Chemisorption ist eine Unterklasse der Adsorption, die durch eine chemische Reaktion gesteuert ist, die an der ausgestellten Oberfläche vorkommt. Eine neue chemische Art wird an der Adsorbant-Oberfläche (z.B Korrosion, metallische Oxydation) erzeugt. Die starke Wechselwirkung zwischen dem Adsorbat und der Substrat-Oberfläche schafft neue Typen von elektronischen Obligationen - ionisch oder covalent, je nachdem die reaktiven chemischen Arten eingeschlossen haben.

Zeichen: Mit physisorption nicht verwirrt zu sein, der die chemischen Arten des Adsorbats und der Oberfläche intakt verlässt. Es wird herkömmlich akzeptiert, dass die energische Schwelle, die die Bindungsenergie von "physisorption" von dieser "der Chemisorption" trennt, ungefähr 0.5 eV pro adsorbierte Arten ist.

Wegen der Genauigkeit kann sich die Natur der Chemisorption vom System bis System, abhängig von der chemischen Identität und der Oberflächenstruktur außerordentlich unterscheiden.

Gebrauch

Der Hauptweg, auf den die meisten Chemiker die Wirkung der Chemisorption verwerten, ist in katalysierten Reaktionen. Der Prozess der Chemisorption ist zur Rolle der heterogenen Katalyse wirklich zentral, wo der Katalysator in einer festen Phase — besonders Übergang-Metallkatalysatoren ist. In vielen Fällen werden die chemischen Reagenzien beide zur katalytischen Oberfläche binden. Die chemischen Obligationen formen sich dann und ziehen Elektronen von den Chemisorptionsobligationen weg. Das Molekül dann desorbs und ist frei, die Oberfläche zu verlassen.

Beispiele

Selbstgesammelte Monoschichten (SAMs) werden häufig durch chemisorbing thiols (RS-H) auf Goldoberflächen gebildet, die Au-SR Obligationen bilden.

O auf Kohlenstoff bei hohen Temperaturen.

Forschung ist auf der Adsorption von Wasserstoff auf Kohlenstoff nanotubes mit dem Ziel andauernd, eine Kraftstoffzelle zu erzeugen, die schließlich unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ersetzen kann.

Gasoberflächenchemisorption

Adsorptionskinetik

Als ein Beispiel der Adsorption folgt Chemisorption dem Adsorptionsprozess. Die erste Stufe ist für die Adsorbat-Partikel, um in Kontakt mit der Oberfläche einzutreten. Die Partikel muss auf die Oberfläche gefangen werden, indem sie genug Energie nicht besessen wird, das Gasoberflächenpotenzial gut zu verlassen. Wenn es elastisch mit der Oberfläche kollidiert, dann würde es zum Hauptteil-Benzin zurückkehren. Wenn es genug Schwung durch einen unelastischen Stoß verliert, dann "steckt" es auf die Oberfläche, einen Vorgänger-Staat bildend, der zur Oberfläche durch schwache Kräfte verpfändet ist, die physisorption ähnlich sind. Die Partikel verbreitet sich auf der Oberfläche, bis es ein tiefes Chemisorptionspotenzial gut findet. Dann reagiert es mit der Oberfläche oder einfach desorbs nach genug Energie und Zeit.

Die Reaktion mit der Oberfläche ist von den chemischen beteiligten Arten abhängig. Sich wendender Gibbs freie Energiegleichung für Reaktionen:

Allgemeine Thermodynamik stellt fest, dass für spontane Reaktionen die Änderung in der freien Energie negativ sein sollte. Da eine freie Partikel zu einer Oberfläche zurückgehalten wird, und wenn das Oberflächenatom nicht hoch beweglich ist, wird Wärmegewicht gesenkt. Das bedeutet, dass der Enthalpy-Begriff negativ sein muss, eine exothermic Reaktion einbeziehend.

Abbildung 1 ist ein Graph von physisorption und Chemisorptionsenergiekurven des Wolframs und Sauerstoffes. Physisorption wird als ein Potenzial von Lennard-Jones gegeben, und Chemisorption wird als ein Morsezeichen-Potenzial gegeben. Dort besteht ein Punkt der Überkreuzung zwischen dem physisorption und der Chemisorption, einen Punkt der Übertragung bedeutend. Es kann oben oder unter der Nullenergie-Linie (mit einem Unterschied im Morsezeichen-Potenzial, a) vorkommen, eine Aktivierungsenergievoraussetzung vertretend, oder dessen fehlen. Das einfachste Benzin auf sauberen Metalloberflächen hat an der Aktivierungsenergievoraussetzung Mangel.

Das Modellieren

Für experimentelle Einstellungen der Chemisorption wird der Betrag der Adsorption eines besonderen Systems durch einen steckenden Wahrscheinlichkeitswert gemessen.

Jedoch ist Chemisorption sehr schwierig zu theoretisieren. Eine mehrdimensionale potenzielle Energieoberfläche (PES) ist auf wirksame mittlere Theorie zurückzuführen gewesen wird verwendet, um die Wirkung der Oberfläche auf der Absorption zu beschreiben, aber nur bestimmte Teile davon werden abhängig davon verwendet, was studiert werden soll. Ein einfaches Beispiel eines PES, der die Summe der Energie als eine Funktion der Position nimmt:

wo die Energie eigenvalue von der Gleichung von Schrödinger für die elektronischen Grade der Freiheit ist und die Ion-Wechselwirkungen ist. Dieser Ausdruck ist ohne Übersetzungsenergie, Rotationsenergie, Schwingerregung und andere solche Rücksichten.

Dort bestehen Sie mehrere Modelle, um Oberflächenreaktionen zu beschreiben: Der Langmuir-Hinschelwood Mechanismus, in dem sowohl reagierende Arten adsorbiert werden, als auch der Eley-Rideal Mechanismus, in dem adsorbiert wird und der andere, reagiert damit.

Echte Systeme haben viele Unregelmäßigkeiten, theoretische Berechnungen schwieriger machend:

• Feste Oberflächen sind nicht notwendigerweise am Gleichgewicht.
• Sie können gestört und, Defekte und solcher unregelmäßig werden.
• Vertrieb von Adsorptionsenergien und sonderbaren Adsorptionsseiten.
• Obligationen haben sich zwischen den Adsorbaten geformt.

Im Vergleich zu physisorption, wo Adsorbate einfach auf der Oberfläche sitzen, können die Adsorbate die Oberfläche zusammen mit seiner Struktur ändern. Die Struktur kann Entspannung durchgehen, wo die ersten paar Schichten zwischenplanare Entfernungen ändern, ohne die Oberflächenstruktur oder Rekonstruktion zu ändern, wo die Oberflächenstruktur geändert wird.

Zum Beispiel kann Sauerstoff sehr starke Obligationen (~4 eV) mit Metallen, wie Cu (110) bilden. Das kommt mit dem Brechen einzeln Oberflächenobligationen in sich formenden Oberflächenadsorbat-Obligationen. Ein großes Umstrukturieren kommt bei der fehlenden Reihe, wie gesehen, in der Abbildung 2 vor.

Trennungschemisorption

Eine besondere Marke der Gasoberflächenchemisorption ist die Trennung von diatomic Gasmolekülen, wie Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Ein Modell, das verwendet ist, um den Prozess zu beschreiben, ist Vorgänger-Vermittlung. Das absorbierte Molekül wird auf eine Oberfläche in einen Vorgänger-Staat adsorbiert. Das Molekül verbreitet sich dann über die Oberfläche zu den Chemisorptionsseiten. Sie brechen das molekulare Band für neue Obligationen zur Oberfläche. Die Energie, das Aktivierungspotenzial der Trennung zu überwinden, kommt gewöhnlich aus der Übersetzungsenergie und Schwingenergie.

Und Beispiel ist das Wasserstoff- und Kupfersystem, dasjenige, das oft studiert worden ist. Es hat eine große Aktivierungsenergie.35-.85 eV. Die Schwingerregung des Wasserstoffmoleküls fördert Trennung auf niedrigen Index-Oberflächen von Kupfer.

Siehe auch

• Adsorption
• Physisorption