Die Chemisorption ist eine spezielle Form der Adsorption, bei der im Unterschied zur Physisorption das Adsorbat durch stärkere chemische Bindungen an das Adsorbens (Substrat) gebunden wird. Durch die Chemisorption wird das Adsorbat und/oder das Adsorbens chemisch verändert.
Meistens ist die Physisorption eine Vorstufe zur Chemisorption. Die Chemisorption ist im Unterschied zur Physisorption nicht immer reversibel und erfordert häufig eine hohe Aktivierungsenergie. Die Bindungsenergie beträgt typischerweise um 800 kJ/mol (ca. 8 eV/Atom) im Gegensatz zur Physisorption mit ca. 80 kJ/mol (ca. 0,8 eV/Atom). Maximal kann eine monomolekulare Schicht adsorbiert werden.
Eine Einteilung der Sorption in Chemisorption oder Physisorption kann nicht allein auf Grund der Bindungsenergie erfolgen. Wichtigstes Kriterium für Chemisorption ist die chemische Veränderung des Adsorbats bzw. des Adsorbens. Dadurch kann in wenigen Kombinationen bereits bei niedrigen Bindungsenergien (z. B. 80 kJ/mol) eine Chemisorption vorliegen, während bei anderen Kombinationen noch bei 100 kJ/mol eine Physisorption vorliegt.
Die starke Bindung der Adsorbatmoleküle an das Substrat (meistens ein Metall) kann dazu führen, dass deren intermolekulare Bindungen ganz (Dissoziation) oder teilweise gelöst werden. Dadurch sind diese Moleküle dann in einem sehr reaktiven Zustand. Dies wird bei der Heterogenen Katalyse ausgenutzt, das Substrat wird dann Katalysator genannt.
Die Wechselwirkung mit verschiedenen Adsorbatmolekülen ist sehr unterschiedlich. Stoffe, die eine sehr hohe Bindungsenergie mit dem Substrat zeigen, können die gesamte Oberfläche besetzen und so gewünschte Reaktionen unmöglich machen. Diese unerwünschten Stoffe werden wegen dieser Eigenschaft Katalysatorgift genannt.
