Diese Phänomene tauchen überall in der Katalyse auf und beschreiben, wie Gasmoleküle an der Katalysatoroberfläche „kleben“.

Haften Atome, Ionen oder Moleküle aus Gasen oder Flüssigkeiten an einer Oberfläche, spricht man von Adsorption (Achtung, Absorption meint das Volumen). Will man es genauer wissen, so gibt es einerseits die Chemisorption mit starken, festen chemischen Bindungen wie CO-Pt und andererseits die Physisorption mit schwacher Bindung wie Wasser auf Oxiden, also reversibel. Die Bindungsenergien von Chemi- vs. Physisorption betragen ca. 800 zu 80 kJ/mol (ca. 8 zu 0,8 eV/Atom). Nun detaillierter:

Chemisorption:

• chemische Adsorption tritt auf, wenn es eine „ordentliche“ chemische Bindung zwischen der adsorbierten Spezies und der Oberfläche gibt
• die Bindungen bei der Chemisorption sind stark: kovalent oder ionisch
• Chemisorption ist hochspezifisch, da sie eine hohe Affinität zwischen der Oberfläche und den adsorbierten Molekülen erfordert
• sie tritt auch bei höheren Temperaturen auf, da kann die Aktivierungsenergie überwunden werden
• das Ergebnis des oben gesagten ist die Monolayer-Bildung, da die Adsorbatmoleküle eine feste Bindung zu den Oberflächenmolekülen eingehen
• Anwendung: Dispersionsbestimmung von feinverteiltem Platin in Edelmetallkatalysatoren mit CO-Titrierung; Sauerstoffkapazität von Pd-Katalysatoren; aber auch NiO-Reduktion mit Wasserstoff. C&CS setzt dazu die „Autochem 2930“ von Micromeritics ein.

Physisorption:

• die physikalische Adsorption beruht auf Dipol- oder van-der-Waals-Kräften, die relativ schwach sind im Vergleich zu chemischen Bindungen
• die Bindungsstärke ist gering, deshalb kann auch „ausgeheizt“ werden
• Physisorption ist wenig spezifisch und kann bei einer Vielzahl von Molekülen und Oberflächen auftreten; daraus folgt die:
• Multilayer-Bildung: Bildung von mehreren Lagen übereinander auf der Oberfläche.
• Physisorption tritt bevorzugt bei niedrigeren Temperaturen auf, da die Moleküle auf der Oberfläche haften bleiben.
• Anwendung: Bestimmung der internen Oberfläche von Katalysatoren mit der BET-Methode, Angabe m2/g. C&CS setzt dazu die „NOVAtouch“ von Anton Paar Inc. ein.