रसायनशास्त्र - अधिशोषण

अधिशोषण म्हणजे काय?#

अधिशोषण ही वायू, द्रव किंवा विरघळलेल्या घन पदार्थातील अणू, आयन किंवा रेणूंच्या पृष्ठभागाशी चिकटून राहण्याची प्रक्रिया आहे. या प्रक्रियेमुळे अधिशोषकाच्या पृष्ठभागावर अधिशोष्याचा एक आवरण तयार होतो. अधिशोषण ही एक पृष्ठभाग घटना आहे, तर शोषण ही एक आकारमान घटना आहे.

अधिशोषणावर परिणाम करणारे घटक

खालील घटक अधिशोषणावर परिणाम करतात:

• अधिशोषकाचे पृष्ठक्षेत्रफळ: अधिशोषकाचे पृष्ठक्षेत्रफळ जितके जास्त तितके जास्त अधिशोष्य अधिशोषित केले जाऊ शकते.
• तापमान: तापमान जितके जास्त तितके अधिशोषण कमी होते. याचे कारण अधिशोष्य रेणूंची वाढलेली उष्णता ऊर्जा त्यांना अधिशोषकाच्या पृष्ठभागाशी चिकटून राहण्याची शक्यता कमी करते.
• दाब: दाब जितका जास्त तितके अधिशोषण जास्त होते. याचे कारण वाढलेला दाब अधिशोष्य रेणूंना अधिशोषकाच्या पृष्ठभागाच्या जवळ आणतो, ज्यामुळे ते चिकटून राहण्याची शक्यता वाढते.
• सांद्रता: अधिशोष्याची सांद्रता जितकी जास्त तितके अधिशोषण जास्त होते. याचे कारण अधिशोषकाच्या पृष्ठभागाशी चिकटून राहण्यासाठी अधिक अधिशोष्य रेणू उपलब्ध असतात.

अधिशोषणाचे उपयोग

अधिशोषणाचे विविध उपयोग आहेत, त्यापैकी काही खालीलप्रमाणे:

• वायू पृथक्करण: वायूंना एकमेकांपासून वेगळे करण्यासाठी अधिशोषणाचा उपयोग केला जातो. उदाहरणार्थ, सक्रिय कार्बनचा उपयोग हवेतील कार्बन डायऑक्साइड काढून टाकण्यासाठी केला जातो.
• पाणी शुद्धीकरण: पाण्यातील अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी अधिशोषणाचा उपयोग केला जातो. उदाहरणार्थ, सक्रिय कार्बनचा उपयोग पाण्यातील सेंद्रिय दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी केला जातो.
• उत्प्रेरण: रासायनिक अभिक्रिया वेगवान करण्यासाठी अधिशोषणाचा उपयोग केला जातो. उदाहरणार्थ, कारच्या उत्प्रेरक परिवर्तकामध्ये प्लॅटिनमचा उत्प्रेरक म्हणून उपयोग केला जातो.
• क्रोमॅटोग्राफी: पदार्थांचे मिश्रण वेगळे करण्यासाठी अधिशोषणाचा उपयोग केला जातो. उदाहरणार्थ, डाग वेगळे करण्यासाठी कागद क्रोमॅटोग्राफीचा उपयोग केला जातो.

अधिशोषण आणि शोषण यातील फरक#

अधिशोषण

• अधिशोषण ही अशी प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये एखाद्या पदार्थाचे (अधिशोष्य) रेणू किंवा अणू दुसऱ्या पदार्थाच्या (अधिशोषक) पृष्ठभागाशी चिकटून राहतात.
• अधिशोष्य अधिशोषकाच्या पृष्ठभागावर एक पातळ थर तयार करते.
• ही प्रक्रिया भौतिक बलांद्वारे चालविली जाते जसे की व्हॅन डर वाल्स बल, हायड्रोजन बंध आणि विद्युतस्थितिक बल.
• अधिशोषण ही एक पृष्ठभाग घटना आहे आणि त्यामध्ये अधिशोष्याचे अधिशोषकात प्रवेश करणे समाविष्ट नाही.

शोषण

• शोषण ही अशी प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये एखाद्या पदार्थाचे (शोष्य) रेणू किंवा अणू दुसऱ्या पदार्थाच्या (शोषक) आकारमानात संपूर्णपणे विसर्जित होतात.
• शोष्य शोषकामध्ये प्रवेश करते आणि त्यामध्ये एकसमानपणे वितरित होते.
• ही प्रक्रिया रासायनिक बलांद्वारे चालविली जाते जसे की सहसंयोजक बंध, आयनिक बंध आणि हायड्रोजन बंध.
• शोषण ही एक आकारमान घटना आहे आणि त्यामध्ये शोष्याचे शोषकात प्रवेश करणे समाविष्ट आहे.

तुलना सारणी

वैशिष्ट्य	अधिशोषण	शोषण
प्रक्रिया	अधिशोष्य अधिशोषकाच्या पृष्ठभागाशी चिकटून राहते	शोष्य शोषकामध्ये प्रवेश करते
चालक बल	भौतिक बल	रासायनिक बल
स्थान	पृष्ठभाग घटना	आकारमान घटना
उदाहरणे	सक्रिय कार्बनद्वारे वायूंचे अधिशोषण, सिलिका जेलद्वारे पाण्याचे अधिशोषण	स्पंजद्वारे पाण्याचे शोषण, हिमोग्लोबिनद्वारे ऑक्सिजनचे शोषण

अधिशोषण आणि शोषण ह्या दोन महत्त्वाच्या प्रक्रिया आहेत ज्या विविध नैसर्गिक आणि औद्योगिक उपयोगांमध्ये घडतात. या दोन प्रक्रियांमधील मुख्य फरक म्हणजे अधिशोषकाच्या सापेक्ष अधिशोष्याचे स्थान. अधिशोषणामध्ये, अधिशोष्य अधिशोषकाच्या पृष्ठभागावर एक पातळ थर तयार करते, तर शोषणामध्ये, शोष्य शोषकामध्ये प्रवेश करते आणि त्यामध्ये एकसमानपणे वितरित होते.

विशोषण#

विशोषण ही अशी प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये एखादा पदार्थ पृष्ठभागावरून मुक्त होतो. ही अधिशोषणाच्या विरुद्ध प्रक्रिया आहे, जी अशी प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये एखादा पदार्थ पृष्ठभागाकडे आकर्षित होतो आणि तिथे धरला जातो. विशोषण स्वयंस्फूर्तपणे होऊ शकते किंवा ते विविध घटकांद्वारे प्रेरित केले जाऊ शकते, जसे की उष्णता, प्रकाश किंवा रासायनिक अभिक्रिया.

विशोषणाचे प्रकार#

विशोषणाचे दोन मुख्य प्रकार आहेत:

• भौतिक विशोषण तेव्हा होते जेव्हा तापमान किंवा दाब यासारख्या भौतिक परिस्थितीत बदल झाल्यामुळे एखादा पदार्थ पृष्ठभागावरून मुक्त होतो. उदाहरणार्थ, जेव्हा पाणी पृष्ठभागावरून बाष्पीभवन होते, तेव्हा ते भौतिक विशोषणाच्या अधीन असते.
• रासायनिक विशोषण तेव्हा होते जेव्हा रासायनिक अभिक्रियेमुळे एखादा पदार्थ पृष्ठभागावरून मुक्त होतो. उदाहरणार्थ, जेव्हा लोखंडावर गंज तयार होतो, तेव्हा लोखंड ऑक्साईड रासायनिक अभिक्रियेद्वारे लोखंडाच्या पृष्ठभागावरून मुक्त होते.

विशोषणावर परिणाम करणारे घटक#

विशोषणाचा दर अनेक घटकांवर अवलंबून असतो, त्यापैकी काही खालीलप्रमाणे:

• तापमान: तापमान जितके जास्त तितका विशोषणाचा दर वेगवान. याचे कारण उच्च तापमान रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढवते, ज्यामुळे त्यांना पृष्ठभागावरून सुटण्याची शक्यता वाढते.
• दाब: दाब जितका जास्त तितका विशोषणाचा दर मंद. याचे कारण उच्च दाबामुळे रेणूंना पृष्ठभागावरून सुटणे अधिक कठीण होते.
• पृष्ठक्षेत्रफळ: पृष्ठक्षेत्रफळ जितके मोठे तितका विशोषणाचा दर वेगवान. याचे कारण मोठ्या पृष्ठक्षेत्रफळावरून सुटण्यासाठी अधिक रेणू उपलब्ध असतात.
• रासायनिक संरचना: पृष्ठभागाची आणि विशोषित होणाऱ्या पदार्थाची रासायनिक संरचना देखील विशोषणाच्या दरावर परिणाम करू शकते. उदाहरणार्थ, काही पदार्थ विशिष्ट पृष्ठभागांकडे इतरांपेक्षा अधिक प्रबळपणे आकर्षित होतात.

विशोषणाचे उपयोग#

विशोषणाचे अनेक उपयोग आहेत, त्यापैकी काही खालीलप्रमाणे:

• कोरडे करणे: पदार्थांच्या पृष्ठभागावरून पाणी काढून टाकून त्यांना कोरडे करण्यासाठी विशोषणाचा उपयोग केला जातो. हे पदार्थाला तापवून, त्याला निर्वातात उघडून किंवा शोषक वापरून केले जाऊ शकते.
• दुर्गंधी नाहीशी करणे: दुर्गंधी निर्माण करणाऱ्या रेणूंना काढून टाकून पृष्ठभागावरील दुर्गंधी नाहीशी करण्यासाठी विशोषणाचा उपयोग केला जातो. हे पृष्ठभागाला तापवून, त्याला निर्वातात उघडून किंवा दुर्गंधीनाशक एजंट वापरून केले जाऊ शकते.
• स्वच्छ करणे: पृष्ठभागावरून मळ आणि घाण काढून टाकून त्यांना स्वच्छ करण्यासाठी विशोषणाचा उपयोग केला जातो. हे पृष्ठभागाला तापवून, त्याला निर्वातात उघडून किंवा स्वच्छता एजंट वापरून केले जाऊ शकते.
• पुनर्वापर: पदार्थांच्या पृष्ठभागावरून दूषित पदार्थ काढून टाकून त्यांचे पुनर्वापर करण्यासाठी विशोषणाचा उपयोग केला जातो. हे पदार्थाला तापवून, त्याला निर्वातात उघडून किंवा रासायनिक एजंट वापरून केले जाऊ शकते.

विशोषण ही एक मूलभूत प्रक्रिया आहे जी विविध नैसर्गिक आणि औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये घडते. या प्रक्रियांवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी आणि त्यांची कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी विशोषणावर परिणाम करणारे घटक समजून घेणे महत्त्वाचे आहे.

अधिशोषणाची यंत्रणा#

अधिशोषण ही एक पृष्ठभाग घटना आहे जी तेव्हा घडते जेव्हा वायू किंवा द्रव द्राव्य घन किंवा द्रव अधिशोषकाच्या पृष्ठभागावर जमा होते. अधिशोष्य रेणू विविध बलांद्वारे अधिशोषक पृष्ठभागाशी बांधले जातात, त्यापैकी काही खालीलप्रमाणे:

• भौतिक अधिशोषण (फिजिसॉर्प्शन): या प्रकारचे अधिशोषण अधिशोष्य रेणू आणि अधिशोषक पृष्ठभाग यांच्यातील कमकुवत व्हॅन डर वाल्स बलांमुळे होते. फिजिसॉर्प्शन सहसा उलट करता येण्याजोगी प्रक्रिया असते आणि तापमान वाढल्यास अधिशोषित अधिशोष्याचे प्रमाण वाढते.
• रासायनिक अधिशोषण (केमिसॉर्प्शन): या प्रकारचे अधिशोषण अधिशोष्य रेणू आणि अधिशोषक पृष्ठभाग यांच्यातील मजबूत रासायनिक बंधांमुळे होते. केमिसॉर्प्शन सहसा उलट करता न येण्याजोगी प्रक्रिया असते आणि तापमान वाढल्यास अधिशोषित अधिशोष्याचे प्रमाण कमी होते.

अधिशोषणावर परिणाम करणारे घटक#

घडणाऱ्या अधिशोषणाचे प्रमाण अनेक घटकांवर अवलंबून असते, त्यापैकी काही खालीलप्रमाणे:

• अधिशोषकाचे पृष्ठक्षेत्रफळ: अधिशोषकाचे पृष्ठक्षेत्रफळ जितके जास्त तितके अधिक अधिशोष्य रेणू अधिशोषित केले जाऊ शकतात.
• तापमान: अधिशोषणावरील तापमानाचा परिणाम अधिशोषणाच्या प्रकारावर अवलंबून असतो. फिजिसॉर्प्शन तापमान वाढल्यास वाढते, तर केमिसॉर्प्शन तापमान वाढल्यास कमी होते.
• अधिशोष्याची सांद्रता: अधिशोष्याची सांद्रता जितकी जास्त तितके अधिक अधिशोष्य रेणू अधिशोषित केले जातील.
• अधिशोष्याचा दाब: अधिशोष्याचा दाब जितका जास्त तितके अधिक अधिशोष्य रेणू अधिशोषित केले जातील.

अधिशोषण ही एक पृष्ठभाग घटना आहे जिचे विविध उपयोग आहेत. अधिशोषणाच्या यंत्रणा समजून घेऊन, आपण विशिष्ट उपयोगांसाठी अधिशोषकांची रचना आणि कार्यक्षमता वाढवू शकतो.

अधिशोषणाच्या प्रमाणावर आणि दरांवर परिणाम करणारे घटक#

अधिशोषण ही एक पृष्ठभाग घटना आहे जी तेव्हा घडते जेव्हा वायू किंवा द्रवातील रेणू किंवा आयन घन किंवा द्रव पदार्थाच्या पृष्ठभागावर जमा होतात. अधिशोषणाचे प्रमाण आणि दर हे अनेक घटकांवर अवलंबून असतात, त्यापैकी काही खालीलप्रमाणे:

१. अधिशोषकाचे पृष्ठक्षेत्रफळ#

• अधिशोषकाचे पृष्ठक्षेत्रफळ जितके जास्त तितके अधिक अधिशोषण स्थळे उपलब्ध असतात आणि अधिशोषणाचे प्रमाण जास्त असते.
• उदाहरणार्थ, सक्रिय कार्बनचे पृष्ठक्षेत्रफळ खूप जास्त असते आणि विविध उपयोगांमध्ये ते सामान्यतः अधिशोषक म्हणून वापरले जाते.

२. तापमान#

• सामान्यतः, तापमान वाढल्यास अधिशोषणाचे प्रमाण कमी होते.
• याचे कारण उच्च तापमानामुळे अधिशोष्य रेणूंची गतिज ऊर्जा वाढते, ज्यामुळे त्यांना पृष्ठभागावर अधिशोषित होण्याची शक्यता कमी होते.

३. अधिशोष्याची सांद्रता#

• वायू किंवा द्रव अवस्थेतील अधिशोष्याची सांद्रता जितकी जास्त तितके अधिशोषणाचे प्रमाण जास्त.
• याचे कारण पृष्ठभागावर अधिशोषित होण्यासाठी अधिक अधिशोष्य रेणू उपलब्ध असतात.

४. अधिशोषक आणि अधिशोष्याचे स्वरूप#

• अधिशोषणाचे प्रमाण आणि दर हे अधिशोषक आणि अधिशोष्याच्या रासायनिक स्वरूपावर देखील अवलंबून असतात.
• उदाहरणार्थ, ध्रुवीय अधिशोषक ध्रुवीय अधिशोष्यांना अधिशोषित करतात, तर अध्रुवीय अधिशोषक अध्रुवीय अधिशोष्यांना अधिशोषित करतात.

५. द्रावणाची pH#

• द्रव अवस्थेतून अधिशोषणाच्या बाबतीत, द्रावणाची pH अधिशोषणाच्या प्रमाणावर आणि दरावर परिणाम करू शकते.
• उदाहरणार्थ, सक्रिय कार्बनवर धातू आयनांचे अधिशोषण द्रावणाच्या pH वर अवलंबून असते.

६. इतर पदार्थांची उपस्थिती#

• वायू किंवा द्रव अवस्थेतील इतर पदार्थांची उपस्थिती अधिशोषण स्थळांसाठी अधिशोष्याशी स्पर्धा करू शकते, ज्यामुळे अधिशोषणाचे प्रमाण कमी होते.
• उदाहरणार्थ, पाण्यात सेंद्रिय पदार्थांची उपस्थिती सक्रिय कार्बनवर धातू आयनांचे अधिशोषण कमी करू शकते.

७. वस्तुमान हस्तांतरण मर्यादा#

• वस्तुमान हस्तांतरण मर्यादा देखील अधिशोषणाच्या दरावर परिणाम करू शकतात.
• जर वायू किंवा द्रव अवस्थेतून अधिशोषकाच्या पृष्ठभागावर अधिशोष्याचे वस्तुमान हस्तांतरणाचा दर मंद असेल, तर अधिशोषणाचा दर मर्यादित होईल.

८. अधिशोषकाची छिद्र रचना#

• अधिशोषकाची छिद्र रचना देखील अधिशोषणाच्या प्रमाणावर आणि दरावर परिणाम करू शकते.
• उदाहरणार्थ, उच्च छिद्रितता आणि मोठ्या छिद्र आकाराचे अधिशोषक अधिक अधिशोष्य रेणू समाविष्ट करू शकतात आणि वेगवान वस्तुमान हस्तांतरणास परवानगी देतात, ज्यामुळे उच्च अधिशोषण दर मिळतात.

९. सक्रियता ऊर्जा#

• अधिशोषणासाठीची सक्रियता ऊर्जा म्हणजे अधिशोष्याच्या मुक्त अवस्था आणि त्याच्या अधिशोषित अवस्था यांच्यातील ऊर्जा अडथळा दूर करण्यासाठी आवश्यक असलेली ऊर्जा.
• उच्च सक्रियता ऊर्जा म्हणजे अधिशोषण प्रक्रिया मंद आहे.

१०. अधिशोषकाचा कण आकार#

• लहान कणांमध्ये मोठ्या कणांच्या तुलनेत प्रति एकक वस्तुमान जास्त पृष्ठक्षेत्रफळ असते.
• म्हणून, लहान कण सामान्यतः उच्च अधिशोषण क्षमता आणि वेगवान अधिशोषण दर दर्शवतात.

या घटकांचे आकलन आणि नियंत्रण करून, विशिष्ट उपयोगांसाठी अधिशोषण प्रक्रियेची कार्यक्षमता वाढवणे शक्य आहे.

फिजिसॉर्प्शन आणि केमिसॉर्प्शन यातील फरक#

परिचय फिजिसॉर्प्शन आणि केमिसॉर्प्शन हे दोन प्रकारचे अधिशोषण आहेत जेव्हा वायू किंवा द्रव घन पृष्ठभागाशी संपर्कात येतो. दोन्ही प्रक्रियांमध्ये अधिशोष्य (वायू किंवा द्रव) आणि अधिशोषक (घन पृष्ठभाग) यांच्यात बंध तयार होणे समाविष्ट असते. तथापि, फिजिसॉर्प्शन आणि केमिसॉर्प्शनमध्ये या बंधांचे स्वरूप वेगळे असते.

फिजिसॉर्प्शन फिजिसॉर्प्शन ही अधिशोष्य आणि अधिशोषक यांच्यातील एक कमकुवत, भौतिक परस्परक्रिया आहे. हे व्हॅन डर वाल्स बलांमुळे होते, जी सर्व रेणूंमध्ये असलेली कमकुवत आकर्षक बल आहेत. फिजिसॉर्प्शन ही उलट करता येण्याजोगी प्रक्रिया आहे, म्हणजे तापमान वाढवून किंवा दाब कमी करून अधिशोष्य सहजपणे अधिशोषकापासून विशोषित केले जाऊ शकते.

केमिसॉर्प्शन केमिसॉर्प्शन ही अधिशोष्य आणि अधिशोषक यांच्यातील एक मजबूत, रासायनिक परस्परक्रिया आहे. हे अधिशोष्य आणि अधिशोषक यांच्यात सहसंयोजक बंध किंवा आयनिक बंध तयार झाल्यामुळे होते. केमिसॉर्प्शन ही उलट करता न येण्याजोगी प्रक्रिया आहे, म्हणजे रासायनिक बंध तोडल्याशिवाय अधिशोष्य सहजपणे अधिशोषकापासून विशोषित केले जाऊ शकत नाही.

फिजिसॉर्प्शन आणि केमिसॉर्प्शनची तुलना

गुणधर्म	फिजिसॉर्प्शन	केमिसॉर्प्शन
परस्परक्रियेचे स्वरूप	कमकुवत, भौतिक	मजबूत, रासायनिक
बंधांचे प्रकार	व्हॅन डर वाल्स बल	सहसंयोजक बंध किंवा आयनिक बंध
उलट करण्याची क्षमता	उलट करता येण्याजोगी	उलट करता न येण्याजोगी
अधिशोषणाची उष्णता	कमी	जास्त
सक्रियता ऊर्जा	कमी	जास्त
निवडकता	कमी	जास्त

फिजिसॉर्प्शन आणि केमिसॉर्प्शनचे उपयोग

फिजिसॉर्प्शन आणि केमिसॉर्प्शनचा उपयोग विविध औद्योगिक आणि पर्यावरणीय उपयोगांमध्ये केला जातो. काही उदाहरणे खालीलप्रमाणे:

• फिजिसॉर्प्शन:
  • पाणी आणि हवेतील अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी सक्रिय कार्बनचा उपयोग केला जातो.
  • वायू आणि द्रव कोरडे करण्यासाठी सिलिका जेलचा उपयोग केला जातो.
  • वायू आणि द्रव वेगळे करण्यासाठी झिओलाइट्सचा उपयोग केला जातो.
• केमिसॉर्प्शन:
  • हानिकारक प्रदूषकांना कमी हानिकारक पदार्थांमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी उत्प्रेरक परिवर्तक केमिसॉर्प्शनचा उपयोग करतात.
  • हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनमधून वीज निर्माण करण्यासाठी इंधन सेल केमिसॉर्प्शनचा उपयोग करतात.
  • विशिष्ट वायू किंवा द्रवांची उपस्थिती शोधण्यासाठी संवेदके केमिसॉर्प्शनचा उपयोग करतात.

फिजिसॉर्प्शन आणि केमिसॉर्प्शन ह्या दोन महत्त्वाच्या प्रक्रिया आहेत जेव्हा वायू किंवा द्रव घन पृष्ठभागाशी संपर्कात येतो. या प्रक्रियांचे स्वरूप वेगळे आहे आणि उद्योग आणि पर्यावरणात त्यांचे वेगवेगळे उपयोग आहेत.

अधिशोषण समोष्णता#

अधिशोषण समोष्णता हे अधिशोषकाच्या पृष्ठभागावर अधिशोषित झालेल्या अधिशोष्याचे प्रमाण आणि स्थिर तापमानात सभोवतालच्या वातावरणातील अधिशोष्याची सांद्रता यांच्यातील संबंधाचे ग्राफिक प्रतिनिधित्व आहे. हे अधिशोषण प्रक्रियेबद्दल महत्त्वाची माहिती प्रदान करते आणि अधिशोष्य आणि अधिशोषक यांच्यातील परस्परक्रिया समजून घेण्यास मदत करते.

अधिशोषण समोष्णतांचे प्रकार#

विविध प्रकारच्या अधिशोषण समोष्णता आहेत, प्रत्येक वेगवेगळ्या अधिशोषण वर्तनाचे प्रतिनिधित्व करते. काही सर्वात सामान्य समोष्णता खालीलप्रमाणे आहेत:

लॅंगम्युर समोष्णता: ही समोष्णता एकस्तरीय अधिश