Le processus qui permet à une surface solide de concentrer des molécules fluides grâce à des forces physiques est appelé l’adsorption (tandis que l'absorption est un processus par lequel des molécules liquides sont absorbées par un liquide et y sont distribuées).

L'adsorption du charbon actif : Force de dispersion de London

La force élémentaire responsable de l'adsorption physique sur charbon actif est la force de dispersion de London, une forme de force de van der Waals, résultant de l'attraction intermoléculaire. Dans le cas de l'adsorption, le charbon et l'adsorbat restent ainsi chimiquement inchangés. Cependant, lors du processus connu sous le nom d’adsorption chimique, des molécules réagissent chimiquement avec la surface du charbon (ou un imprégnant à la surface du charbon) et sont maintenues par des liens chimiques qui sont beaucoup plus forts comparés aux forces de dispersion de London. La force de dispersion de London est une interaction intermoléculaire entre les molécules (polaires et non-polaires), mais de portée extrêmement courte. Elle est responsable de la condensation de la plupart des gaz en liquides, et la raison pour laquelle les gaz à masse moléculaire plus élevée ont des points d'ébullition plus élevés. Les forces de London sont:

• Additives: la force de London observée est la somme de toutes les interactions individuelles de la molécule d'adsorbat et des plaques de graphites avoisinantes composant la structure de charbon. La magnitude de la force d'adsorption sera liée au nombre de plaques de charbon, ou à la densité du charbon, aux alentours des molécules d'adsorbat.
• Non-spécifiques: les forces de London existent entre toutes les molécules. Par conséquent, toutes les molécules s'adsorbent sur le charbon actif dans une certaine mesure, en fonction de leur pression de vapeur et de la solubilité à la température du charbon
• Indépendantes de la température: les forces de London ne sont pas affectées par la température, et donc le champ de force d'adsorption sera constant avec la température (les capacités d'adsorption du charbon seront néanmoins toujours sensibles aux changements de température de la pression de vapeur ou de la solubilité des molécules adsorbantes)
• De courte portée: la magnitude de la force de London est très sensible à la séparation entre la molécule d'adsorbat et la plaque de graphite. La force de London peut être considérée négligeable avec une séparation de plus de deux couches moléculaires environ. Par conséquent, les forces d'adsorption ne seront significatives que si les fentes ou les vides à l'intérieur de la structure de charbon (tailles des pores) comprennent moins de quatre ou cinq couches moléculaires.

Les trois premières caractéristiques des forces de London sont partagées par une autre force connue : la gravité. Les forces de London, et par conséquent les forces d'adsorption du charbon, sont analogues aux forces de gravité. Cependant, les forces de London sont de portée beaucoup plus courte, et opèrent à une échelle moléculaire plutôt qu'à une échelle astronomique.

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