيادة في درجة الحرارة.
- يحدث ببطء عند درجات حرارة منخفضة، ويزداد بمعدل أسرع مع زيادة الضغط.
- يتناسب الامتصاص الكيميائي مباشرةً مع مساحة السطح، وبالتالي يزداد مع زيادة مساحة السطح.
- نظرًا لأن العملية تتضمَّن تكوين رابطة كيميائية، فإن المحتوى الحراري مرتفع.
- يتطلب طاقة معينة من التنشيط.
الامتزاز الفيزيائي
الامتزاز الفيزيائي تتضمن هذه الظاهرة استخدام قوى فان دير وال الضعيفة التي يتم من خلالها امتصاص جزيئات الغاز على سطح صلب.
خصائص الامتزاز الفيزيائي
يمكن امتصاص أي غاز على السطح.
- لوحِظَ أن الغازات السائلة الشديدة تتميز بشكل فيزيائي بقوة أكبر.
- يمكن أن يتغير حجم الغاز الموجود في السطح الصلب بسبب الضغط ودرجة الحرارة، فزيادة الضغط ستؤدي إلى تقليل حجم الغاز وزيادة امتصاص جزيئات الغاز، بينما سيؤدي انخفاض الضغط إلى إزالة جزيئات الغاز من السطح الصلب.
- نظرًا لأن عملية الامتزاز تتم بامتصاص الحرارة، فإن الامتزاز الفيزيائي يحدث بسهولة عند درجة حرارة منخفضة وينخفض بزيادة درجة الحرارة، وهذا مبدأ Le-Chatelier.
- لا يتطلب طاقة معينة للتنشيط.
آلية الامتزاز
إنها عملية طاردة للحرارة مما يعني أن الطاقة تتحرر خلال هذه العملية. تعرف كمية الحرارة التي تتطور عندما يتم امتصاص مول واحد من الممتزات باسم المحتوى الحراري. يشير التغير في المحتوى الحراري إلى أنه سلبي ، والسبب هو أنه عندما يتم امتصاص الجزيئات الممتزة على السطح ، تصبح حرية حركة الجزيئات مقيدة وينتج عن ذلك انخفاض في الإنتروبيا. عند درجة حرارة وضغط ثابتين ، يحدث الامتزاز بشكل تلقائي.
خصائص الامتصاص
المواد الصلبة مختلفة عن المحلول أيضا. على سبيل المثال، عندما يتم خلط محلول حامض الأسيتيك في الماء مع الفحم، يتم امتصاص بعض الحمض من قبل الفحم.
خصائص الامتصاص الفيزيائي
- ينخفض الامتزاز مع زيادة درجة الحرارة.
- المزيد منمساحة السطح هو معدل الامتزاز.
- يتوقف الامتزاز أيضًا على تركيز المذاب في المحلول.
- يعتمد الامتزاز أيضًا على طبيعة الممتزات .
العوامل المؤثرة على الامتزاز
- درجة الحرارة هي عامل مهم يؤثر على الامتزاز، ويحدث الامتزاز بشكل أفضل في درجات الحرارة المنخفضة .
- يزيد الامتزاز مع زيادة الضغط حتى يتم الوصول إلى درجة التشبع، وبعد التشبع، لا يمكن تحقيق مزيد من الامتزازات بغض النظر عن الضغط المطبق.
- يُطلق على العلاقة بين مدى الامتزاز ودرجة الحرارة عند ضغط ثابت اسم الامتزاز الاسوباري (Isobar)
- نظرا لأن الامتزاز هو ظاهرة سطحية، فإن مساحة السطح ستزيد من معدل الامتزاز.
يتم امتصاص الغازات المُسيّلة بسهولة.
تطبيقات عن الامتزاز
- تعتمد أقنعة الغاز المستخدمة في مناجم الفحم على مبدأ الامتزاز. تستخدم هذه الأقنعة لامتصاص الغازات السامة، وذلك لتحويل الهواء إلى نقي للتنفس.
- يمكن فصل الغازات النبيلةعن غيرها باستخدام الفحم كمادة فاصلة.
- يستخدم امتزاز الأدوية لقتل الجراثيم.
- يعتمد التحليل الكروماتوجرافي على ظاهرة الامتزاز.
- يلعب الامتزاز دورًا هامًا في صنع الطلاء، حيث يجب أن لا يحتوي على غازات مذابة، وإلا فإن الطلاء لن يلتصق بشكل جيد بالسطح الذي يتم طلاؤه، مما يؤدي إلى ضعف قوة التغطية.
- ينتج عملية تنظيف الصابون والمنظفات أيضًا عن التماسك.
الامتزاز المادي
الامتزاز المادي ، أو الفسفور ، هو نوع من الامتزاز يحدث لمعظم الجسيمات الملامسة لسطح صلب أو سائل. على سبيل المثال تكثيف جزيئات الماء الملتصقة بكوب الماء. سيصنع الزجاج شديد البرودة مئات أو آلاف الطبقات من جزيئات الماء لأن كل طبقة جديدة من جزيئات الماء يمكن أن تلتصق بالطبقة السابقة.
لا يلزم أن تجد جزيئات الماء المتدفقة بقعة على سطح الزجاج لتلتصق به، فالجزء العلوي من الزجاج مفتوح للهواء وأكثر دفئًا قليلاً، وبالتالي يمكن لعدد أقل من جزيئات الماء أن تلتصق بالجزء العلوي من الزجاج.
عند تسخين الزجاج، نلاحظ حدوث تكاثف بسبب تضعف الانحلال، حيث تهتز ذرات الزجاج عند درجة حرارة مرتفعة. ونتيجة لذلك، تحصل جزيئات الماء على دفعة إضافية من الطاقة بما يكفي لتحريرها من الجزيئات اللاصقة.
طبيعة المادة المازّة و الممتزّة
طبيعة المادة الممتزة تؤثر على عملية الامتزاز، حيث تتأثر بخصائصها الفيزيائية. يزداد الامتزاز مع زيادة الوزن الجزيئي، وتتأثر أيضا بخصائصها الكيميائية ووجود الجزيئات الفعالة في تركيب المادة الممتزة. يميل السطح الممتز إلى امتزاز المكون الأكثر قطبية في المحلول، وتزداد سعة الامتزاز مع زيادة تركيز المادة الممتزة.
طبيعة المادة المازّة من حيث تأثيرها على عملية الأمتزاز هو قطبية السطح إن إن الأسطح التي تتضمن جزيئات قطبية تميل إلى المكونات الأكثر قطبية في المحلول كما أن وفرة المسامات على السطح يرفع من كمية و انتقائية العملية . ومن جهة أخرى فإن زيادة المساحة السطحية للماز تؤدي إلى زيادة سعة الأمتزاز.
سعة الإمتزاز
تعرف سعة الامتزاز على أنها كمية المادة الممتزّة لكل وحدة كتلة أو حجم من المادة المازّة. وتعتمد سعة الامتزاز على تركيز المادة الممتزّة في السائل. تقدّر سعة الامتزاز عادة عند درجة حرارة ثابتة وتراكيز مختلفة من المادة الممتزة، وترسم البيانات العملية للامتزاز على شكل ايزوثيرم كمية المادة الممتزة مقابل التركيز عند درجة حرارة
ثابتة.
يمكن التعبير عن سعة الامتزاز بواسطة وسائل أخرى كـ الإيزوستير أو علاقة تماثل الضغط و التي يمكن الحصول عليها من رسم كمية المادة الممتزة كدّالة لدرجة الحرارة مقابل تراكيز أو ضغوط جزيئية معلومة. إن المساحة السطحية هي مصطلح نسبي يعبّر عن مقدار تغطية سطح المادة المازّة بواسطة المادة الممتزّة المعلومة و الكثافة و الأبعاد الجزئية.
الكربون النشط الحُبَيبي
ويستخدم هذا النوع لامتزاز المواد الغازية والأبخرة وينتج على شكل حُبيبات ليسهّل عملية مرور أو نفاذ الغازات خلال طبقاته وكذلك له القابلية على امتزاز الملوثات العضوية وغير العضوية الموجودة بتراكيز قليلة والذائبة في المحاليل المائية مثل النيتروجين والكبريت و المعادن الثقيلة المتخلفة في مياه الصرف الصحي ومياه الفضلات الصناعية.
ميزات الكربون النشط
- يتميز هذا الدواء بقدرته العالية على امتصاص الغازات والسموم الموجودة في الجو المحيط به، ولذلك يستخدم كعلاج لأمراض التسمم والغازات والمغص، وأي مرض يصاحبه انتشار لغازات سامة في الجهاز الهضمي.
- يتم استخدام الفحم النشط في صناعة الكمامات وغيرها من أدوات السلامة التي يستخدمها رجال الإطفاء والعاملون في المناجم.
- يستخدم لتنقية المياه الملوثة ومياه الصرف الصحي للاستخدام في الشرب والزراعة والصناعة.
- يستخدم أيضًا لقتل البكتيريا والروائح الكريهة.
يعتبر الفحم النشط حاليًا أفضل الممتصات والأكثر استخدامًا في جميع المجالات.