좋은 습관.bak

흡착 이론

흡착은 어떤 물질이 이성분간의 계면에 축적되는 물리적 또는 화학적 현상으로써 정수에서는 물속의 오염물이 고형물 표면에 축적됨으로써 발생한다. 이때 물에서 계면으로 제거되는 오염물을 흡착질(adsorbate), 오염물이 축적되는 고형물을 흡착제(adsorbent)라 한다.

흡착질이 흡착제에 의하여 제거되는 것은 물로부터 흡착질을 흡착제의 표면으로 끌어당기는 힘이 있기 때문이며, 열역학적으로는 흡착질이 물속에 존재하는 것보다 흡착제의 표면에서 더 작은 자유 에너지(free energy)를 갖기 때문이다. 즉 흡착질을 고체-액체간의 계면으로 끌어당기는 힘이나 메커니즘은 물리적 또는 화학적인 것이다.

흡착제와 흡착질 분자들 간의 상호작용을 설명할 수 있는 기본적인 물리적 원리는 정전기력(electrostatic force)이다. 서로 다른 극성을 가진 두 분자는 서로 잡아당기는 힘을 갖게 되지만 같은 극성을 띄면 서로 밀어내게 된다. 정전기에 근거하는 기타 물리적 상호작용에는 쌍극자 모멘트(dipole moment), 수소 결합, London force, van der Waals force가 있다.

정수에서는 유기성의 흡착질이 극성의 물로부터 비극성의 활성탄으로 흡착되는 현상에 관심을 가지는 경우도 있다. 일반적으로 흡착질과 극성인 물간의 인력은 흡착질의 극성이 약할수록 더 약하다. 즉 비극성인 흡착질은 쌍극자 모멘트 또는 수소 결합에 의한 물과의 안정화가 덜 이루어진다. 따라서 비극성 화합물은 비극성 흡착제에 더 강하게 흡착되는데 이를 소수성 결합(hydrophobic bonding)이라 하며, 그 결과 소수성 화합물들은 활성탄에 더 강하게 흡착된다. 예를 들어 지방산이 활성탄에 흡착되는 정도는 분자의 길이가 길수록 증가하는데 이는 지방산의 길이가 길수록 더 비극성이 되기 때문이다.

화학 흡착(chemical adsorption, chemisorption)은 흡착제와 흡착질의 화학적 상호작용에 의해 일어나는 것으로, 물리 흡착에선 어떤 화합물이 어느 표면 위치에 붙느냐가 특정된 것이 아니고, 결합력이 약하며, 먼 거리에서도 작용할 뿐만 아니라 더 가역적이지만, 화학 흡착에서는 흡착제와 흡착질간의 인력이 분자간의 공유 결합이나 정전기적 화학 결합에 가깝기 때문에 결합 길이가 더 짧고 결합 에너지가 더 크다. 또한 화학 흡착에서는 흡착질이 흡착제의 표면에 단층(monolayer)만을 형성하는데 이는 흡착질과 표면간의 특이성 때문이다.

영원파님의 파란블로그에서 발행된 글입니다.