Adsorption

Adsorption ist die Anlagerung von Teilchen einer benachbarten flüssigen oder gasförmigen Phase an der Oberfläche eines Festkörpers. Die Oberfläche wird häufig als Grenzfläche bezeichnet. Der Stoff an dessen Grenzfläche diese Teilchen angelagert werden wird Adsorbens genannt. Die Teilchen in der flüssigen oder gasförmigen Phase werden Adsorptiv genannt. Adsorbat sind die Teilchen die bereits an der Oberfläche des Adsorbens angelagert sind. Im Gegensatz zur Adsorption werden bei der Absorption Stoffe in das Innere eines Festkörpers aufgenommen.

Wirken bei einer Adsorption lediglich physikalische Kräfte spricht man von Physissorption. Diese physikalischen Kräfte (Van-der-Waals-Kräfte) sind relativ schwach. Chemische Bindungen innerhalb eines absorbierten Teilchens bleiben daher erhalten. Die Höhe der Adsorptionsenthalpie ist vergleichbar mit der Kondensationsenthalpie des Adsorbtivs. Da Van-der Waals-Kräfte über gewisse Distanzen hinweg wirken können Adsorptivteilchen im Gegensatz zur Chemisorption mehrlagig an das Adsorbens angelagert werden. Bei der Chemisorption wirken etwa zehnfach stärkere chemische Bindungskräfte. Moleküle können daher während des Adsorbierens zerfallen. Wasserstoff wird beispielsweise als Atom an das Adsorbens angelagert. Physissorption und Chemisorption treten oft gleichzeitig auf. Dabei wirken bei größeren Abständen physikalische Kräfte. Ist der Abstand ausreichend klein kommt es dann zu Chemisorption.

Anwendungen die physikalische Adsorption nutzen sind z. B. Atemschutzfilter, Trocknung feuchter Luft, Abgasreinigung, Wasseraufbereitung, Trennung von Gasgemischen, Analyse von Gasgemischen uvm. Eingesetzte Materialien sind z. B. Aktivkohle, Silikagel und Zeolithe. Die Materialien werden als Schüttung oder in strukturierter Form eingesetzt. Die Materialien besitzen im Allgemeinen eine sehr poröse Struktur um die wirksame Oberfläche zu maximieren. Chemisorption wird in verschiedenen chemischen Prozessen eingesetzt. Beispiele für chemische Prozesse in denen Chemisorption eingesetzt wird sind das Haber-Bosch-Verfahren und die Fischer-Tropsch-Synthese.

Die Umkehrung der Adsorption ist die Desorption. Bei Adsorption wird Wärme frei. Bei Desorption muss dem Prozess Wärmeenergie zugeführt werden. Auf Grund der geringen Bindungskräfte ist die notwendige Wärmezufuhr für die Desorption bei physikalisch adsorbierten Teilchen deutlich geringer. Bei chemischer Adsorption ist die notwendige Wärmezufuhr deutlich höher da hier chemische Bindungen gelöst werden müssen. Die Eigenschaft, dass bei Adsorption Wärme zugeführt werden muss bzw. bei Desorption Wärme frei wird macht man sich bei Adsorptionskältemaschinen und thermochemischen Wärmespeichern zu nutze. Während der Adsorptionsphase kühlt sich die Anlage ab und stellt somit Kühlenergie zur Verfügung. Während des Desorptionsvorgangs muss Wärme zugeführt werden um das Adsorbens (Sorptionsmittel) zu regenerieren.

Englische Übersetzung(en):

adsorption