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Adsorption

Wissen von A-Z

Unter Adsorption (lat. adsorbere = ansaugen) versteht man den Vorgang der Anlagerung von Teilchen / Molekülen aus einer flüssigen oder gasförmigen Phase an der Oberfläche eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit.

Da sich dabei der flüssige oder gasförmige Stoff auf der Oberfläche anreichert, findet bei diesem Vorgang immer eine Konzentrationsänderung an der Phasengrenzfläche statt. Die Adsorption ist eine exotherme Reaktion.

Begriffserklärungen

  • Ad­sor­bens: Ein Stoff, der Teilchen aus einer benachbarten gasförmigen oder flüssigen Phase an seiner Grenzfläche anreichert (adsorbiert), wird als Adsorbens oder Substrat bezeichnet.

  • Ad­sorp­tiv: Die Teilchen, die sich in der benachbarten gasförmigen oder flüssigen Phase befinden und sich auf dem Adsorbens anlagern.

  • Ad­sor­bat: Ein an der Oberfläche eines Adsorbens angelagertes (adsorbiertes) Teilchen. Oft wird auch die Kombination aus dem Adsorbens mit dem an ihm adsorbierten Stoff (Adsorptiv) als Adsorbat bezeichnet.

Adsorption

 

Verschiedene Formen der Adsorption

Physisorption
Beruht auf der Wirkung von Van-der-Waals-Kräften zwischen Adsorbat und Adsorbens. Wechselwirkungsenergie < 40 kJ/mol. Die Physisorption ist neben der Absorption ein alltäglicher Prozess und findet an fast allen Oberflächen statt, die Gasen (Luft) oder Flüssigkeiten (Wasser) ausgesetzt sind.

Chemisorption
Beruht auf der Wirkung wesentlich stärkerer Bindekräfte, deren Stärke der chemischer Bindungen gleicht. Die Adsorptionsenthalpie liegt im Bereich von etwa 200 kJ/mol. Stoffe werden durch chemische Bindungen auf die Oberfläche eines Feststoffes gebunden. Durch die direkten Bindungen zur Oberfläche können sich maximal monomolekulare Schichten bilden.

Desorption
Physikalisch adsorbierte Stoffe werden bei höherer Temperatur wieder abgegeben, d.h. die Umkehrung der Adsorption. Hier ist eine Zufuhr von Energie erforderlich, da die adsorbierten Teilchen aus dem Potentialminimum, das sie durch die Adsorption erreicht haben, angehoben werden müssen.

Abhängigkeit der Adsorption

Bei kleinem Partialdruck steigt die adsorbierte Stoffmenge fast linear an. Dann nähert sie sich einem Sättigungswert, bei dem eine Gleichgewichtskonzentration adsorbierter Teilchen vorliegt. Dieser entspricht einer zusammenhängenden, monomolekularen Schicht des zu adsorbierenden Stoffes. Die Adsorption ist abhängig von

  • der Art des Substrats
  • Konzentration des Substrats
  • vom Lösungsmittel
  • der Temperatur
  • der Art und Größe der Oberfläche

Typische Anwendungsgebiete der Adsorption sind u.a. Atemfilter, Aktivkohle zur Entgiftung von Magen-Darm, Chromatografie und das Räuchern von Lebensmitteln.

Folgende physikalische Reaktionen bewirken das Aufbringen der Rauchpartikel auf die Produktoberfläche:

  • Physikalische Kondensation, durch Unterschied der Temperatur der Produktoberfläche zur Rauchatmosphäre
  • Adsorption der Partikel an der Produktoberfläche, verursacht durch Molekularkräfte infolge unterschiedlicher, elektrischer Ladung
  • Viskosität der Rauchpartikel

Grundlegende Zusammenhänge am Beispiel von Räucherprozessen

  • Feuchte Wurstoberfläche adsorbiert leichter
  • Trockene Wurstoberfläche adsorbiert schlechter
  • Räuchern mit zu intensivem Rauch in der Übergangsphase ergibt Flecken
  • Schnelles Räuchern mit hoher Rauchkonzentration -> Rauchsubstanzen lagern sich am Rand an
  • Langsames Räuchern mit geringer Rauchkonzentration -> Rauchsubstanzen dringen auch ins Innere
  • Räuchern mit hoher Luftfeuchtigkeit -> gute Farbhaltung
  • Räuchern mit geringer Luftfeuchtigkeit -> späteres Farbnachlassen 

Siehe auch Absorption  


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