Chemisorbimento: cinetica, interazioni adsorbato-superficie solida
Il chemisorbimento è un tipo di adsorbimento che implica una reazione chimica tra superficie e adsorbato.
La maggior parte dei processi industriali che avvengono tramite catalisi eterogenea sono relative a reazioni di gas che passano sulla superficie di un solido costituito, in genere, da un metallo, un ossido metallico o una zeolite.
Le molecole di gas interagiscono con gli atomi o gli ioni presenti sulla superficie del solido. Il primo processo di solito comporta la formazione di legami intermolecolari molto deboli, un processo noto come fisisorbimento. Successivamente vi è il processo noto come chemisorbimento in cui sono coinvolti legami chimici forti di tipo covalente.
Nel processo, esiste un’affinità significativa tra adsorbati e adsorbenti e denota che le forze tra adsorbiti e adsorbenti sono deboli forze di Van der Waals, dovute al fisico e matematico olandese Johannes Diderik van der Waals e mostra un meccanismo per la molecola che interagisce debolmente con la superficie.
Interazioni e chemisorbimento
Si verifica quindi quando tra l’adsorbato e la superficie solida si verificano forti interazioni con formazione di legami:
- covalenti
- ionici
- legami a idrogeno
Si verifica anche a concentrazioni molto basse e le specie chemisorbite sono spesso legate alla superficie in modo irreversibile.
Il fenomeno cessa quando tutti i siti attivi sulla superficie solida sono occupati dalle specie che vengono adsorbite.
Il fenomeno del chemisorbimento è caratterizzato da elevata specificità chimica e l’energia relativa a tale fenomeno è dello stesso ordine di grandezza del cambiamento di energia che si verifica in una reazione chimica quindi, come nelle reazioni chimiche, il processo può essere esotermico o endotermico.
Cinetica
La sua cinetica è in genere lenta e implica una energia di attivazione. Il chemisorbimento su una superficie può essere di tipo associativo o dissociativo ad esempio la molecola di idrogeno è costituita da due soli elettroni legati tra loro tramite legame σ e pertanto il chemisorbimento dell’idrogeno sui metalli è quasi invariabilmente un processo dissociativo in cui si rompe il legame H-H e gli atomi di idrogeno interagiscono indipendentemente con il substrato.
A seconda della superficie del metallo invece il monossido di carbonio può dare chemisorbimento sia in forma molecolare se il metallo appartiene agli elementi del lato destro del blocco d come rame o argento mentre il chemisorbimento è di tipo dissociativo se il metallo è alcalino, alcalino-terroso, titanio o appartiene alle terre rare
