Désorption - Desorption

La désorption est un phénomène par lequel une substance est libérée depuis ou à travers une surface. Le processus est à l'opposé de la sorption (c'est-à-dire soit l' adsorption, soit l' absorption ). Ceci se produit dans un système étant à l'état d'équilibre de sorption entre la phase en vrac (fluide, c'est-à-dire gaz ou solution liquide) et une surface adsorbante (solide ou frontière séparant deux fluides). Lorsque la concentration (ou la pression) de la substance dans la phase en vrac est abaissée, une partie de la substance sorbée passe à l'état en vrac. La capacité de désorption est appelée capacité de désorption .

En chimie, en particulier en chromatographie , la désorption est la capacité d'un produit chimique à se déplacer avec la phase mobile. Plus un produit chimique se désorbe, moins il est susceptible de s'adsorber, ainsi au lieu de coller à la phase stationnaire, le produit chimique monte avec le front de solvant.

Dans les procédés de séparation chimique , le stripping est également appelé désorption car un composant d'un flux liquide se déplace par transfert de masse dans une phase vapeur à travers l'interface liquide-vapeur.

Après adsorption, le produit chimique adsorbé restera sur le substrat presque indéfiniment, à condition que la température reste basse. Cependant, à mesure que la température augmente, la probabilité de désorption augmente également. L'équation générale de la vitesse de désorption est :

${\style d'affichage R=rN^{x}}$

où est la constante de vitesse de désorption, est la concentration du matériau adsorbé et est l'ordre cinétique de désorption. ${\style d'affichage r}$${\style d'affichage N}$${\style d'affichage x}$

Habituellement, l'ordre de la désorption peut être prédit par le nombre d'étapes élémentaires impliquées :

La désorption atomique ou moléculaire simple sera typiquement un processus de premier ordre (c'est-à-dire qu'une molécule simple à la surface du substrat se désorbe sous une forme gazeuse).

Désorption moléculaire recombinatives sera généralement un processus du second ordre ( par exemple, deux atomes d'hydrogène sur la désorption de la surface et forment un H gazeux ₂ molécule).

La constante de vitesse peut être exprimée sous la forme ${\style d'affichage r}$

${\displaystyle r=Ae^{{-E_{a}}/{kT}}}$

où est la "fréquence de tentative" (souvent la lettre grecque ), la chance que la molécule adsorbée surmonte sa barrière potentielle à la désorption, est l' énergie d'activation de la désorption, est la constante de Boltzmann et est la température. ${\style d'affichage A}$${\style d'affichage \nu }$${\style d'affichage E_{a}}$${\style d'affichage k}$${\style d'affichage T}$

Mécanismes de désorption

Selon la nature de la liaison absorbant/adsorbant-surface, il existe une multitude de mécanismes de désorption. La liaison superficielle d'un sorbant peut être clivée thermiquement, par des réactions chimiques ou par rayonnement, ce qui peut entraîner une désorption de l'espèce.

Désorption thermique

Désorption réductrice ou oxydante

Dans certains cas, la molécule adsorbée est chimiquement liée à la surface/au matériau, offrant une forte adhérence et limitant la désorption. Si tel est le cas, la désorption nécessite une réaction chimique qui clive les liaisons chimiques . Une façon d'y parvenir consiste à appliquer une tension à la surface, ce qui entraîne soit une réduction, soit une oxydation de la molécule adsorbée (en fonction de la polarisation et des molécules adsorbées).

Dans un exemple typique de désorption réductrice, des monocouches auto-assemblées d' alkylthiols sur une surface d' or peuvent être éliminées en appliquant une polarisation négative à la surface entraînant une réduction du groupe de tête de soufre. La réaction chimique de ce processus serait :

${\displaystyle RS-Au+e^{-}\longrightarrow RS^{-}+Au}$

où R est une chaîne alkyle (par exemple CH ₃ ), S est l'atome de soufre du groupe thiol, Au est un atome de surface d'or et e ^- est un électron fourni par une source de tension externe.

Une autre application de la désorption réductrice/oxydante consiste à nettoyer le charbon actif par régénération électrochimique .

Désorption stimulée par les électrons

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montre les effets d'un faisceau d'électrons incident sur les molécules adsorbées

La désorption stimulée par les électrons se produit à la suite d'un faisceau d'électrons incident sur une surface dans le vide, comme cela est courant dans la physique des particules et les processus industriels tels que la microscopie électronique à balayage (MEB). À la pression atmosphérique, les molécules peuvent se lier faiblement aux surfaces dans ce qu'on appelle l' adsorption . Ces molécules peuvent former des monocouches à une densité de 10 ¹⁵ atomes/(cm ² ) pour une surface parfaitement lisse. Une monocouche ou plusieurs peuvent se former, selon les capacités de liaison des molécules. Si un faisceau d'électrons tombe sur la surface, il fournit de l'énergie pour rompre les liaisons de la surface avec les molécules de la ou des monocouches adsorbées, provoquant une augmentation de la pression dans le système.

Une fois qu'une molécule est désorbée dans le volume sous vide, elle est éliminée via le mécanisme de pompage du vide (la réadsorption est négligeable). Par conséquent, moins de molécules sont disponibles pour la désorption et un nombre croissant d'électrons est nécessaire pour maintenir une désorption constante.

Voir également

• Adsorption
• Capacité de désorption
• Isotherme de sorption
• Chimisorption
• Isotherme de Gibbs
• Isotherme de sorption d'humidité
• Équation de Langmuir

Les références