همدمای جذب (ایزوترم جذب) چیست؟
برای پرداختن به بحث همدمای جذب لانگمویر، ابتدا باید به سراغ مفهوم همدما برویم و سپس به بحث اصلی مان برسیم. اصلا همدما چیست؟ چه معنی دارد؟ پس از آن همدمای جذب چیست؟ چه مفهومی دارد؟
همانطور که از نام این پدیده ها نیز پیداست؛ همدما به فرآیند هایی گفته می شود که در دمای ثابت و یکسانی اتفاق می افتند. در علم ترمودینامیک، ما با مباحث مربوط به دما و تبدیلات آن سر و کار داریم. این که بدانیم دمای یک فرآیند چه مقداری دارد بسیار مهم بوده و در بسیاری از موارد تعیین کننده است.
برخی فرآیند ها در دما های مختلف، رفتار های متفاوتی از خود نشان می دهند. مثلا در دما های کم به صورت یک طرفه و در دما های بالا به صورت تعادلی (رفت و برگشتی) اتفاق می افتند و… .بنابراین بسیار مهم است که قبل از دست زدن به معادلات و انجام محاسبات ترمودینامیکی، از دمای سیستم مورد مطالعه مان مطمئن باشیم. بنابراین در بسیاری از مطالعات نظری، برای سادگی محاسبات از شرایط همدما استفاده می کنیم.
در این شرایط، فرض می کنیم که دما در تمام نقاط سیستم یکسان و یک عدد مشخص دارد. در حالی که می دانیم در طبیعت، اغلب چنین شرایطی وجود نداشته و ما عملا با گرادیان دمایی رو به رو هستیم. گرادیان دمایی به زبان ساده یعنی در سیستم ما، یک نقطه گرم و نقاط اطراف آن به تدریج سرد تر و سرد تر می شود تا به نقطه سرد برسیم.
انواع همدمای جذب
در شیمی فیزیک و ترمودینامیک، همدما های جذب مختلفی وجود دارد که هر یک از آن ها بر مبنای خاصی تعریف شده و کاربرد های خاص خودش را دارد. از همدما های جذب معروف می توان به همدما جذب لانگمویر که معروف ترین آن ها است اشاره کرد. این سیستم محاسباتی بیشتری شهرت و کاربرد را دارد و ما در این مقاله به صورت تخصصی به آن می پردازیم.
از همدما های دیگر می توان به همدمای BET، همدمای تمکین، همدمای فرندلیچ و… اشاره کرد. هر یک از این مدل ها را می توان در شرایط خاصی استفاده کرد.
همدمای جذب لانگمویر چیست؟
همدمای جذب لانگمویر یک مدل محاسباتی ساده برای پیش بینی مقدار ماده جذب شده بر روی سطح یک جاذب است. در این نوع مدل محاسباتی، دو پارامتر موثر وجود دارد؛ یکی مقدار فشار بخار ماده جذب شونده و دیگری دمای سطح جاذب. هر چه مقدار فشار بخار ماده جذب شونده بیشتر و دمای سطحی جاذب کمتر باشد؛ مقدار جذب و سرعت آن بیشتر بوده و برعکس.
در این مدل، با افزایش فشار بخار ماده جذب شونده، ابتدا مقدار جذب به صورت خطی و یا یک نرخ ثابت افزایش یافته و سپس با رسیدن به حد اشباع، به صورت یک خط افقی در می آید. این یعنی ماده جذب شونده و ماده جذب شده روی جاذب به تعادل رسیده و از این به بعد، افزایش فشار بخار ماده جذب شونده، هیچ تاثیری روی مقدار ماده جذب شده نخواهد داشت.
برای درک بهتر به تصویر زیر توجه کنید. در این نمودار، محور عمودی میزان پوشش سطحی را نشان می دهد. عدد 1 یعنی پوشیده شدن کامل جاذب توسط مولکول های جذب شونده و عدد 0 یعنی سطح جاذب فاقد هرگونه مولکول جذب شونده است. محور افقی نیز نشان دهنده مقدار فشار بخار ماده جذب شونده است.
شرایط نظری همدمای جذب لانگمویر
در مدل همدمای جذب لانگمویر، یک سری شرایط به صورت پیش فرض وجود دارد که این شرایط به صورت زیر است:
- فرض می شود که سطح جاذب کاملا صاف و یکدست بوده و فاقد هرگونه برآمدگی و فرورفتگی است. بر اساس این فرض، همه نقاط سطح جاذب به لحاظ پتانسیل شیمیایی یکسان بوده و برای مولکول های جذب شونده، هیچ تفاوتی بین نقاط مختلف وجود ندارد.
- مولکول ماده جذب شونده، صرفا در یک نقطه جذب شده و پس از آن بر روی سطح حرکت نمی کند.
- انرژی جذب برای تمام نقاط جاذب یکسان بوده و در همه آن ثابت است.
- در هر نقطه از جاذب فقط یک اتم یا مولکول جذب شده و پس از آن مولکول یا اتم دیگری جذب نمی شود. به عبارت دیگر، جذب شونده می تواند فقط یک لایه بر روی جاذب ایجاد کند.
- مولکول های جذب شده بر روی سطح، با یکدیگر تعامل نکرده و نه یکدیگر را جذب می کنند و نه دفع می کنند.
همانطور که از شرایط این مدل نیز مشخص است؛ این مدل صرفا یک مدل نظری و بسیار ایده آل از واقعیت است. ما می دانیم که عملا در بسیاری از موارد، فراهم شدن همه این شرایط غیر ممکن بوده و اساسا نمی توان چنین چیز هایی را در واقعیت داشت. بنابراین محدودیت ها را پذیرفته و از آن صرفا برای موارد محاسباتی نظری استفاده می کنیم.
برای محاسبه در شرایط واقعی، همدمای جذب لانگمویر مدل مناسبی نبوده و باید از همدما های دیگری که پارامتر های مختلف را بررسی می کنند استفاده کنیم. در همدمای جذب لانگمویر، فقط دما و فشار بخار ماده جذب شونده بررسی می شود؛ در حالی که پارامتر های بسیار دیگر وجود دارد که باید در نظر گرفته شود.
