Desorption
ڈیسرپشن وہ جسمانی عمل ہے جہاں جذب شدہ ایٹم یا مالیکیول کسی سطح سے آس پاس کے خلا یا سیال میں چھوڑے جاتے ہیں۔ یہ اس وقت ہوتا ہے جب ایک مالیکیول ایکٹیویشن رکاوٹ اور بائنڈنگ توانائی پر قابو پانے کے لیے کافی توانائی حاصل کرتا ہے جو اسے سطح سے منسلک رکھتا ہے۔ ڈیسرپشن جذب کے عمل کا الٹا ہے، جو اس جذب میں جذب سے مختلف ہے۔ اس سے مراد سطح سے جڑے مادے ہیں، بجائے اس کے کہ وہ بلک میں جذب ہو جائیں۔ ڈیسرپشن کئی عملوں میں سے کسی سے، یا ان کے امتزاج سے ہو سکتا ہے: یہ حرارت (تھرمل توانائی) ؛ واقع روشنی جیسے اورکت، مرئی، یا بالائے بنفشی فوٹون ؛ یا الیکٹرانوں جیسے توانائی بخش ذرات کی ایک واقع بیم کا نتیجہ ہو سکتا ہے۔ یہ کیمیائی رد عمل کے بعد بھی ہو سکتا ہے جیسے کہ آکسیکرن یا برقی کیمیائی خلیے میں کمی یا جذب شدہ مرکبات کے کیمیائی رد عمل کے بعد جس میں سطح ایک اتپریرک کے طور پر کام کر سکتی ہے۔ ڈیسرپشن میکانزم ایڈسوربنٹ ٹو سرفیس بانڈ کی نوعیت پر منحصر ہے، ڈیسرپشن کے لیے بہت سے میکانزم موجود ہیں۔ سوربنٹ کی سطح کے بندھن کو کیمیائی رد عمل یا تابکاری کے ذریعے تھرمل طور پر الگ کیا جا سکتا ہے، جس کے نتیجے میں پرجاتیوں کی نکاسی ہو سکتی ہے۔ تھرمل ڈسورپشن وہ عمل ہے جس کے ذریعے ایڈسوربیٹ کو گرم کیا جاتا ہے اور اس سے سطح سے ایٹموں یا مالیکیولز کا ڈسورپشن ہوتا ہے۔ تھرمل ڈیسرپشن کا پہلا استعمال 1948 میں لیرائے اپکر نے کیا تھا۔ یہ نکاسی کے سب سے زیادہ استعمال ہونے والے طریقوں میں سے ایک ہے، اور ایڈسوربیٹس کے سطح کے احاطے کا تعین کرنے اور نکاسی کی فعال توانائی کا اندازہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تھرمل ڈسورپشن کو عام طور پر پولانی-وگنر مساوات کے ذریعے بیان کیا جاتا ہے: جہاں r ڈسورپشن کی شرح ہے، ایڈسوربیٹ کوریج ہے، t وقت، n ڈسورپشن کا آرڈر ہے، پری ایکسپونینشل فیکٹر، E ایکٹیویشن انرجی ہے، R گیس مستقل ہے اور T مطلق درجہ حرارت ہے۔ ایڈسوربیٹ کوریج کو زیر قبضہ اور دستیاب ایڈسورپشن سائٹس کے درمیان تناسب کے طور پر بیان کیا گیا ہے۔ ڈسورپشن کا آرڈر، جسے کینیٹک آرڈر بھی کہا جاتا ہے، ایڈسوربیٹ کوریج اور ڈسورپشن کی شرح کے درمیان تعلق کو بیان کرتا ہے۔ فرسٹ آرڈر ڈسورپشن میں، ذرات کی شرح ایڈسوربیٹ کوریج کے براہ راست متناسب ہوتی ہے۔ جوہری یا سادہ مالیکیولر ڈسورپشن پہلی ترتیب کا ہوتا ہے اور اس صورت میں جس درجہ حرارت پر زیادہ سے زیادہ ڈسورپشن ہوتا ہے وہ ابتدائی ایڈسوربیٹ کوریج سے آزاد ہوتا ہے۔ جبکہ، سیکنڈ آرڈر ڈیسرپشن میں ڈیسرپشن کی زیادہ سے زیادہ شرح کا درجہ حرارت ابتدائی ایڈسوربیٹ کوریج میں اضافے کے ساتھ کم ہوتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ سیکنڈ آرڈر ری کمبی نیٹو ڈیسرپشن ہے اور ایک بڑی ابتدائی کوریج کے ساتھ اس بات کا زیادہ امکان ہے کہ دونوں ذرات ایک دوسرے کو تلاش کر لیں گے اور ڈیسرپشن پروڈکٹ میں دوبارہ مل جائیں گے۔ سیکنڈ آرڈر ڈسورپشن کی ایک مثال یہ ہے کہ جب سطح پر دو ہائیڈروجن ایٹم ڈسورب ہوتے ہیں اور ایک گیسس مالیکیول بناتے ہیں۔ زیروتھ آرڈر ڈسورپشن بھی ہوتا ہے جو عام طور پر موٹی سالماتی تہوں پر ہوتا ہے، اس صورت میں ڈسورپشن کی شرح ذرہ کے ارتکاز پر منحصر نہیں ہوتی ہے۔ زیروتھ آرڈر کی صورت میں، ڈیسرپشن درجہ حرارت کے ساتھ اس وقت تک بڑھتا رہے گا جب تک کہ تمام مالیکیولز کے ڈیسرب ہونے کے بعد اچانک گراوٹ نہ آجائے۔ ایک عام تھرمل ڈسورپشن تجربے میں، کوئی بھی اکثر نمونے کو مستقل طور پر گرم کرنے کا فرض کرے گا، اور اس لیے وقت کے ساتھ درجہ حرارت لکیری طور پر بڑھے گا۔ حرارت کی شرح کی نمائندگی اس سے کی جا سکتی ہے۔ لہذا، درجہ حرارت کی نمائندگی اس طرح کی جا سکتی ہے: جہاں آغاز کا وقت ہے اور ابتدائی درجہ حرارت ہے۔ "ڈیسرپشن درجہ حرارت" پر، مالیکیولز کے لیے سطح سے نکلنے کے لیے کافی تھرمل توانائی ہوتی ہے۔ دھات کی بائنڈنگ توانائی کی تحقیقات کے لیے تھرمل ڈسورپشن کو ایک تکنیک کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تھرمل ڈسورپشن کا تجزیہ کرنے کے لیے کئی مختلف طریقہ کار ہیں۔ مثال کے طور پر، ریڈ ہیڈ کا چوٹی زیادہ سے زیادہ طریقہ ڈیزورپشن تجربات میں ایکٹیویشن انرجی کا تعین کرنے کے طریقوں میں سے ایک ہے۔ فرسٹ آرڈر ڈسورپشن کے لیے، ایکٹیویشن انرجی کا تخمینہ اس درجہ حرارت (ٹی پی) سے لگایا جاتا ہے جس پر ڈسورپشن کی شرح زیادہ سے زیادہ ہوتی ہے۔ تخفیف کی شرح (پولیانی وائنر مساوات) کے لیے مساوات کا استعمال کرتے ہوئے، کوئی ٹی پی تلاش کر سکتا ہے، اور ریڈ ہیڈ سے پتہ چلتا ہے کہ ٹی پی اور ای کے درمیان تعلق کو لکیری ہونے کا تخمینہ لگایا جا سکتا ہے، یہ دیکھتے ہوئے کہ شرح مستقل اور حرارت کی شرح کا تناسب 10-10 کی حد میں ہے۔ حرارت کی شرح کو تبدیل کرکے، اور پھر مخالف کا گراف لگا کر، کوئی بھی درج ذیل مساوات کا استعمال کرتے ہوئے ایکٹیویشن انرجی کو تلاش کر سکتا ہے: یہ طریقہ سیدھا ہے، معمول کے مطابق لاگو ہوتا ہے اور 30 فیصد کی غلطی کے اندر ایکٹیویشن انرجی کی قدر دے سکتا ہے۔ تاہم اس طریقہ کار کی ایک خرابی یہ ہے کہ پولانی-وگنر مساوات میں شرح مستقل اور ایکٹیویشن توانائی کو سطح کی کوریج سے آزاد سمجھا جاتا ہے۔ کمپیوٹیشنل طاقت میں بہتری کی وجہ سے، شرح مستقل اور ایکٹیویشن توانائی کی آزادی کو فرض کیے بغیر تھرمل ڈسورپشن تجزیہ انجام دینے کے اب کئی طریقے ہیں۔ مثال کے طور پر، "مکمل تجزیہ" کا طریقہ کئی مختلف سطح کے احاطے کے لیے نکاسی منحنی خطوط کے ایک خاندان کا استعمال کرتا ہے اور درجہ حرارت کی تقریب کے طور پر احاطہ حاصل کرنے کے لیے مربوط ہوتا ہے۔ اس کے بعد، کسی خاص کوریج کے لیے ڈسورپشن کی شرح کا تعین ہر منحنی خطوط سے کیا جاتا ہے اور 1/T کے مقابلے میں ڈسورپشن کی شرح کے لوگارتھم کا آرہینیئس پلاٹ بنایا جاتا ہے۔ آرہینیئس پلاٹ کی ایک مثال دائیں طرف کی شکل میں دیکھی جا سکتی ہے۔ ایکٹیویشن انرجی اس آرہینیئس پلاٹ کے میلان سے مل سکتی ہے۔ تجزیہ کی ایک اور تکنیک میں تھرمل ڈسورپشن سپیکٹر کی تقلید اور تجرباتی ڈیٹا سے موازنہ کرنا شامل ہے۔ یہ تکنیک حرکی مونٹی کارلو تخروپن پر انحصار کرتی ہے اور جذب شدہ ایٹموں کے جالی تعاملات کو سمجھنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ ان تعاملات کو لیٹیس گیس ہیملٹنین کے پہلے اصولوں سے بیان کیا گیا ہے، جو ایٹموں کی ترتیب کے لحاظ سے مختلف ہوتا ہے۔ روڈیم سے آکسیجن کے جذب ہونے کی تحقیقات کے لیے استعمال ہونے والے اس طریقہ کار کی ایک مثال درج ذیل مقالے میں مل سکتی ہے: "O/Rh (111) کے درجہ حرارت کے پروگرام شدہ جذب ہونے کی حرکی مونٹی کارلو تخروپن"۔ تخفیف یا آکسیڈیٹیو ڈیسرپشن بعض صورتوں میں، جذب شدہ مالیکیول کیمیائی طور پر سطح/مواد سے جڑا ہوتا ہے، جو ایک مضبوط چپکنے اور محدود ڈیسرپشن فراہم کرتا ہے۔ اگر ایسا ہے تو، نکاسی کے لیے کیمیائی رد عمل کی ضرورت ہوتی ہے جو کیمیائی بندھنوں کو الگ کرتا ہے۔ اس کو پورا کرنے کا ایک طریقہ سطح پر وولٹیج لگانا ہے، جس کے نتیجے میں جذب شدہ مالیکیول میں کمی یا آکسیکرن ہوتا ہے (تعصب اور جذب شدہ مالیکیول پر منحصر ہے)۔ تخفیف تخفیف کی ایک عام مثال میں، سونے کی سطح پر الکائل تھائولز کے خود جمع شدہ مونو لیئرز کو سطح پر منفی تعصب لگا کر ہٹایا جا سکتا ہے جس کے نتیجے میں سلفر ہیڈ گروپ میں کمی واقع ہوتی ہے۔ اس عمل کے لیے کیمیائی تعامل یہ ہوگا: جہاں R ایک الکائل سلسلہ ہے (مثال کے طور پر۔ CH3)، S تھائول گروپ کا سلفر ایٹم ہے، Au سونے کی سطح کا ایٹم ہے اور e− بیرونی وولٹیج ماخذ کے ذریعہ فراہم کردہ الیکٹران ہے۔ تخفیف/آکسیڈیٹیو ڈسورپشن کے لیے ایک اور ایپلی کیشن الیکٹرو کیمیکل ری جنریشن کے ذریعے فعال کاربن مواد کو صاف کرنا ہے۔ الیکٹران-محرک ڈسورپشن الیکٹران-محرک ڈسورپشن خلا میں کسی سطح پر الیکٹران بیم کے واقعے کے نتیجے میں ہوتا ہے، جیسا کہ ذرہ طبیعیات اور اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی (SEM) جیسے صنعتی عمل میں عام ہے۔ ماحولیاتی دباؤ پر، مالیکیول سطحوں سے کمزور طور پر جڑے ہو سکتے ہیں جسے ایڈسورپشن کہا جاتا ہے۔ یہ مالیکیول بالکل ہموار سطح کے لیے 1015 ایٹم/سینٹی میٹر 2 کی کثافت پر یک پرت تشکیل دے سکتے ہیں۔ مالیکیولز کی بانڈنگ کی صلاحیتوں کے لحاظ سے ایک یک پرت یا کئی بن سکتی ہیں۔ اگر کوئی الیکٹران بیم سطح پر واقع ہوتا ہے، تو یہ جذب شدہ یک پرت (ز) میں مالیکیولز کے ساتھ سطح کے بندھن کو توڑنے کے لیے توانائی فراہم کرتا ہے، جس سے نظام میں دباؤ بڑھتا ہے۔ ایک بار جب کسی مالیکیول کو ویکیوم حجم میں خارج کر دیا جاتا ہے، تو اسے ویکیوم کے پمپنگ میکانزم کے ذریعے ہٹا دیا جاتا ہے (دوبارہ جذب کرنا نہ ہونے کے برابر ہے)۔ لہذا، نکاسی کے لیے کم مالیکیول دستیاب ہیں، اور مسلسل نکاسی کو برقرار رکھنے کے لیے الیکٹرانوں کی بڑھتی ہوئی تعداد کی ضرورت ہوتی ہے۔ الیکٹران اسٹیمولیٹڈ ڈسورپشن کے سرکردہ ماڈلز میں سے ایک کو پیٹر انتونیویز نے بیان کیا ہے۔ مختصر طور پر، ان کا نظریہ یہ ہے کہ ایڈسوربیٹ انسیٹنٹ الیکٹرانوں کے ذریعے آئنائز ہو جاتا ہے اور پھر آئن ایک امیج چارج پوٹینشل کا تجربہ کرتا ہے جو اسے سطح کی طرف راغب کرتا ہے۔ جیسے جیسے آئن سطح کے قریب ہوتا ہے، سبسٹریٹ سے الیکٹران ٹنلنگ کا امکان بڑھتا ہے اور اس عمل کے ذریعے آئن کو غیر جانبدار کیا جا سکتا ہے۔ غیر جانبدار آئن میں اب بھی پہلے سے حرکی توانائی ہوتی ہے، اور اگر یہ توانائی اور حاصل شدہ ممکنہ توانائی بائنڈنگ توانائی سے زیادہ ہے تو آئن سطح سے خارج ہو سکتا ہے۔ چونکہ اس عمل کے لیے آئنائزیشن کی ضرورت ہوتی ہے، اس سے پتہ چلتا ہے کہ ایٹم کم محرک توانائیوں پر خارج نہیں ہو سکتا، جو الیکٹران مصنوعی خارج ہونے کے تجرباتی اعداد و شمار سے اتفاق کرتا ہے۔ الیکٹران اسٹیمولیٹڈ ڈیسرپشن کو سمجھنا لارج ہیڈرون کولائڈر جیسے ایکسلریٹرز کے لیے اہم ہے، جہاں سطحوں پر توانائی سے بھرپور الیکٹرانوں کی شدید بمباری ہوتی ہے۔ خاص طور پر، بیم ویکیوم سسٹمز میں گیسوں کا خارج ہونا سطحوں کی ثانوی الیکٹران کی پیداوار میں ترمیم کرکے ایکسلریٹرز کی کارکردگی کو مضبوطی سے متاثر کر سکتا ہے۔ آئی آر فوٹوڈاسورپشن ایک قسم کا ڈیسرپشن ہے جو اس وقت ہوتا ہے جب اورکت روشنی کسی سطح سے ٹکراتی ہے اور اس عمل کو چالو کرتی ہے جس میں پہلے جذب شدہ مالیکیولز کے اندرونی کمپن موڈ کی حوصلہ افزائی شامل ہوتی ہے جس کے بعد پرجاتیوں کو گیس مرحلے میں خارج کیا جاتا ہے۔ کوئی بھی منتخب طور پر ایڈسوربیٹ یا ایڈسوربیٹ-سبسٹریٹ جوڑے ہوئے نظام کے الیکٹرانوں یا کمپنوں کو متحرک کر سکتا ہے۔ بندھنوں کی یہ نرمی ایک ساتھ مل کر واقعے کی روشنی سے نظام میں کافی توانائی کے تبادلے کے ساتھ بالآخر نکاسی کا باعث بنے گی۔ عام طور پر، یہ رجحان کمزور باؤنڈ فزی سوربڈ پرجاتیوں کے لیے زیادہ موثر ہے، جن میں کیمی سوربڈ پرجاتیوں کے مقابلے میں جذب کرنے کی صلاحیت کی گہرائی کم ہوتی ہے۔ در حقیقت، ایک اتلی صلاحیت کے لیے کم لیزر کی شدت کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ کسی مالیکیول کو سطح سے آزاد کیا جا سکے اور آئی آر فوٹوڈسرپشن کے تجربات کو ممکن بنایا جا سکے، کیونکہ ناپا ہوا ڈیسرپشن کا وقت عام طور پر مسئلہ میں دیگر نرمی کی شرحوں کے الٹا سے زیادہ ہوتا ہے۔ فونون ایکٹیویٹڈ ڈیزورپشن 2005 میں جان ویور اور دیگر نے ڈیزورپشن کا ایک طریقہ دریافت کیا۔ جس میں تھرمل اور الیکٹران محرک دونوں کے عناصر ہوتے ہیں۔ یہ طریقہ خاص دلچسپی کا حامل ہے کیونکہ بیرونی محرک کے بغیر بند نظام میں جذب ہو سکتا ہے۔ اسکیننگ ٹنلنگ مائکروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے سلیکون پر جذب ہونے والے برومین کی تحقیقات کے دوران اس موڈ کا پتہ چلا۔ تجربے میں، سی-بر ویفرز کو 620 سے 775 کے درجہ حرارت تک گرم کیا گیا۔ تاہم، یہ سادہ تھرمل ڈسورپشن بانڈ بریکنگ نہیں تھی جو مشاہدہ کی گئی کیونکہ آرہینیئس پلاٹس سے شمار کی گئی ایکٹیویشن توانائیاں سی-بر بانڈ کی طاقت سے کم پائی گئیں۔ اس کے بجائے، سلیکن کے نظری فونون کمپن کے ذریعے سطح کے بندھن کو کمزور کرتے ہیں اور الیکٹران کو اینٹی بانڈنگ حالت میں جوش پیدا کرنے کے لیے توانائی بھی فراہم کرتے ہیں۔ ایپلیکیشن ڈیسرپشن ایک جسمانی عمل ہے جو کئی ایپلی کیشنز کے لیے بہت مفید ہو سکتا ہے۔ اس حصے میں تھرمل ڈسورپشن کے دو استعمال بیان کیے گئے ہیں۔ ان میں سے ایک دراصل تھرمل ڈسورپشن کی ایک تکنیک ہے، خود ایک ایپلی کیشن کے بجائے درجہ حرارت پروگرام شدہ ڈسورپشن، لیکن اس کے بہت سارے اہم استعمال ہیں۔ دوسرا آلودگی کو کم کرنے کے مقصد سے تھرمل ڈسورپشن کا اطلاق ہے۔ ٹمپریچر پروگرامڈ ڈیسرپشن (ٹی پی ڈی) ٹمپریچر پروگرامڈ ڈیسرپشن (ٹی پی ڈی) میٹریل ریسرچ سائنس کے لیے دستیاب سب سے زیادہ استعمال ہونے والی سطح کے تجزیے کی تکنیکوں میں سے ایک ہے۔ اس کے کئی استعمال ہیں جیسے کیمیائی مرکبات اور عناصر کی جذب کی شرح اور بائنڈنگ توانائیوں کو جاننا، اتپریرک کی سطحوں پر فعال مقامات کا جائزہ لینا اور جذب، سطح کے رد عمل اور جذب سمیت اتپریرک رد عمل کے طریقہ کار کو سمجھنا، مادی ساختوں کا تجزیہ کرنا، سطح کے تعاملات اور سطح کے آلودگیوں کا تجزیہ کرنا۔ لہذا، ٹی پی ڈی بہت سی صنعتوں میں تیزی سے اہم ہوتا جا رہا ہے، بشمول پولیمر، دواسازی، مٹی اور معدنیات، فوڈ پیکیجنگ، اور دھاتوں اور مرکب دھاتوں جیسی مصنوعات پر کوالٹی کنٹرول اور صنعتی تحقیق، لیکن ان تک محدود نہیں۔ جب ٹی پی ڈی کا استعمال ان مصنوعات کے جذب ہونے کی شرحوں کو جاننے کے مقصد سے کیا جاتا ہے جو پہلے کسی سطح پر جذب کیے گئے تھے، تو یہ ایک سرد کرسٹل کی سطح کو گرم کرنے پر مشتمل ہوتا ہے جو گیس یا گیسوں کے مرکب کو کنٹرول شدہ شرح پر جذب کرتا ہے۔ پھر، ایڈسوربیٹس گرم ہوتے ہی رد عمل ظاہر کریں گے اور پھر وہ سطح سے خارج ہو جائیں گے۔ ٹی پی ڈی لگانے کے نتائج ہر پروڈکٹ پرجاتیوں کی نکاسی کی شرح ہیں جو سطح کے درجہ حرارت کی تقریب کے طور پر نکاسی کی گئی ہیں، اسے پروڈکٹ کا ٹی پی ڈی سپیکٹرم کہا جاتا ہے۔ نیز، جیسا کہ اس درجہ حرارت کو جانا جاتا ہے جس پر ہر سطح کے مرکبات کو خارج کیا گیا ہے، اس توانائی کا حساب لگانا ممکن ہے جو خارج شدہ مرکب کو سطح سے منسلک کرتی ہے، ایکٹیویشن توانائی۔ آلودگی کو ہٹانے کے لیے تھرمل ڈسورپشن، خاص طور پر تھرمل ڈسورپشن، کو ماحولیاتی تدارک کی تکنیک کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یہ جسمانی عمل ٹھوس میٹرکس سے 90 سے 560 ڈگری سیلسیس تک کے نسبتا کم درجہ حرارت پر آلودگیوں کو دور کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ آلودہ میڈیا کو پانی اور نامیاتی آلودگیوں کو آلودہ کرنے کے لیے گرم کیا جاتا ہے، اس کے بعد گیس ٹریٹمنٹ سسٹم میں ٹریٹمنٹ کیا جاتا ہے جس میں ہٹانے کے بعد آلودگیوں کو جمع کیا جاتا ہے یا تھرمل طور پر تباہ کیا جاتا ہے۔ انہیں کم زہریلے مرکبات میں ہٹانے/تبدیل کرنے کے لیے ایک کیریئر گیس یا ویکیوم کا استعمال کرتے ہوئے بخارات کے علاج کے نظام میں منتقل کیا جاتا ہے۔ تھرمل ڈسورپشن سسٹم کم ڈیزائن درجہ حرارت پر کام کرتے ہیں، جو نامیاتی آلودگیوں کی مناسب اتار چڑھاؤ کو حاصل کرنے کے لیے کافی زیادہ ہے۔ درجہ حرارت اور رہائش کے اوقات منتخب آلودگیوں کو غیر مستحکم کرنے کے لیے بنائے گئے ہیں لیکن عام طور پر ان کو آکسائڈائز نہیں کریں گے۔ یہ ان جگہوں پر لاگو ہوتا ہے جہاں زیادہ براہ راست فضلہ دفن ہوتا ہے، اور سائٹ کے مسلسل استعمال یا دوبارہ تعمیر کی اجازت دینے کے لیے ایک مختصر وقت کی حد ضروری ہے۔ مزید دیکھیں ایڈسورپشن ڈسورپٹو کیپیسٹی سورپشن آئسوتھرم کیمیسورپشن گبز آئسوتھرم نمی سورپشن آئسوتھرم لینگموائر مساوات حوالہ جات سرفیس سائنس ویڈیو کلپس پر مشتمل مضامین