Adsorption an Oberflächen

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Adsorption an Oberflächen. Das ist ein weiteres Video zum Thema "Heterogene Gleichgewichte". Um ausreichend Vorkenntnisse zu besitzen, ist es ratsam, sich bereits die Videos "Gesättigte Lösungen und Löslichkeit", "Nernst-Verteilungsgesetz" und "Henry-Dalton-Gesetz" anzuschauen. Mein Ziel ist es, euch in diesem Video ein grundlegendes Verständnis der Adsorption zu vermitteln. Der Film ist in vier Abschnitte gegliedert: 1. Adsorption 2. Adsorbentien 3. Bedingungen für die Adsorption 4. Anwendung   1. Adsorption Adsorption findet immer an einem Feststoff statt. Als Partner des Feststoffes benötigt man Teilchen. Entweder Gasteilchen oder Flüssigkeitsteilchen oder Teilchen in Lösung. Frei bewegliche Teilchen haben die Eigenschaft, sich auf der Feststoffoberfläche anzulagern. Dieses Anhaften von Teilchen auf einer Feststoffoberfläche bezeichnet man als Adsorption. Die Teilchen bilden meist auf der Feststoffoberfläche nur eine einzelne Schicht, einen sogenannten Monolayer, aus. Die Teilchen auf der Feststoffoberfläche stehen dabei mit den Teilchen aus dem Gas beziehungsweise aus der Flüssigkeit im Gleichgewicht. a) ist das Adsorbens, das heißt der Feststoff, der die Teilchen adsorbiert. b) ist das Adsorbat, das heißt die Teilchen der Gasphase. c) ist die Gasphase. Der Prozess der Adsorption wird durch sogenannte Adsorptionsisothermen, das heißt Prozesse bei gleich bleibender Temperatur, beschrieben. N ist hier die Teilchenzahl oder ein Maß für diese.  Nm ist die Teilchenzahl, die bei Sättigung erreicht wird. Die Temperatur T1 ist kleiner als die Temperatur T2. Das kann man daran erkennen, dass bei T1 die Sättigung schneller erfolgt. Der Bereich 3 beschreibt die Kondensation. Hier ist das Adsorbens nicht mehr in der Lage, weitere Teilchen aufzunehmen. Die Adsorption wird beschrieben bei steigendem Druck beziehungsweise bei steigender Konzentration.   2. Adsorbentien Aus der Vielzahl von Adsorbentien möchte ich einige bekannte aufzählen. Aktivkohle, Aluminiumoxid, Heilerde, Molsiebe und Zeolithe. Obwohl diese Stoffe verschieden sind, ergibt sich die Frage: "Welche gemeinsame Eigenschaft besitzen sie, die sie zu Adsorbentien macht?" Diese Frage werden wir unter anderem beantworten, wenn wir 3. die Bedingungen für die Adsorption besprechen. Stellvertretend für die Adsorbentien möchte ich hier das Bild von Heilerde einblenden. 1. Das ist die Beantwortung unserer aus 2 gestellten Frage: Das Absorbens muss eine große Oberfläche aufweisen, damit es das Adsorbat aufnehmen kann. 2. Und das ist, glaube ich, selbstverständlich: Das Adsorbat muss in ausreichend hoher Konzentration vorliegen, damit es überhaupt vorrätig für die Adsorption ist. Statt Konzentration kann man bei Gasen auch den Druck verwenden. 3. Es müssen mäßige Temperaturen vorhanden sein, damit die adsorbierten Moleküle sich nicht wieder ablösen. Man arbeitet bei Adsorptionsprozessen unter isothermen Bedingungen. Betrachtet man den Prozess der Adsorption vom Standpunkt der Thermodynamik, so kann man sagen, dass eine ausreichen hohe Adsorptionsenergie vorhanden sein muss, damit der Prozess überhaupt abläuft. Eindrucksvolle Beispiele für diese Aussage liefern die Metalle Chrom und Eisen und einige Gase. Bei den Gasen handelt es sich um Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und Ethen (auch Ethylen genannt). Die molaren Enthalpien gebe ich in Kilojoule pro Mol an (kJ/mol). Vom Betrag her sind diese Werte negativ. Kohlenstoffmonoxid auf Chrom ergibt einen Wert von -192. Wasserstoff auf Chrom liefert eine molare Enthalpie von -188. Der Wert auf Eisen ist etwas niedriger mit -134. Einen gewaltigen Wert erhält man für die Wechselwirkung von Ethylen auf Chrom, mit -427. Der entsprechende Wert für Eisen ist deutlich niedriger, -248.   4. Anwendung Die beiden wesentlichen Anwendungen der Adsorption an Oberflächen sind die Stoffreinigung und Stofftrennung. Sie werden für unterschiedlichste Arten von Filtern verwendet. Als zwei Beispiele möchte ich den Gasmaskenfilter und den Zigarettenfilter nennen. In der Medizin verwendet man Adsorptien, um unliebsame Substanzen bei Entzündungen des Magen-Darm-Traktes bzw. bei Blähungen zu beseitigen. Als letztes Beispiel unter der Vielzahl von Anwendungen möchte ich die Feintrennung der Stoffe bei der Luftzerlegung nennen. Die Anlagen, in denen man die Adsorption nachschaltet, bezeichnet man als Luftzerlegungsanlagen.

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.