Absorpcija: definicija v kemiji in fiziki, razlika od adsorpcije

Absorpcija: jasna razlaga v kemiji in fiziki, razlikovanje od adsorpcije — kako snovi vstopajo v notranjost materialov, primeri, mehanizmi in ključne definicije.

Absorpcija je stanje, pri katerem nekaj sprejme drugo snov. Je fizikalni ali kemijski pojav ali proces, pri katerem atomi, molekule ali ioni vstopajo v notranji del (imenovan "prostor") plina, tekočine ali trdne snovi.

To je drugačen proces od adsorpcije. Molekule pri absorpciji vstopajo globoko v prostornino materiala, pri adsorpciji pa se molekule ustavijo na površini materiala. Splošnejši izraz je sorpcija, ki zajema absorpcijo, adsorpcijo in ionsko izmenjavo.

Drugi pomeni besede "absorpcija" so:

• v biologiji: vnos snovi v žive celice ali tkiva (npr. absorpcija hranil v črevesju);
• v fiziki: zajemanje elektromagnetnega sevanja (svetlobe, rentgenskega sevanja) s posledično izgubo energije fotonov v snovi;
• v akustiki: izguba zvočne energije ob prehodu v material (npr. zvočna izolacija);
• v inženirstvu in kemikalijah: procesi, kjer plin ali snov prehaja v tekočino ali trdno snov (npr. absorpcija CO2 v tekočem absorbentu).

Absorpcija v kemiji

V kemiji absorpcija pogosto pomeni raztapljanje ali vpijanje ene snovi v drugo. Obstajata dve glavni vrsti:

• Fizikalna absorpcija – snov se raztopi v nosilnem mediju brez kemične reakcije (npr. raztapljanje plina v tekočini po principu topnosti). Tak proces je reverzibilen in je odvisen od temperature in tlaka.
• Kemična absorpcija (reaktivna absorpcija) – absorbirana snov reagira s snovjo gostitelja in tvori nove spojine (npr. CO2, ki kemijsko reagira z amini v industrijskih čistilnih procesih). Ta proces je pogosto ireverzibilen ali manj reverzibilen in ima drugačne kinetične lastnosti kot fizikalna absorpcija.

V praksi se absorpcija plinov v tekočine in trdne snovi uporablja v industriji za čiščenje plinov, ekstrakcijo, sušenje in druge procese. Za opis topnosti plinov v tekočinah se pogosto uporablja Henryjev zakon: koncentracija plina v tekočini je sorazmerna z njegovo partialnim pritiskom nad tekočino.

Absorpcija v fiziki (absorpcija sevanja)

V fiziki absorpcija pomeni zajemanje energije elektromagnetnega sevanja s snovjo. Ko foton naleti na atom ali molekulo, se njegova energija lahko prenese na elektrone, vibracije ali druge notranje stopnje snovi. Posledice so segrevanje, ionizacija ali prehodi elektronskih stanj, kar je osnova za spektroskopijo.

Za opis absorpcije svetlobe v materialih se pogosto uporablja Beer–Lambertov zakon v obliki A = ε·c·l, kjer je A absorbanca, ε molarni absorptivnostni koeficient, c koncentracija in l debelina poti. Alternativno se intenziteta svetlobe upada eksponentealno z debelino: I = I0 · e^(−α·x), kjer je α koeficient absorpcije (enota m^−1).

Razlika med absorpcijo in adsorpcijo

• Mestna lokacija: Absorpcija – prenos snovi v notranjost faze (volumen). Adsorpcija – zadrževanje snovi na površini faze.
• Fizikalni mehanizem: Pri absorpciji so pomembni difuzija in topnost; pri adsorpciji pa površinske interakcije (van der Waalsove sile, kemijske vezi).
• Občutljivost na površino: Adsorpcija močno odvisna od specifične površine materiala (npr. aktivno oglje), medtem ko je absorpcija odvisna od volumna in transportnih lastnosti (difuzija, raztopnost).
• Reverzibilnost: Obe lahko potekata reverzibilno, toda kemijske oblike absorpcije ali adsorpcije (kemična adsorpcija/reaktivna absorpcija) so pogosto težje reverzibilne.

Mehanizmi in meritve

Glavni koraki pri absorpciji v trdnih ali tekočih materialih so:

• pristop in kontakta z zunanjim slojem,
• prenik suhnosti skozi mejni sloj (difuzija),
• razporeditev v notranjosti materiala ali kemijska reakcija (če poteka).

Absorpcijo merimo z različnimi metodami, odvisno od tipa procesa: spektrofotometrija in fotometrija za absorpcijo sevanja, gravimetrija in sorpcijske izoterme za pline in tekočine, kromatografija ali kemične analize za določanje koncentracij. Pri optični absorpciji se uporablja tudi koncept prečnega preseka (cross-section) in masnega koeficienta absorpcije.

Primeri iz prakse

• Industrijska absorpcija CO2 iz dimnih plinov v tekočih absorbentih (kemijski ali fizikalni scrubberi).
• Raztapljanje kisika v vodi, kar je pomembno za življenje v vodi in pri akvakulturi.
• Barvanje tekstilij, kjer barvila absorbirajo v tekstilna vlakna.
• Absorpcija svetlobe v snoveh — osnova za delovanje spektrofotometrov, barv in sončnih celic.
• Absorpcija hranil v prebavnem sistemu (biološka absorpcija).

Kratek povzetek

Absorpcija pomeni vstop snovi ali energije v notranjost druge snovi. V kemiji gre običajno za vstop molekul v volumen snovi ali reakcijo z njo; v fiziki pa za zajemanje energije (npr. svetlobe). Glavna razlika od adsorpcije je lokacija procesa (volumen proti površini). Kot splošni izraz se uporablja sorpcija, ki vključuje oba pojava.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je absorpcija?

V: Kako se absorpcija razlikuje od adsorpcije?

V: Kaj je sorpcija?

V: Ali je absorpcija fizikalni ali kemični pojav?

V: Kateri so primeri materialov, ki lahko absorbirajo?

V: Ali lahko ioni absorbirajo?

V: Kaj še pomeni izraz "absorpcija"?

Išči po črki