Sorption

Sorption ist der Oberbegriff für die Anreicherung eines Stoffes bzw. von Kolloiden oder Partikeln in einem Phasengrenzgebiet, die über die Konzentrationen innerhalb der Phasen hinausgeht (z. B. Absorption, Adsorption, Desorption). Sorption findet vorrangig an den Grenzflächen zwischen flüssiger und fester, sowie zwischen gasförmiger und fester Phase statt, kommt aber auch an Grenzflächen zwischen flüssiger und Gasphase vor.

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Die sorbierende Festphase bzw. Grenzfläche ist das Sorbens, der Sorbent oder das Sorptionsmittel. Der aufzunehmende, noch nicht sorbierte Stoff wird als Sorptiv bezeichnet, der an- oder eingelagerte (sorbierte) Stoff als Sorbat.

Ursachen & Einteilung

Die Ursachen für Sorption sind unterschiedlichste chemische, physikalische oder elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Sorbent auf der einen Seite und Sorbat bzw. Sorptiv auf der anderen. Entsprechend unterscheidet man auch zwischen Physisorption und Chemisorption.

Weiterhin unterscheidet man folgende Vorgänge:

• Adsorption ist die Anlagerung des Sorptivs an die Oberfläche des Sorbens. Es ist ein reversibler Gleichgewichtsprozess, der durch Konzentrationsänderungen, Temperatur oder Verdrängungsreaktionen beeinflusst und verschoben werden kann.

• Absorption bezeichnet man die irreversible Bindung, Aufnahme oder Einlagerung des Sorptivs an/durch/in das Sorbens.

• Desorption ist der gegenläufige Prozess, d. h. die Ablösung adsorbierter Stoffe vom Sorbenten.

Da Ad- und Absorption teilweise nicht eindeutig voneinander zu unterscheiden sind, führte J. W. McBain 1909 den Oberbegriff Sorption ein.

Messung & Beschreibung

Die Verteilung eines Stoffs zwischen sorbierter Phase (z. B. Festphase) und gelöster Phase (z. B. wässrige Phase) kann mittels Schüttelversuchen ermittelt und beschrieben werden. Hierbei wird zwischen Sorbat und Sorptiv ein Gleichgewichtszustand unter definierten Bedingungen hergestellt. Das Verhältnis der Stoffkonzentrationen in beiden Phasen ist u. a. stark von der Temperatur abhängig. Die mathematische Beschreibung erfolgt mit Sorptionsisothermen.

Die Sorptionsaffinität von Stoffen kann vereinfacht mit dimensionslosen und konzentrationsunabhängigen Verteilungskoeffizienten beschrieben werden, z. B. dem Verteilungskoeffizienten zwischen dem organischen Kohlenstoff im Boden und Wasser (Koc oder log Koc).

Anwendung

Sorption, insbesondere Adsorption und Desorption, spielt beim Verhalten von Schadstoffen in der Umwelt eine wichtige Rolle, z. B. von organischen Schadstoffen in der Luft (Anlagerung an Aerosolpartikel) oder im Untergrund (Anlagerung an Bodenbestandteile oder Kolloide). Schadstoffe können beispielsweise durch Sorption an Bodenpartikel längerfristig gebunden werden. Schwerwasserlösliche und/oder schwerflüchtige Schadstoffe können durch Sorption an Staubpartikel in der Atmosphäre oder an suspendierte Teilchen im Wasser (auch Bodensicker- und Grundwasser) über weite Strecken transportiert werden.

Technisch genutzt wird die Sorption in Absorptionskältemaschinen und bei der Lufttrocknung mit wasserziehenden Substanzen (siehe solare Klimatisierung).