Адсорбция (от лат. ad — на, при и sorbeo — поглощаю) — увеличение концентрации вещества на границе раздела фаз. Адсорбция происходит из жидкой или газовой фазы на границе раздела газ/твердое, газ/жидкость, жидкость/жидкость, жидкость/твердое. Количественно адсорбцию выражают величинами избыточной (Гиббсовой) адсорбции Г, или абсолютной адсорбции а. В зависимости от характера взаимодействия между молекулами адсорбата и адсорбентом адсорбцию подразделяют на физическую и химическую (хемосорбцию).
Для данной пары веществ адсорбент — адсорбат адсорбция определяется двумя параметрами состояния — концентрацией С (или давлением паров Р) адсорбтива и температурой Т. Наиболее часто рассматривают изотермы адсорбции. Формы изотерм адсорбции разнообразны. Согласно классификации, предложенной С. Брунауэром, можно выделить пять основных типов изотерм адсорбции, которые отражают характер адсорбционных взаимодействий между поверхностью и адсорбируемым веществом.
Адсорбция — самопроизвольный энергетически выгодный процесс. При адсорбции происходит уменьшение поверхностной энергии адсорбента за счет изменения химического состава (химического потенциала) поверхности. Это положение лежит в основе фундаментального уравнения адсорбции Гиббса. Входящую в это уравнение величину, отражающую изменение σ при изменении С на (поверхностную активность) обозначают символом G (в честь Дж. Гиббса), единицы измерения [Гиббс]. Поверхностную активность можно определить как тангенс угла наклона касательной к изотерме поверхностного натяжения, или с помощью уравнений одного из уравнений (уравнения Ленгмюра, Шишковского и Фрумкина), которые являются частными случаями уравнения Гиббса и включают эмпирические постоянные. Поверхностная активность — важнейшая характеристика поверхностно-активных веществ (ПАВ), отражающая способность вещества при адсорбции на границе раздела жидкость — газ снижать поверхностное натяжение. Изучение адсорбции ПАВ на поверхности жидкости (пленки Ленгмюра — Блоджетт) позволяет по значению предельной адсорбции Г∞ получить параметры мономолекулярного слоя, соответствующие размерам молекул ПАВ.
Особое значение имеет адсорбция на твердых адсорбентах. На этом явлении основана адсорбционная хроматография. Предпринимались неоднократные попытки математического описания изотермы адсорбции, однако единой теории и уравнения адсорбции до сих пор не разработано. В области очень малых концентраций зависимость а от С описывается эмпирическим линейным уравнением Генри, по мере увеличения концентрации реальная изотерма отклоняется от линейной зависимости и становится справедливым уравнение Фрейндлиха.
Первое теоретическое уравнение, полностью описывающее изотерму адсорбции I типа, было предложено Ивингом Ленгмюром в 1914 году. Теория Ленгмюра описывает образование мономолекулярного адсорбционного слоя при адсорбции на локализованных адсорбционных центрах твердой поверхности. В последующие годы различные авторы развивали теорию изотермы адсорбции, ослабляя категоричность постулатов, лежащих в основе классической модели Ленгмюра. Еще сам Ленгмюр показал, как изменится уравнение изотермы, если считать адсорбционные центры энергетически неоднородными. Р. Фаулер и Э. Гугенгейм, а также Я. де-Бур и Т. Хилл получили уравнения изотермы адсорбции, в которых учитываются взаимодействия адсорбированных молекул между собой. С. Брунауэр, П. Эмметт и Э. Теллер отказались от допущения Ленгмюра, приводящего к мономолекулярной адсорбции. Эти авторы разработали теорию полимолекулярной адсорбции (теорию БЭТ), по начальным буквам фамилий ее авторов. Теория БЭТ описывает все пять видов изотерм адсорбции. Другая теория полимолекулярной адсорбции была предложена М. Поляни (Полани) – потенциальная теория адсорбции, наиболее широко ее используют для описания адсорбции на пористых адсорбентах. В середине 30-х годов XX века М.М. Дубининым была создана теория адсорбции на микропористых адсорбентах с размерами пор до 2 нм (теория объемного заполнения микропор).
Для более крупных мезопор с радиусами от 2 до 200 нм характерен послойный механизм адсорбции, завершающийся капиллярной конденсацией. Теория капиллярной конденсации, разработанная в 1911 году Р. Зигмонди, не является собственно адсорбционной. В ее основе лежит уравнение Томсона (Кельвина), связывающее давление пара над искривленной поверхностью с радиусом кривизны поверхности жидкости в порах адсорбента.