界面化學(xué)第七章

1、第七章 氣體在固體 表面上的吸附,一、固體表面的特點 固體表面的粗糙性 固體表面的不完整性 固體表面的不均勻性,具體 表現(xiàn)？,特點具體表現(xiàn)：,固體表面經(jīng)放大后，表面出凸凹不平； 幾乎所有晶體及其表面都會因為多種原因呈現(xiàn)不完整性。 不完整性主要有 距離相同的不同表面對吸附分子的作用能不同,表面點缺陷 非化學(xué)比 位錯,二、固體的表面能 1.使固體新表面上的分子（或原子）維持在未形成新表面前的位置上，單位長度受到的力稱為表面應(yīng)力，或稱為拉伸應(yīng)力 。 2.固體的表面張力是新產(chǎn)生的兩個固體表面的表面應(yīng)力的平均值。,3.表面張力與表面能 在一定溫度壓力下形成固體表面面積為A時，體系的吉布斯函數(shù)增量為d(A

2、Gs),它等于反抗表面張力所需的可逆功。,固體表面張力包括兩部分： 表面能的貢獻 由表面積的變化而引起表面能改變的貢獻 固體的表面張力和表面能通常是不相等的，而液體則是相等的。,三、固體表面作用 物質(zhì)和固體接觸之后，可發(fā)生以下過程 化學(xué)反應(yīng) 吸收 吸附,如氣體水與CuSO4可以化合成CuSO43H2O等。,如氣體H2與固體Pd接觸后，被吸收，實質(zhì)就是溶解,吸附是表面效應(yīng)，吸附之后，固體內(nèi)部不發(fā)生變化,吸著：有時這此過程不易區(qū)分，吸附的氣體分子可 能會擴散到固體相中，這種情況籠統(tǒng)地稱為吸著。,固體吸附氣體時的作用力有兩種： 范德瓦爾斯力 剩余化學(xué)鍵力,物理吸附,化學(xué)吸附,物理吸附和化學(xué)吸附的比較

3、,四、吸附平衡和吸附量 在溫度和吸附質(zhì)的分壓恒定的條件下，當(dāng)吸附速率與脫吸附速率相等時，即單位時間內(nèi)被吸附到固體表面上的量與脫吸附回到氣相的量相等時，達到吸附平衡。此時固體表面上的吸附量不再隨時間而變，達到一種動態(tài)平衡。,此時單位質(zhì)量的吸附量所吸附氣體的物質(zhì)的量，稱為吸附量，以a表示。 影響吸附量的因素有,吸附劑和吸附質(zhì)的本性 溫度 達到吸附平衡時吸附質(zhì)的分壓,吸附量的測定方法,五、吸附曲線 吸附曲線是反映吸附量a和溫度T和吸附平衡分壓p三者之間關(guān)系的曲線。,1.吸附等壓線,1,2,3,p1p2p3,物理吸附等壓,H2在Ni上的吸附等壓,a,a,T,T,2.物理吸附等量線,2,3,1,T,p,

4、V1V2V3,3.吸附等溫線 吸附等溫線是在溫度定時，吸附量與吸附質(zhì)平衡分壓的關(guān)系，大致有5種類型。,類型 一般是單分子層 吸附，又稱L型。 如氨在炭上的吸附， 氯乙烷在炭上的吸附等,類型 稱為S型吸附等溫線，是常見的物理吸附等溫線。出現(xiàn)拐點。,類型 不多見。如低溫下溴在硅膠上的吸附、氮在冰上的吸附。,類型 如水或乙醇在硅膠上的吸附,類型 如水在活性炭上的吸附。在低壓下就形成多分子層吸附，隨壓力增加產(chǎn)生毛細凝結(jié)。,4.吸附等溫式 基本假設(shè) 體在固體表面上的吸附是單分子層的 被吸附的分子間無相互作用力 吸附劑表面是均勻的 吸附平衡是動態(tài)平衡,Langmuir吸附等溫式,Langmuir吸附等溫式

5、適用于第1類等溫線,n和k 是經(jīng)驗常數(shù)，n一般大于1.,Freundlich吸附等溫式,基本假設(shè) 吸附可以是多分子層的 固體表面是均勻的 除第一層外，其余各層的吸附熱等于吸附質(zhì)的液化熱 各吸附層中，吸附質(zhì)在同一層上無相互作用,BET吸附等溫式,該式又稱為二常數(shù)公式。常數(shù)是Vm和C。 BET理論能夠成功地解釋吸附等溫線中的、三種類型。,六、影響氣固界面吸附的因素 1.溫度 氣體吸附是放熱過程，溫度升高時，吸附量是減小的。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)需要確定最適宜的溫度，并不是越低越好。 在物理吸附中，要有明顯的吸附作用，一般溫度控制在氣體的沸點附近。,2.壓力 無論是物理吸附還是化學(xué)吸附，增加吸附質(zhì)平衡分壓，吸附速率和吸附量都是增加的。 3.多孔性吸附劑的孔結(jié)構(gòu) 孔隙大小不但影響吸附速率，還直接影響吸附量的大小,4.吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì) 遵循相似相吸的規(guī)則 吸附質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，沸點越高，被吸附的能力越強 酸性吸附劑易吸堿性吸附質(zhì)，反之堿