Absorption (Chemie)

Chemische Absorption beschreibt den Prozess der Aufnahme oder des „Lösens“ eines Atoms, Moleküls oder eines Ions in einer anderen Phase. Hierbei handelt es sich nicht um eine Anlagerung an der Oberfläche (Adsorption), sondern um eine Aufnahme in das freie Volumen der absorbierenden Phase.

Chemische Absorption wird heute unter anderem zur Reinigung von Industrieabluft eingesetzt, etwa bei Abluft von Galvanikanlagen oder zur Beseitigung von Gerüchen. Durch die gesetzlichen Vorgaben der Grenzwerte (etwa TA Luft) für bestimmte Stoffe, welche wiederholt verschärft wurden, wird die Absorptionstechnik immer wichtiger.

Absorption kann in Füllkörperkolonnen, Kolonnen mit strukturierten Packungen, Bodenkolonnen, Blasensäulenreaktoren, über Membrantechnologien oder mit der regenerativen Fallfilm-Technologie erfolgen.[1]

Das Verfahren der Absorption verläuft immer exotherm.

Es wird zwischen der Physioabsorption und der Chemisorption unterschieden.[1]

Physioabsorption

Bei der physikalischen Absorption wird das Gas in dem Lösungsmittel aufgelöst.[1] Es findet eine Vermischung ohne chemische Reaktion statt. Die Absorptionsenthalpie entspricht der Verdampfungsenthalpie

$\Delta H^{Absorption}=\Delta H^{LV}.$

Ein Beispiel für eine Physioabsorption ist die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid in Hexan.

Chemisorption

Bei der chemischen Absorption reagiert das Gas mit dem Lösungsmittel, sodass sich ein Produktstoff bildet.[1] Die Absorptionsenthalpie entspricht in diesem Fall der Reaktionsenthalpie.

$\Delta H^{Absorption}=\Delta H^{R}$

Beispiele hierfür sind die Reaktion von Schwefeldioxid mit Calciumhydroxid oder von Chlorwasserstoff mit Wasser.[1]

Absorption von Stoffen

Der Vorgang der Absorption wird durch eine Affinität des einen Stoffes für den anderen hervorgerufen – es besteht eine bestimmte Löslichkeit der Stoffe ineinander. Die Absorption von Gasen kann nicht nur in einer Flüssigkeit, sondern auch in einem festen Stoff erfolgen. Das Gas wird bei gegebener Temperatur im Absorptionsmittel gelöst, wobei Wärme (Absorptionswärme oder Lösungswärme) entsteht. Das aufgenommene Gas wird Absorbat genannt.

Handelt es sich um ein geschlossenes System, beispielsweise einer Flüssigkeit und einem Gas, so strömen (Diffusion) zunächst die gasförmigen Atome oder Moleküle in die Flüssigkeit, bis die Löslichkeit des Gases in der Flüssigkeit erreicht ist. Dabei stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein, das heißt, der Teilchenstrom in die Flüssigkeit ist genauso groß wie der Teilchenstrom in die Gasphase.

Finden bei der Lösung der Gase keine chemischen Reaktionen statt, so gilt für Flüssigkeiten bei niedrigem Druck näherungsweise das Henrysche Gesetz. Bei gegebener Temperatur ist die Konzentration $c$ eines Gases proportional seinem Druck $p$ über der Flüssigkeit:

c=k\cdot p

[2]

Hierbei ist $k$ der Absorptionskoeffizient, der von der Temperatur und den beteiligten Stoffen abhängt. Sind mehrere Gase an der Absorption beteiligt, so werden sie unabhängig voneinander gemäß ihrem jeweiligen Partialdruck $p_{\mathrm {x} }$ in der Gasphase gelöst:

c_{x}=k_{\mathrm {x} }\cdot p_{\mathrm {x} }

(Henry-Daltonscher Verteilungssatz)[2]

Sind bei einem Gas mehrere nicht mischbare Flüssigkeiten als Absorptionsmittel beteiligt, so ist das Verhältnis der Konzentrationen unabhängig von der Menge des gelösten Stoffes und der Flüssigkeiten und hängt nur von der Temperatur und den Stoffen ab; siehe Nernstscher Verteilungssatz.

Filtration – Adsorption – Absorption

Filtration: Schwebstoffe oder suspendierte Stoffe lassen sich durch Filtration aus einem Flüssigkeits- oder Gasstrom abtrennen. Bei diesen mechanischen Filtern steigt die Rückhaltefähigkeit mit der Belegung, da die Schwebstoffe langsam die feinen Poren des Filters zusetzen. Dabei nimmt der Luft- bzw. Flüssigkeitswiderstand des Filters zu und dessen Porengröße ab.

Adsorption: Werden dagegen Flüssigkeits- oder Gasbestandteile an einer festen Oberfläche etwa von Aktivkohle oder von Zeolithen fest gebunden, so spricht man von Adsorption. Für Adsorptions-Filter gilt: Je stärker dieser Filtertyp belegt ist, desto geringer ist die Rückhaltefähigkeit. Die physikalische Bindung wird auch als Physisorption bezeichnet. Die Adsorption wird zur Reinigung, Trocknung (Trockenmittel) und in Kältemaschinen (Adsorptionskältemaschine) verwendet.

Absorption: Wird ein Gas- oder Luftstrom durch eine Waschflüssigkeit geleitet, so spricht man von Gaswäsche oder auch von Absorption. Dabei werden die zu absorbierenden Gaskomponenten (Absorptiv – ungebunden, Absorbt – gebunden) molekular in der Waschflüssigkeit (Absorbens – unbeladen, Absorbat – beladen) gebunden. Das Austreiben der nun gebundenen Gaskomponenten kann durch Druckverringerung und/oder durch Temperaturerhöhung erfolgen.[1]

Siehe auch

Einzelnachweise

Baerns, Manfred, Behr, Arno, Brehm, Axel, Gmehling, Jürgen, Hinrichsen, Kai-Olaf, Hofmann, Hanns, Palkovits, Regina, Onken, Ulfert, Renken, Albert: Technische Chemie. 2., erw. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim, Bergstr 2013, ISBN 3-527-33072-0.
Freund, Hans-Joachim.: Lehrbuch der Physikalischen Chemie. 6., vollst. überarb. u. aktualis. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2012, ISBN 978-3-527-32909-0.

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[:1-1] Baerns, Manfred, Behr, Arno, Brehm, Axel, Gmehling, Jürgen, Hinrichsen, Kai-Olaf, Hofmann, Hanns, Palkovits, Regina, Onken, Ulfert, Renken, Albert: Technische Chemie. 2., erw. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim, Bergstr 2013, ISBN 3-527-33072-0.

[:0-2] Freund, Hans-Joachim.: Lehrbuch der Physikalischen Chemie. 6., vollst. überarb. u. aktualis. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2012, ISBN 978-3-527-32909-0.