Adsorbimento fisico e chimico – concetti e differenze
L’adsorbimento è il processo attraverso il quale una sostanza solida, conosciuta come adsorbente, trattiene le molecole provenienti da una fase gassosa o liquida con cui entra in contatto. Tale fenomeno comporta diverse tipologie di interazioni, che vanno dalle interazioni deboli di van der Waals fino alla formazione di legami chimici tra l’adsorbato e l’adsorbente.
Esistono due tipi principali di adsorbimento: l’adsorbimento fisico, caratterizzato da energie di interazione dell’ordine di poche kcal/mol, e l’adsorbimento chimico, in cui le energie di interazione superano le 100 kcal/mol, avvicinandosi a quelle coinvolte nelle reazioni chimiche.
Le molecole adsorbite interagiscono diversamente a seconda della natura dell’adsorbente. Nel caso delle interazioni non direzionali, dette di dispersione, le molecole non vengono selezionate in base alla loro natura chimica, ma piuttosto in base alle loro dimensioni e polarizzabilità. In queste circostanze, si parla di adsorbimento non specifico. Tuttavia, se l’adsorbente è in grado di formare legami direzionali, come nel caso del legame a idrogeno, si tratta di adsorbimento specifico.
L’isoterma di adsorbimento, che rappresenta la quantità di sostanza adsorbita in funzione della pressione a temperatura costante, varia a seconda della natura dell’adsorbente, presentando andamenti complessi. In generale, la superficie dell’adsorbente non rimane invariata dopo l’adsorbimento di molecole, influenzando le interazioni con le molecole successive.
La complessità delle isoterme di adsorbimento non può essere rappresentata da un’equazione generale, ma esistono diverse equazioni, come l’equazione di Freundlich, l’equazione di Langmuir e l’equazione di Brunauer, Emmett e Teller (BET), in grado di descrivere queste relazioni. Tali equazioni tengono conto di variabili come la pressione parziale del componente in esame e il volume della sostanza adsorbita.
In generale, l’entità dell’adsorbimento diminuisce all’aumentare della temperatura, in accordo con il Principio di Le Chatelier, a meno che non si verifichino reazioni chimiche con la superficie dell’adsorbente.