흡착

흡착(Adsorption)은 기체나 액체의 원자, 이온 또는 분자가 고체 또는 액체 표면에 달라붙는 현상이다. 이는 표면에 존재하는 원자나 분자 사이의 상호작용에 의해 발생하며, 흡착되는 물질을 흡착질(adsorbate), 흡착이 일어나는 표면을 흡착제(adsorbent)라고 한다. 흡착은 흡수(absorption)와 구별되는데, 흡수는 물질이 다른 물질의 내부로 들어가는 현상인 반면 흡착은 표면에만 국한된다.

흡착은 물리적 흡착(physisorption)과 화학적 흡착(chemisorption)으로 나눌 수 있다. 물리적 흡착은 반데르발스 힘과 같은 약한 상호작용에 의해 발생하며, 흡착열은 비교적 작고 가역적인 과정이다. 온도가 감소하면 물리적 흡착은 증가한다. 반면 화학적 흡착은 공유결합이나 이온결합과 같은 강한 화학적 결합에 의해 발생하며, 흡착열은 크고 비가역적인 과정일 수 있다. 화학적 흡착은 특정한 흡착제와 흡착질 사이에서만 일어나며, 활성화 에너지가 필요한 경우도 있다.

흡착 현상은 다양한 분야에서 활용된다. 예를 들어, 촉매 작용, 기체 분리, 정수, 의약품 전달 등에 널리 이용된다. 흡착제의 종류는 활성탄, 제올라이트, 실리카겔 등 다양하며, 각 흡착제는 특정한 흡착질에 대해 선택적인 흡착 성질을 나타낸다. 흡착의 정도는 흡착질의 농도, 온도, 압력, 흡착제의 표면적, 표면의 화학적 성질 등 여러 요인에 의해 영향을 받는다. 흡착 등온선(adsorption isotherm)은 일정한 온도에서 흡착량과 흡착질의 평형 압력 또는 농도 사이의 관계를 나타내는 그래프로, 흡착 현상을 이해하는 데 중요한 역할을 한다.

Langmuir 등온선, Freundlich 등온선 등 다양한 흡착 등온선 모델이 제시되어 있으며, 각 모델은 특정한 흡착 시스템에 적용 가능하다. 흡착 현상의 정량적 분석은 이러한 등온선 모델과 흡착 동역학(adsorption kinetics) 연구를 통해 수행된다.