Physisorptionหรือที่เรียกว่าการดูดซับทางกายภาพเป็นกระบวนการในการที่โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมหรือโมเลกุลแทบจะตกอกตกใจเมื่อดูดซับ[1] [2] [3]
แรงปฏิสัมพันธ์พื้นฐานของ physisorption คือVan der Waals แรงแม้ว่าพลังงานปฏิสัมพันธ์จะอ่อนแอมาก (~10-100 meV) การดูดซึมทางสรีรวิทยาก็มีบทบาทสำคัญในธรรมชาติ ตัวอย่างเช่นแรงดึงดูดของแวนเดอร์วาลส์ระหว่างพื้นผิวและขนที่เท้าของตุ๊กแก (ดู ชุดสังเคราะห์ ) ให้ความสามารถที่โดดเด่นในการปีนขึ้นไปบนกำแพงแนวตั้ง[4] แรง Van der Waals เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไดโพลไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ถาวรหรือชั่วครู่
เมื่อเปรียบเทียบกับการดูดซับเคมีซึ่งโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของพันธะอะตอมหรือโมเลกุลมีการเปลี่ยนแปลงและเกิดพันธะโควาเลนต์หรือไอออนิกการดูดซึมทางกายภาพจะไม่ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพันธะเคมี ในทางปฏิบัติ การจัดหมวดหมู่ของการดูดซับเฉพาะเป็นการดูดซับทางกายภาพหรือการดูดซับเคมีขึ้นอยู่กับพลังงานการจับของตัวดูดซับกับซับสเตรตเป็นหลัก โดยที่การดูดซับทางกายภาพจะอ่อนกว่ามากเมื่อเทียบต่ออะตอมมากกว่าการเชื่อมต่อประเภทใดก็ตามที่เกี่ยวข้องกับพันธะเคมี
เพื่อให้เห็นภาพที่ชัดเจนของการดูดซับทางกายภาพ อันดับแรก เราสามารถพิจารณาอะตอมไฮโดรเจนที่ดูดซับไว้หน้าตัวนำที่สมบูรณ์แบบดังแสดงในรูปที่ 1 นิวเคลียสที่มีประจุบวกอยู่ที่R = (0, 0, Z ) และ พิกัดตำแหน่งของอิเล็กตรอนr = ( x , y , z ) ให้สัมพันธ์กับนิวเคลียส กระบวนการดูดซับสามารถมองได้ว่าเป็นปฏิกิริยาระหว่างอะตอมไฮโดรเจนนี้กับประจุไฟฟ้าของภาพของทั้งนิวเคลียสและอิเล็กตรอนในตัวนำ เป็นผลให้พลังงานไฟฟ้าสถิตทั้งหมดเป็นผลรวมของเงื่อนไขการดึงดูดและแรงผลัก:
เทอมแรกเป็นปฏิกิริยาที่น่าดึงดูดใจของนิวเคลียสและประจุของภาพ และระยะที่สองเกิดจากการโต้ตอบของอิเล็กตรอนและประจุของภาพ ปฏิกิริยาที่น่ารังเกียจจะแสดงในเงื่อนไขที่สามและสี่ที่เกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันระหว่างนิวเคลียสและอิเล็กตรอนของภาพ และปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสของภาพตามลำดับ
เราสามารถพบจากคำที่ไม่หายไปครั้งแรกว่าศักย์การดูดซึมขึ้นอยู่กับระยะห่างZระหว่างอะตอมที่ถูกดูดซับและพื้นผิวเป็นZ −3ตรงกันข้ามกับการพึ่งพาr -6ของศักย์ไฟฟ้าของโมเลกุลvan der Waalsโดยที่rคือระยะทาง ระหว่างสองไดโพล
รูปที่ 1. ภาพประกอบแผนผังของการดูดซับไฮโดรเจนอะตอมที่อยู่ใกล้ที่สมบูรณ์แบบตัวนำมีปฏิสัมพันธ์กับค่าใช้จ่ายในภาพ
รูปที่ 2 คำนวณพลังงานศักย์การดูดซับสำหรับ He ที่ดูดซับบนพื้นผิวโลหะเจลเลียมต่างๆ โปรดทราบว่าแรงดึงดูดที่อ่อนแอของ Van der Waals ก่อตัวเป็นบ่อน้ำตื้นที่มีพลังงานประมาณ meV เพียงเล็กน้อย [5]
รูปที่ 3. -พล็อตข้อมูลโดย DA Payne, KSW Sing, DH Turk, (J. Colloid Interface Sci. 43 (1973) 287) ซึ่งใช้สร้างพล็อต -s -พล็อตเป็นแบบที่ดีเยี่ยมสำหรับไอโซเทอร์มทั้งหมด