الامتزاز (التمزز)

امتزاز (تمزز)

Adsorption - Adsorption

الامتزاز

عصام القلق

الامتزاز (أو الادمصاص) adsorption هو التصاق الذرات أو الإيونات أو الجزيئات في حالة غازية أو سائلة أو مواد صلبة ذائبة بسطح صلب عموماً ، وفي حالة أقل حدوثاً على سطح سائل ما؛ من دون التسرب إلى داخله، وتؤدي هذه العملية إلى تشكل طبقة رقيقة من المادة الممتَزّة adsorbateعلى سطح المادة المازّة adsorbent. وتختلف عملية الامتزاز عن عملية الامتصاص absorption في أن المائع؛ أي المادة الممتصة absorbate في عملية الامتصاص تنتشر أو تنحل في سائل مازّ أو صلب مازّ، والامتزاز عملية قائمة على سطح ما في حين يشمل الامتصاص كامل المادة؛ أي دخول مادة في مادة أخرى كما هي الحال في امتصاص الذهب في الزئبق وتشكل ملغمة. أما المصطلح sorption فإنه يشتمل على كلتا العمليتين، في حين يشير مصطلح الانتزاز desorption إلى عملية معاكسة للامتزاز. ويمكن تصنيف عملية الامتزاز عموماً في أنها عملية امتزاز فيزيائي physisorption تحدث بسبب قوى فاندرفالس Vanderwaals الضعيفة، أو أنها عملية امتزاز كيميائي chemisorptions تحدث بسبب تشكل روابط تساهمية (مشتركة) بسبب التجاذب الكهراكدي (الكهرباء الساكنة). وتُعرِّف بعض المصادر الامتزاز الفيزيائي بأنه عملية تضطرب فيها البنية الالكترونية للذرة أو الجزيء عند حدوث الامتزاز، في حين تُعرِّف الامتزاز الكيميائي بأنه نوع من الامتزاز الذي يشتمل على تفاعل كيميائي بين السطح والمادة الممتزة؛ ما يؤدي إلى تشكل روابط كيميائية عند سطح المادة المازّة، كما هي الحال عند تشكل الصدأ.

تُصنَّف المواد المازّة الصناعية في النحو الآتي:

- مركبات تحتوي على أكسجين، وهي متآلفة مع الماء وقطبية، كما هي الحال مع جِل (هلام) السيلكا والزيوليت.

- مركبات أساسها كربون، وهي غير متآلفة مع الماء وغير قطبية، كما هي الحال مع الكربون المنشَّط والغرافيت.

- مركبات أساسها بوليمر، تحتوي على زمر وظيفية قطبية أو غير قطبية في حامل matrix البوليمر المسامي.

إن جِل السيلكا 2SiO خامل كيميائياً، وغير سام، وهو مستقر عند درجة حرارة أخفض من 400 سْ، وهو عديم الشكل amorphous، ويحضر عن طريق التفاعل مابين سيلكات الصوديوم وحمض الخل، تلي ذلك سلسلة معالجات مثل التعتيق aging والغسيل بالحمض pickling، وتستخدم السيلكا لامتزاز الفحوم الهدروجينية الثقيلة القطبية من الغاز الطبيعي. وتدعى فلزات سيلكات الألمنيوم ذات المسامية المكروية بالزيوليتات، وكان عالم التعدين السويدي أكْسِل فردريك كِرونستِدAxel Fredrik Cronstedt أول من أطلق هذه التسمية عام 1756 على الفلز stilbite عندما لاحظ عند تسخينه تسخيناً سريعاً أنه أطلق كمية كبيرة من بخار الماء الذي امتزه هذا الفلز. وتعني كلمة الزيوليت باليونانية غليان الحجر (zeo= to boil, lithos= stone). تستخدم الزيوليتات عموماً مواد مازّة تجارية وهي شائعة الاستعمال في الصناعة لتنقية المياه، وكذلك لاستخلاص الآزوت من الهواء لزيادة محتوى الأكسجين لأهداف صناعية وطبية، ولتجفيف الهواء، وإزالة ثنائي أكسيد الكربون 2CO من الغاز الطبيعي وأحادي أكسيد الكربون CO من الغاز المحسِّن reforming gas، وفي صناعة الحفِّازات catalysts، وتدخل في تركيب المنظفات المنزلية، إضافة إلى استخدامها في المجالين الزراعي والدوائي.

أما الكربون المنشط activated carbon فهو مادة صلبة عديمة الشكل ذات سعة مسامية مازّة كبيرة، ويتكون من بلورات مكروية لها شبكة غرافيتية، ويُحضَّر عادة على شكل حبيبات صغيرة أو على شكل مسحوق وهو غير قطبي ورخيص الثمن، إحدى نقائصه تفاعله مع الأكسجين عند درجة حرارة تزيد على 300 سْ، ويمكن تصنيعه من مواد أساسها الفحم مثل البيتومين أو اللغنيت أو الخشب أو قشور جوز الهند أو الخُثpeat وهو نبات نصف متفحم. وتنفذ عملية التنشيط على مرحلتين: المرحلة الأولى: تشتمل على التجفيف، ويتبع ذلك التسخين لفصل المنتجات الثانوية بما في ذلك فصل القطران والفحوم الهدروجينية عن المواد الخام؛ وأيضاً لطرد أي غازات متشكلة، بعد ذلك تشكيل الدقائق الفحمية بتعريضها لجو خالٍ من الأكسجين كيلا يدعم الاحتراق. المرحلة الثانية: فيها تعالَج الدقائق المتفحمة بعامل مؤكسِد مثل بخار الماء أو ثنائي أكسيد الكربون عند درجة حرارة عالية؛ ما يؤدي إلى حرق المسامات التي تسد البنى البلورية المتشكلة في أثناء مرحلة التفحيم، وهكذا تتشكل شبكة غرافيت مسامية ثلاثية الأبعاد ويكون حجم المسامات المتشكلة فيها في أثناء التنشيط تابعاً للزمن الذي استغرقته هذه المرحلة، ويؤدي ازدياد زمن هذه المرحلة إلى حجوم أكبر للمسامات. يستعمل الكربون المنشَّط لامتزاز المواد العضوية والمواد غير القطبية ولمعالجة الغاز والمياه العادمين waste، وهو أكثر المواد المازّة استعمالاً نظراً لتمتعه بسعة سطحية عالية الامتزاز. ويستعمل لتنقية المحاليل التي تحتوي على شوائب ملونة غير مرغوب فيها. ويحدث الامتزاز في العديد من النُّظم الفيزيائية والحيوية والكيميائية.

لظاهرة الامتزاز تطبيقات صناعية عديدة وتستفيد الكيمياء التحليلية منها في الاستشراب الامتزازي adsorption chromatography، وهي تقنية تحليلية مهمة تُنفذ بتعبئة عمود زجاجي بدقائق جافة مازّة على شكل مسحوق؛ وهذه الدقائق تدعى الطور الخامل inert phase. أما المادة المطلوب فصل مكوناتها فتضاف إلى الطور الخامل من قمة العمود، وللتبسيط يفترض أن العينة مكونة من مزيج مركبين أحدهما W يمتز على سطح الطور الخامل امتزازاً ضعيفاً؛ ويمتز الآخر على سطحه بقوة ويُرمز إليه بـ S. أما الطور المتحرك mobile phase وليرمز إليه بـ (M) فهو سائل يُمتز على سطح الطور الخامل امتزازاً هو الأقوى من امتزاز أيّ مكوِّن في العينة، ويسكب من قمة العمود ويستخدم لدفع العينة باتجاه أسفل العمود، وتدعى هذه العملية بـ الجرف elution. ولا تكون دقائق الطور الخامل خاملة خمولاً كلياً كما هي الحال في سيلكات الألمنيوم؛ نظراً لأن ذراته ذات إلكترونات حرة في بنيتها، وعند تكبير هذه الدقائق يُرى فيها زوايا وحواف وسطوح ملساء ونتوءات، ويميل توزع الشحنات الكهربائية فيها إلى أن يكون أعلى عند الزوايا مما هو عليه في الحواف؛ وعلى الحواف أعلى مما هو عليه على السطوح الملساء، وتدعى هذه الأماكن بالمراكز النشطة active sites. وبافتراض أن المركب W يمتز على الطور الخامل فقط عند الزوايا العالية الشحنة؛ فإن المركب S لا يمتز عند الزوايا فقط بل عند الحواف أيضاً. فإذا كان المركب W هو المركب الوحيد الموجود فإن جزيئاته ستربط نفسها عند زوايا الدقائق وستنتقل إلى مركز آخر إذا لزم الأمر ليتسنى لجميع الجزيئات أن تمتز. ويتوطد التوازن عندما تترك بعض الجزيئات الزوايا وتحل محلها الجزيئات الأخرى. أما إذا كان المركب الثاني S أيضاً موجوداً عندها ستكون هناك منافسة على المراكز النشطة المتاحة؛ ونظراً لأن المركبS ذو قوة امتزاز أكبر فإنه سيزيح جزيئات المركب W الممتزة.

تحدث عملية التوازن مباشرة عندما تشرع جزيئات المركب W بترك مراكزها، وفي الحقيقة تكون جزيئات المركب S أيضاً في توازن مابين جزيئاته الممتزة في مركز نشط وجزيئات W المغادرة إياه، ولكن جزيئات S ستربح المركز النشط نظراً لأنها الأقوى، وعندها فإن الشيء الوحيد الذي يمكن لجزيئات W أن تفعله هو الانسحاب والتحرك باتجاه أسفل العمود؛ أي إن جزيئات Wقد أزيحت.

تتوقف سلسلة الإزاحات بسرعة كبيرة إذا لم يُضَف الطور المتحرك الذي يجبر العملية على الاستمرار. أما جزيئات الطور المتحرك فيجب أن تُختار بحيث تكون لها قوة امتزاز تفوق قوة امتزاز المركب W أو المركب S، ويعني هذا أنه عندما تصل جزيئات الطور المتحرك مركزاً نشطاً فلن تكون ذات قوة امتزاز أكبر فحسب؛ بل ذات تركيز أكبر بكثير من المركبين W وS، وسيؤدي هذا إلى تمكن جزيئات الطور المتحرك من إزاحة جزيئات المركب S، وعندئذٍ ستزيح جزيئات S جزيئات المركب W، ولإكمال الفصل تستمر إضافة الطور المتحرك إلى أن تُجرف جزيئات المركبين من العمود. وبما أن هذه التقنية ليست مبنية على ظاهرة الامتزاز فقط بل على الإزاحة؛ فإنها تدعى أيضاً استشراب الإزاحة (كروماتوغرافيا الإزاحة) displacement chromatography.

التصنيف : الكيمياء الفيزيائية

النوع : الكيمياء الفيزيائية

المجلد: المجلد الثالث

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية