Fenomeno in virtù del quale la superficie di una sostanza solida, detta adsorbente, fissa molecole provenienti da una fase gassosa o liquida con cui è a contatto (per superficie si deve intendere non solo quella esterna ma anche quella ‘interna’ dei canalicoli capillari, delle fratture ecc.). L’adsorbimento è un fenomeno spontaneo e quindi è accompagnato da una diminuzione dell’energia libera del sistema. Inoltre, poiché una molecola adsorbendosi diminuisce i suoi gradi di libertà, l’adsorbimento è accompagnato da una diminuzione di entropia. I processi di adsorbimento sono esotermici. Il calore sviluppato nell’adsorbimento di una mole è chiamato calore di adsorbimento. 

L’adsorbimento può essere di due tipi, fisico o chimico a seconda che entrino in gioco forze di attrazione molecolare (forze di Van der Waals) oppure ordinarie forze di valenza. L’adsorbimento fisico ha luogo con uno sviluppo di calore relativamente basso, e il processo si svolge con alta velocità. L’adsorbimento chimico, invece, è accompagnato da elevato sviluppo di calore e avviene con velocità non sempre elevate poiché si tratta di un processo che richiede il superamento di una barriera di energia di attivazione. Nell’adsorbimento fisico il calore d’adsorbimento è dello stesso ordine di grandezza del calore di condensazione, e ammonta a qualche migliaio di joule per mole; nell’adsorbimento chimico si possono avere invece sviluppi di calore dell’ordine di 10.000-100.000 joule per mole. Poiché le forze fisiche non dipendono dalla natura specifica delle sostanze a contatto, l’adsorbimento fisico ha sempre luogo, mentre quello chimico si sovrappone al precedente solo quando si manifestano le interazioni di legame.

Adsorbimento fisico

Si può formare un unico strato di molecole sino a saturare la superficie o più strati sovrapposti uno all’altro. Per un dato gas o vapore e per una massa unitaria di un dato adsorbente, il volume v di gas adsorbito all’equilibrio è funzione solo della pressione p e della temperatura T. Quando la pressione del gas viene variata a temperatura costante, la funzione v = f (p; T = cost.) descrive la cosiddetta isoterma di adsorbimento. 

Per descrivere l’andamento delle isoterme di adsorbimento sono state proposte varie equazioni tra cui le più importanti sono:

• l’isoterma di Langmuir, valida per l’adsorbimento unimolecolare, è del tipo v = p/(ap + b), dove a e b sono due costanti che si possono calcolare con i metodi della meccanica statistica; l’equazione prevede che alle alte pressioni il volume di gas o vapore adsorbito raggiunga un valore di saturazione;
• l’isoterma di Freundlich è del tipo v = Kpn, dove K e n sono costanti empiriche, e trova largo impiego nella pratica;
• l’isoterma di Brunauer, Emmet e Teller descrive molto bene l’adsorbimento multimolecolare dei vapori: v = ax/(1 − x) · (1 − bx) dove x = p/ps e a, b sono due costanti determinabili per mezzo della meccanica statistica.

Adsorbimento chimico

Può essere considerato come una reazione chimica tra gli atomi o le molecole della superficie dell’adsorbente e le molecole della sostanza adsorbita. Può venire evidenziato studiando un’isobara di adsorbimento. L’adsorbimento chimico è sempre unimolecolare, quindi le isoterme di adsorbimento tendono a una saturazione e sono bene rappresentate dalle equazioni di Langmuir e di Freundlich. In alcuni casi i risultati sperimentali sono ben rappresentati dall’isoterma di Temkin la cui equazione è del tipo lnp = A + Bv, dove A e B sono due costanti. L’adsorbimento chimico non è istantaneo, come quello fisico, e l’equilibrio può venir raggiunto anche dopo ore; la velocità di chemiadsorbimento cresce esponenzialmente con la temperatura e quindi si può definire una energia di attivazione. L’adsorbimento chimico ha grandissima importanza nei processi di catalisi eterogenea in cui la reazione chimica ha luogo sulla superficie del catalizzatore; almeno uno dei reagenti deve venire adsorbito prima che abbia inizio la reazione e la velocità di adsorbimento può determinare la velocità della reazione.

L’adsorbimento trova molte applicazioni industriali nella deumidificazione dell’aria o di altri gas a pressione sia atmosferica sia a essa superiore (condizionamento dell’aria, essiccazione di cibi a bassa temperatura, preparazione di atmosfere controllate in forni metallurgici ecc.); altre applicazioni si hanno nel ricupero di solventi volatili, nelle maschere di protezione contro gas tossici, per la depurazione di acque inquinate. Particolari utilizzazioni dell’adsorbimento si hanno nell’analisi cromatografica. Industrialmente l’adsorbimento si applica in due modi: in sistemi a percolazione (dove il fluido da cui si devono asportare uno o più componenti passa su uno strato fisso di materiale adsorbente granulare) o a contatto (dove le fini particelle d’adsorbente sono mantenute in sospensione nel fluido, dal quale si separano, per es. per filtrazione, dopo sufficiente durata del contatto). Naturalmente l’adsorbente dopo un certo periodo si esaurisce, cioè perde la sua capacità d’adsorbimento e deve essere rigenerato o riattivato, ciò che di solito si può ottenere facendo passare sull’adsorbente vapore o gas caldo.