Nature of Forces and Reversibility बलों की प्रकृति और उत्क्रमणीयता
- Physisorption is driven by weak van der Waals forces between adsorbate and adsorbent.
- The process is completely reversible in nature; lowering pressure desorbs the gas.
- No new chemical bonds are formed, maintaining the chemical identity of the adsorbate.
- भौतिक अधिशोषण (Physisorption) अधिशोष्य (adsorbate) और अधिशोषक (adsorbent) के बीच दुर्बल वान डर वाल्स बलों द्वारा संचालित होता है।
- यह प्रक्रिया प्रकृति में पूर्णतः उत्क्रमणीय है; दाब कम करने पर गैस का विशोषण (desorption) हो जाता है।
- इसमें कोई नया रासायनिक बंध नहीं बनता है, जिससे अधिशोष्य की रासायनिक पहचान बनी रहती है।
Thermodynamics and Temperature Dependence ऊष्मागतिकी और ताप पर निर्भरता
- Adsorption is invariably exothermic with negative enthalpy values (ΔH < 0).
- Entropy decreases during adsorption (ΔS < 0) as translational degrees of freedom are lost.
- Physisorption decreases continuously with a rise in temperature following Le Chatelier's principle.
- अधिशोषण सदैव ऊष्माक्षेपी (exothermic) होता है, जिसमें एन्थैल्पी का मान ऋणात्मक (ΔH < 0) होता है।
- अधिशोषण के दौरान एन्ट्रॉपी घटती है (ΔS < 0), क्योंकि स्थानांतरणीय स्वतंत्रता की कोटि (translational degrees of freedom) कम हो जाती है।
- ला शातेलिए के सिद्धांत (Le Chatelier's principle) के अनुसार, ताप बढ़ने पर भौतिक अधिशोषण निरंतर घटता है।
Surface Area and Activation Energy पृष्ठीय क्षेत्रफल और सक्रियण ऊर्जा
- The extent of adsorption is directly proportional to the specific surface area of the adsorbent.
- Physisorption requires zero or negligible activation energy due to non-specific interactions.
- Multimolecular layers can form on the adsorbent surface at pressures approaching saturation vapor pressure.
- अधिशोषण की मात्रा अधिशोषक के विशिष्ट पृष्ठीय क्षेत्रफल (specific surface area) के सीधे समानुपाती होती है।
- अविशिष्ट अंतःक्रियाओं के कारण भौतिक अधिशोषण के लिए शून्य या नगण्य सक्रियण ऊर्जा (activation energy) की आवश्यकता होती है।
- संतृप्त वाष्प दाब के निकट पहुँचने पर अधिशोषक की सतह पर बहु-आणविक परतें (multimolecular layers) बन सकती हैं।
Observation: Initial heating at very low temperatures can sometimes increase rate — Overcoming minor kinetic bottlenecks to reach equilibrium state प्रेक्षण: बहुत कम ताप पर प्रारंभिक ऊष्मन कभी-कभी दर बढ़ा सकता है; यह साम्यावस्था तक पहुँचने के लिए मामूली गतिज बाधाओं को पार करने के कारण होता है।
Observation: Easily liquefiable gases show higher physisorption — Higher critical temperature and stronger intermolecular van der Waals forces प्रेक्षण: आसानी से द्रवित होने वाली गैसें उच्च भौतिक अधिशोषण दर्शाती हैं, क्योंकि उनका क्रांतिक ताप (critical temperature) अधिक होता है और उनमें अंतःआणविक वान डर वाल्स बल प्रबल होते हैं।
Application: Gases with higher critical temperatures (like SO2, NH3) liquefy easily and show greater physisorption than H2 or He. अनुप्रयोग: उच्च क्रांतिक ताप वाली गैसें (जैसे SO2, NH3) आसानी से द्रवित होती हैं और H2 या He की तुलना में अधिक भौतिक अधिशोषण दर्शाती हैं।
Application: The value of 1/n derived from the log(x/m) vs log P plot usually lies between 0 and 1 for valid physisorption. अनुप्रयोग: log(x/m) बनाम log P आरेख से प्राप्त 1/n का मान सामान्यतः भौतिक अधिशोषण के लिए 0 और 1 के बीच होता है।
Application: Always remember physical adsorption releases heat; therefore, ΔH is negative and ranges between -20 and -40 kJ/mol. अनुप्रयोग: याद रखें कि भौतिक अधिशोषण में ऊष्मा निकलती है, इसलिए ΔH ऋणात्मक होता है और -20 से -40 kJ/mol के बीच होता है।
| Parameterपैरामीटर | Physical Adsorptionभौतिक अधिशोषण | Chemical Adsorptionरासायनिक अधिशोषण |
|---|---|---|
| Nature of Forcesबलों की प्रकृति | Weak van der Waals forcesदुर्बल वान डर वाल्स बल | Strong chemical bondsप्रबल रासायनिक बंध |
| Enthalpy of Adsorptionअधिशोषण की एन्थैल्पी | Low (-20 to -40 kJ mol-1)कम (-20 से -40 kJ mol-1) | High (-80 to -240 kJ mol-1)उच्च (-80 से -240 kJ mol-1) |
| Reversibilityउत्क्रमणीयता | Reversibleउत्क्रमणीय | Irreversibleअनुत्क्रमणीय |
| Activation Energyसक्रियण ऊर्जा | Low or zeroकम या शून्य | High activation energyउच्च सक्रियण ऊर्जा |
| Effect of Temperatureताप का प्रभाव | Decreases with increase in temperatureताप बढ़ने पर घटता है | First increases then decreasesपहले बढ़ता है फिर घटता है |
- Physical adsorption is non-specific and occurs with all gases on all solids.
- The enthalpy of physical adsorption ranges between -20 to -40 kJ/mol.
- Freundlich adsorption isotherm fails at high pressures.
- High surface area solids like silica gel and activated charcoal are effective physical adsorbents.
- Physisorption leads to the formation of multimolecular layers at high pressures.
- Entropy change (ΔS) for adsorption is always negative.
- भौतिक अधिशोषण अविशिष्ट होता है और सभी ठोसों पर सभी गैसों के साथ होता है।
- भौतिक अधिशोषण की एन्थैल्पी -20 से -40 kJ/mol के बीच होती है।
- फ्रायंडलिच अधिशोषण समतापी उच्च दाब पर विफल हो जाता है।
- सिलिका जेल और सक्रिय चारकोल जैसे उच्च पृष्ठीय क्षेत्रफल वाले ठोस प्रभावी भौतिक अधिशोषक हैं।
- भौतिक अधिशोषण उच्च दाब पर बहु-आणविक परतों के निर्माण की ओर ले जाता है।
- अधिशोषण के लिए एन्ट्रॉपी परिवर्तन (ΔS) सदैव ऋणात्मक होता है।
- Assuming physisorption involves chemical bond formation; it only involves van der Waals forces.
- Confusing the sign of enthalpy; adsorption is always exothermic (ΔH < 0).
- Applying Freundlich isotherm at excessively high pressures where it deviates.
- Forgetting that entropy decreases (ΔS < 0) when gas molecules are confined to a surface.
- यह मानना कि भौतिक अधिशोषण में रासायनिक बंध बनते हैं; इसमें केवल वान डर वाल्स बल शामिल होते हैं।
- एन्थैल्पी के चिह्न को लेकर भ्रमित होना; अधिशोषण सदैव ऊष्माक्षेपी (ΔH < 0) होता है।
- अत्यधिक उच्च दाब पर फ्रायंडलिच समतापी का उपयोग करना जहाँ यह विचलित हो जाता है।
- यह भूल जाना कि जब गैस के अणु सतह पर सीमित होते हैं तो एन्ट्रॉपी घटती है (ΔS < 0)।