Solidoaren gainazalean metatzen den substantziari, gas zein likidoari, adsorbato deritzo, eta solidoari, adsorbatzaile. Adsorbatzaileak naturalak edo sintetikoak izan daitezke, eta azken talde horretakoek egitura amorfoa edo mikrokristalinoa izan dezakete. Material horien propietate garrantzitsuenetarikoa gainazal espezifiko altua izatea da (solidoaren masa-unitateko gainazal erabilgarria). Zenbait kasutan, gainazal espezifikoa 2.000 m2 g-1-rainokoa izan daiteke. Adsorbatzailerik ezagunenak ikatz aktibatua, silize gela, alumina aktibatua eta karbonatoak dira, besteak beste.

Adsorbatoaren eta adsorbatzailearen artean nolabaiteko erakarpen-indarrak eratzen direlako gertatzen da gainazaleko metatze-prozesua edo adsortzioa. Erakarpen-indar horiek solidoaren egitura fisikoaren araberakoak dira, baita solidoaren eta adsorbatoaren izaera kimikoaren araberakoak ere. Adsorbatzaileen edo solidoen gainazala bai fisikoki eta bai kimikoki heterogeneoa izaten da, eta, beraz, erakarpen-indarrak eta energiak aldakorrak dira gainazaleko leku edo gune batetik bestera.

Solidoaren gainazalean adsorbato-molekulazko geruza bat eratzen denean, indarrak ahuldu egiten dira adsorbaturiko molekulen artean elkarrekintzak agertzen direlako eta gainazala bera heterogeneoa delako. Beste alde batetik, zenbat eta geruza gehiago ezarri, erakarpen-indarrak gero eta ahulagoak dira, adsorbatoaren eta solidoaren arteko distantzia gero eta handiagoa baita.

Adsortzio-motak

Adsortzio-mota bi daude loturen indarren arabera.

Alde batetik, adsorbatzailearen eta adsorbatoaren arteko erakarpen-indarrak indar elektrostatikoak edo Van der Waalsen indarrak direnean, adsortzio fisikoa (edo physisorption, ingelesez) dugu eta ez da hautakorra. Beste alde batetik, adsorbatzailearen eta adsorbatoaren artean lotura kimikoa eratzen denean, adsortzio kimikoa (edo chemisorption, ingelesez) gertatzen da eta oso hautakorra da. Adsortzio-mota bien arteko desberdintasunik garrantzitsuenak taula honetan erakusten dira:

Adsortzio fisikoaren eta kimikoaren arteko konparaketa

Adsortzio-oreka

Adsortzio-prozesua orekara heltzen denean, adsorbatzailearen gainazalean zenbat adsorbato metatu den neur daiteke. Tenperatura konstante denean, orekan metatutako adsorbatoaren kantitatea, presio partzialaren (gasa bada) edo kontzentrazioaren (adsorbatoa likidoan badago) araberakoa da. Solidoaren masa-unitateko orekan metatu diren kantitateak, presio partzialarekiko edo kontzentrazioarekiko irudikatuz, tenperatura horri dagokion adsortzio-isoterma lortzen da.

Isotermak duen formaren arabera, solidoak adsortzio-bultzatzaileak (kurba ahurra) edo ez-bultzatzaileak (kurba ganbila) izan daitezke. Gas-solido sistemetan hain zuzen ere, bost isoterma-mota bereiz daitezke (I-V motak).

Gas-solido sistemetan aurkitu daitezkeen isoterma-motak

Adsortzio-isotermak ekuazioen bitartez kuantifika daitezke, eta ekuaziorik erabilienak hiru dira: Langmuirrek, Freundlichek eta Brunauer-Emmet-Tellerrek proposaturikoak dira.

Langmuirrek 1916an ekuazio bat proposatu zuen hiru hipotesi hauetan oinarrituta:

• Solidoaren gainazalean geruza bakarra ezartzen da.

• Gainazaleko gune guztiak berdinak dira.

• Ezarritako molekulek ez dute eraginik ondoan beste molekula berri bat ezartzeko.

Beraz, Langmuirren ekuazioa, hauxe da:

q, solidoaren gainean metatu den adsorbatoaren kantitatea (edo bolumena 0 °C eta 760 mmHg-tan neurtua) solidoaren masa-unitateko; Vm, molekularen lodierako geruza solidoaren gainazala estaltzeko behar den adsorbatoaren kantitatea (edo bolumena 0 °C eta 760 mmHg-tan neurtua) solidoaren masa-unitateko; b, konstante enpirikoa; eta P, adsorbatoaren presio partziala.

Adsortzioa kuantifikatzeko beste ekuazio bat Freundlichek proposatu zuen era enpirikoan:

Kf eta n Freundlichen konstanteak dira. Adsorbatoaren presio partzialak txikiak direnean, oso erabilia da ekuazio hau.

Azkenik, solidoaren gainazalean adsorbatoaren geruza bakar bat ezarri beharrean, geruza gehiago ezar daitezkeela kontuan izateko, Brunauer, Emmett eta Tellerrek beste ekuazio konplexuago bat proposatu zuten.

Aplikazioak

Ur kutsatuetako konposatu fenolikoak ikatz aktibatuaz adsorbatzea (likido-solido sistema); gas naturaletik H2S gasa kentzea (desulfurazioa) eta aireari usain desatsegina ematen dioten konposatuak adsorbatzea (gas-solido sistemak).