Penyaherapan

Penyaherapan (penyahérapan) ialah fenomena di mana sesuatu bahan dilepaskan dari atau melalui sesuatu permukaan. Prosesnya ialah kebalikan untuk pengerapan (iaitu penjerapan atau penyerapan). Hal ini berlaku dalam sistem yang berada dalam keadaan keseimbangan pengerapan antara tahap pukal (cecair, iaitu larutan gas atau cecair) dan permukaan yang menjerap (pepejal atau sempadan yang memisahkan dua cecair). Apabila kepekatan (atau tekanan) zat dalam fasa pukal diturunkan, sebilangan bahan yang terserap berubah menjadi keadaan pukal.

Dalam kimia, terutamanya kromatografi, penyaherapan ialah keupayaan bahan kimia bergerak bersama fasa bergerak. Semakin banyak bahan kimia mengerap, semakin rendah kemungkinan ia akan menyerap, maka daripada melekat pada fasa pegun, sebaliknya bahan kimia bergerak ke atas dengan depanan lelarut.

Dalam proses pemisahan kimia, pelucutan juga dirujuk sebagai penyaherapan kerana salah satu komponen aliran cecair bergerak menurut pemindahan jisim ke dalam fasa wap melalui antaramuka cecair-wap.

Selepas penjerapan, bahan kimia yang dijerap akan kekal di substrat hampir nirtentu tempohnya, asalkan suhu tetap rendah. Namun, ketika suhu meningkat, begitu juga kemungkinan penyaherapan. Persamaan umum untuk kadar penyaherapan ialah:

${\displaystyle R=rN^{x}}$

di mana ${\displaystyle r}$ ialah kadar tetap untuk penyaherapan, ${\displaystyle N}$ ialah kepekatan bahan yang dijerap, dan ${\displaystyle x}$ ialah tertib kinetik penyaherapan.

Biasanya, tertib penyaherapan boleh diramalkan oleh bilangan langkah asas yang terlibat:

Penyaherapan atom atau molekul mudah biasanya merupakan proses tertib pertama (iaitu, molekul mudah di permukaan substrat menyaherap ke dalam bentuk bergas).

Penyaherapan molekul berlanggabung biasanya merupakan proses tertib kedua (iaitu, dua atom hidrogen di permukaan substrat menyaherap dan membentuk molekul H₂ bergas).

Pemalar kadar ${\displaystyle r}$ boleh dinyatakan dalam bentuk:

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

di mana ${\displaystyle A}$ ialah "kekerapan percubaan" (selalunya huruf Yunani ${\displaystyle \nu }$, kemungkinan molekul yang dijerap mengatasi bakal penghalangnya untuk penyaherapan, ${\displaystyle E_{a}}$ ialah tenaga penggiatan penyaherapan, ${\displaystyle k}$ ialah pemalar Boltzmann, dan ${\displaystyle T}$ ialah suhu.^[1]

Mekanisme penyaherapan

Bergantung kepada sifat ikatan seserap/jejerap-permukaan, terdapat banyak mekanisme penyaherapan. Ikatan permukaan sesebuah ererap (sorbent) dapat dibelah secara terma, melalui tindakbalas kimia, atau oleh penyinaran; semuanya boleh mengakibatkan penyaherapan spesiesnya.

Penyaherapan habaan

Penyaherapan berturun atau beroksida

Dalam beberapa kes, molekul terjerap menjadi terikat secara kimia ke permukaan/bahan, memberikan lekatan kuat dan membataskan penyaherapan. Sekiranya ini berlaku, penyaherapan memerlukan tindakbalas kimia yang memutuskan ikatan kimia. Salah satu cara untuk mencapainya adalah dengan menerapkan voltan ke permukaan, yang mengakibatkan pengurangan atau pengoksidaan molekul teradsorpsi (bergantung pada bias dan molekul yang teradsorpsi).

Dalam contoh biasa mengenai penyaherapan berturun, ekalapisan swahimpun tiol alkil pada permukaan emas dapat dikeluarkan dengan menerapkan bias negatif ke permukaan tersebut, yang mengakibatkan penurunan kumpulan kepala sulfur. Tindakbalas kimia untuk proses ini ialah:

${\displaystyle R-S-Au+e^{-}\longrightarrow R-S^{-}+Au}$

di mana R ialah rantai alkil (mis CH₃), S ialah atom sulfur dari kumpulan tiol, Au ialah atom permukaan emas dan e^- ialah elektron yang dibekalkan oleh sumber voltan luar.^[2]

Penerapan lain untuk penyaherapan berturun/beroksida ialah pembersihan bahan karbon giat melalui penlangjanaan elektrokimia.

Penyaherapan rangsangan elektron

Gambar menunjukkan kesan pancaran elektron tuju terhadap molekul terjerap.

Penyaherapan rangsangan elektron berlaku akibat pancaran elektron tuju pada sesuatu permukaan dalam keadaan hampagas, seperti yang biasa berlaku dalam fizik zarah dan proses-proses perusahaan seperti mikroskopi elektron pengimbasan (SEM). Dalam tekanan udarakasa, molekul-molekul boleh terikat lemah pada sesuatu permukaan. Keadaan ini dikenali sebagai penjerapan. Molekul-molekul ini boleh membentuk ekalapisan dalam ketumpatan 10¹⁵ atom/(sm²) untuk permukaan licin yang sempurna.^[3] Satu ekalapisan atau beberapa lapisan boleh terbentuk, bergantung kepada keupayaan ikatan molekul. Sekiranya pancaran elektron berlaku di permukaan, ia memberikan tenaga untuk memutuskan ikatan permukaan dengan molekul dalam ekalapisan yang terjerap, menyebabkan tekanan meningkat dalam sistem.

Setelah molekul dinyaherap ke dalam isipadu hampagas, ia dikeluarkan melalui mekanisme pengepaman hampagas tersebut (pelangjerapan diabaikan). Oleh itu, kuranglah molekul yang tersedia untuk penyaherapan, dan semakin banyak bilangan elektron diperlukan untuk mengekalkan penyaherapan berterusan.

Lihat juga

• Pengerapan
• Penjerapan
• Penyerapan
• Isoterma pengerapan
• Kimierapan
• Isoterma Gibbs
• Isoterma pengerapan kelembapan
• Persamaan Langmuir

Rujukan

 

1. Somorjai, Gabor A.; Li, Yimin (2010). Introduction to Surface Chemistry and Catalysis. John Wiley and Sons. Section 4.6. ISBN 9780470508237.
2. Sun, K., Jiang, B., & Jiang, X. (2011). Electrochemical desorption of self-assembled monolayers and its applications in surface chemistry and cell biology. Journal of Electroanalytical Chemistry, 656(1), 223-230.
3. M. H. Hablanian (1997). High-Volume Technology, A Practical Guide. Second Edition. Marcel Dekker, Inc.