جذب سطحی چیست؟ این یکی از سوالاتی است که همیشه مورد توجه شیمی دان ها و فیزیک دان هایی بوده که بر روی حالت جامد کار کرده اند. جذب سطحی چیست؟ انواع جذب سطحی کدامند؟ این پدیده چگونه اتفاق می افتد و… در ادامه به همه این موضوعات می پردازیم.
جذب سطحی در نگاهی کاملا پایه ای
این که دو ماده در مجاورت هم قرار بگیرند به معنی این نیست که به هم جذب شده اند و یا با هم برهمکنش خاصی برقرار کرده اند. در بسیاری از این موارد، هیچ گونه برهمکنشی شکل نگرفته و صرفا دو ذره به علت های دیگری در مجاورت هم واقع شده اند. به عنوان مثال، گرد و خاکی که روی میز می نشیند؛ عملا به آن جذب نشده و صرفا یک مجاورت ساده است.
اما چه چیزی می تواند مرز بین جذب سطحی و مجاورت باشد؟ این سوالی است که باید آن را در سطوح اتمی و مولکولی جستجو کنیم. در یک کلام و به طور کاملا خلاصه و کلی، هنگامی از جذب سطحی صحبت می کنیم که یک نوع برهمکنش یا واکنش بین دو ماده جاذب و جذب شونده رخ داده باشد. اما همه این جمله یعنی چه؟
در پدیده جذب، ما دو ماده داریم که یکی جاذب و دیگری جذب شونده است. جاذب یک سطح است که جذب شونده می تواند روی آن قرار گرفته و با آن وارد تعامل از نوع برهمکنش یا واکنش شود. جذب شونده هم که مشخصا ماده ای است که روی جاذب می نشیند و با آن وارد برهمکنش یا واکنش می شود.
برهمکنش و واکنش چه هستند؟ واکنش که برای همه شما شناخته شده است و به معنی برقراری پیوند شیمیایی است اما برهمکنش با واکنش 2 فرق اساسی و مهم دارد. اول این که برهمکنش از نوع نیرو های واندروالسی است و واکنش از نوع پیوند های شیمیایی که طبیعتا بسیار بسیار قوی تر از برهمکنش هاست. دوم این که برهمکنش می تواند جاذبه یا دافعه ایجاد کند اما واکنش همواره از نوع جاذبه است.
به عنوان مثال، اگر دو بار الکتریکی منفی و مثبت در کنار هم قرار بگیرند، وارد برهمکنشی از نوع جاذبه می شوند. در حالی که اگر دو بار منفی یا دو بار مثبت در کنار هم قرار بگیرند برهمکنش شان از نوع دافعه ای است. اما در مورد واکنش؛ فرض کنید که دو کربن با هم واکنش دهند؛ این تعامل بین دو کربن، همواره به صورت جاذبه بوده و هرگز از نوع دافعه ای نخواهد بود.
بنابراین در یک جمله، جذب سطحی می تواند برهمکنشی و یا واکنشی باشد. جذب سطحی یعنی تعامل بین دو ماده جاذب و جذب شونده و این کاملا با مجاورت متفاوت است.
انواع جذب سطحی به لحاظ قدرت
می توان جذب های سطحی را به لحاظ قدرت به دو دسته جذب شیمیایی و جذب فیزیکی تقسیم بندی کرد که هر یک از این ها خود به دسته های دیگری قابل دسته بندی است.
جذب سطحی شیمیایی
یکی از دو دسته اصلی جذب های سطحی جذب شیمیایی است. در این نوع جذب، جاذب و جذب شونده از طریق پیوند های شیمیایی در کنار هم قرار می گیرند و این قوی ترین نوع جذب است. این جذب می تواند از طریق پیوندی یگانه، دوگانه و یا حتی سه گانه اتفاق بیفتد. اما توجه داشته باشید که جذب از طریق پیوند هیدروژنی در این دسته قرار نمی گیرد.
در جذب سطحی شیمیایی، به دو نکته توجه کنید. اول این که قرار نیست ماده جذب شده در همان نقطه که جذب شده است باقی بماند؛ بلکه این ماده جذب شده به آسانی می تواند روی نقاط هم ارز (هم پتانسیل) جاذب جا به جا شده و اصطلاحا حرکت کند.
دوم این که جذب سطحی شیمیایی آن قدر قوی نیست که قابل از بین رفتن نباشد. یعنی این که جذب شونده پس از جذب شدن بر روی سطح، می تواند مجدد از آن جدا شده و به محیط برگردد و این ک جاذ و جذب شونده به هم متصل شده اند؛ هیچ ضمانتی برای این که همیشه در کنار هم بمانند را ایجاد نمی کند.
به عنوان مثال، کربن مونوکسید می تواند به روش جذب سطحی شیمیایی روی نیکل جذب شود. در چرخه های کاتالیست، این نوع جذب ها بسیار کاربردی بوده و همواره مورد توجه است. جالب است بدانید که خود جذب سطحی شیمیایی انواع مختلفی دارد. مثلا جذب سطحی شیمیایی می تواند فعال یا غیر فعال باشد. همچنین می تواند تفکیکی یا غیر تفکیکی باشد و…
جذب سطحی فیزیکی
این نوع جذب سطحی، مبتنی بر ایجاد و برقراری برهمکنش هاست. این برهمکنش ها می تواند از نوع بسیار ضعیف ناقطبی – ناقطبی تا نوع بسیار قوی یون – یون متفاوت بوده و این کاملا به ماهیت جاذب و جذب شونده وابسته است. جذب سطحی فیزیکی نسبت به جذب سطحی شیمیایی به مراتب ضعیف تر بوده و همانطور که از بین رفتن آن ساده است؛ شکل گیری آن نیز بسیار ساده و سریع می باشد.
جذب سطحی فیزیکی، در اثر جاذبه هایی که بین الکترون های یک اتم و پروتون اتم دیگر و یا جاذبه هایی که بین یک مولکول با بار منفی یا مثبت با مولکولی با بار مخالف است شکل می گیرد. جذب سطحی از طریق پیوند های هیدروژنی نیز در همین دسته قرار می گیرد؛ چون اساسا پیوند هیدروژنی چیزی جز یک برهمکنش بسیار قوی نیست.
به عنوان مثال، جذب مولکول های آب بر روی شیشه از همین نوع است. گروه های عاملی هیدروکسیلی یا اکسیدی بر سطح شیشه می تواند با هیدروژن موجود در مولکول آب وارد برهمکنش شده و یک پیوند هیدروژنی ایجاد کند که مولکول آب را روی سطح شیشه نگه دارد.
در شیشه های ضد آب، با تغییر این گروه های عاملی موجود بر سطح شیشه، مانع برقراری پیوند های هیدروژنی می شوند و از این طریق، شیشه ضد آب شده و قطره های آب می توانند به راحتی روی آن لیز بخورند.
این تنها معرفی انواع جذب های سطحی بوده و در مقالات بعدی به بررسی تک تک این موارد خواهیم پرداخت.
