FISISORBIMENTO

L’assorbimento di un gas su una superficie solida è conseguenza delle forze di campo che agiscono alla superficie del solido (assorbente), che attraggono le molecole del gas (assorbato). L’origine del processo di fisisorzione delle molecole gassose alla superficie di un solido sono le fluttuazioni di risonanza della distribuzione di carica, comunemente indicate come forze dispersive o interazioni di Van der Walls. Il meccanismo di reazione consiste nell’interazione di una molecola di gas con alcuni atomi superficiali del solido. Questa interazione è composta da due termini: uno attrattivo, che diminuisce con la distanza tra la molecola e la superficie, ed uno repulsivo che diminuisce con la distanza di una potenza doppia. Il minimo di energia potenziale della molecola è raggiunto ad una distanza pari a un raggio molecolare dell’assorbato. Dato che queste forze sono deboli, una fisisorzione significativa può essere osservata solo a temperature molto basse (273 °K). Inoltre, in seguito alla formazione del primo strato di molecole di assorbato, l’energia di legame del secondo strato di molecole di assorbato appare simile al calore latente di sublimazione o di vaporizzazione dell’assorbato e , conseguentemente, l’assorbimento dell’assorbato a temperatura uguale o più alta del punto di ebollizione (a una data pressione), comporta l’assorbimeno di un singolo strato. Per la determinazione della quantità di assorbato presente in uno strato devono essere presi in considerazione la densità dell’assorbato liquido ed il suo volume molecolare. Se si assume che il liquido acquisti una struttura FCC, l’area di superficie minima di una mole di assorbato in un solo strato, può essere stimato dalla densità del liquido pliq e dalla massa molecolare dell’assorbato Mads:
Sml=[3/2*(2NA*Mads/pliq)]

NA = costante di Avogadro.

L’area superficiale di un singolo strato di idrogeno è Sml (H2)= 85,917 m2mol-1. La quantità di assorbato Mads su un substrato è data da:

Mads=Mads*Sspec/Sml

Da questa approssimazione teorica possiamo concludere che la quantità di idrogeno assorbita è proporzionale all’area superficiale specifica dell’assorbente. Nel caso del carbonio quale substrato e dell’idrogeno come assorbato, il valore massimo dell’area superficiale specifica del carbonio è
Sspec= 1,315 m2g-1 (per uno strato singolo di grafite) e la quantità massima di idrogeno assorbita è pari al 3.0 mass%; inoltre, Mads/Sspec= 2,27*10-3 mass% m-2 g e quindi una fisisorzione significativa può essere osservata solo a temperature veramente basse.



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