第3節(jié)氣體在固體表面上的吸附

一、氣固吸附的一般常識正由于固體表面原子受力不對稱和表面結(jié)構(gòu)不均勻性，它可以吸附氣體或液體分子，使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同?！?.3氣體在固體表面上的吸附1、吸附劑和吸附質(zhì)當氣體或蒸汽在固體表面被吸附時，固體稱為吸附劑，被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)。常用的吸附劑有：硅膠、分子篩、活性炭等。為了測定固體的比表面，常用的吸附質(zhì)有：氮氣、水蒸氣、苯或環(huán)己烷的蒸汽等。2、吸附的類型具有如下特點的吸附稱為物理吸附：a、吸附力是由固體和氣體分子之間的范德華引力產(chǎn)生的，一般比較弱。b、吸附熱較小，接近于氣體的液化熱，一般在幾個kJ/mol以下。A、物理吸附d、吸附穩(wěn)定性不高，吸附與解吸速率都很快。e、吸附可以是單分子層的，但也可以是多分子層的。f、吸附不需要活化能，吸附速率并不因溫度的升高而變快?？傊何锢砦絻H僅是一種物理作用，沒有電子轉(zhuǎn)移，沒有化學鍵的生成與破壞，也沒有原子重排等。c、吸附無選擇性，任何固體可以吸附任何氣體，當然吸附量會有所不同。B、化學吸附具有如下特點的吸附稱為化學吸附：a、吸附力是由吸附劑與吸附質(zhì)分子之間產(chǎn)生的化學鍵力，一般較強。b、吸附熱較高，接近于化學反應熱，一般在40kJ/mol以上。c、吸附有選擇性，固體表面的活性位只吸附與之可發(fā)生反應的氣體分子，如酸位吸附堿性分子，反之亦然。d、吸附很穩(wěn)定，一旦吸附，就不易解吸。e、吸附是單分子層的。f、吸附需要活化能，溫度升高，吸附和解吸速率加快?？傊夯瘜W吸附相當與吸附劑表面分子與吸附質(zhì)分子發(fā)生了化學反應，在紅外、紫外-可見光譜中會出現(xiàn)新的特征吸收帶。不能將物理吸附與化學吸附截然分開。3、吸附量的表示吸附量通常有兩種表示方法：(1)單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體物質(zhì)的量；單位：mol·g-1(2)單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的體積。體積要換算成標準狀況(STP)單位：m3·g-14、吸附量與溫度、壓力的關(guān)系對于一定的吸附劑與吸附質(zhì)的體系，達到吸附平衡時，吸附量是溫度和吸附質(zhì)壓力的函數(shù)，即：通常固定一個變量，求出另外兩個變量之間的關(guān)系，例如：(1)T=常數(shù)，q=f(p)，得吸附等溫線。(2)p=常數(shù)，q=f(T)，得吸附等壓線。(3)q=常數(shù)，p=f(T)，得吸附等量線。5、吸附等溫線的類型從吸附等溫線可以反映出吸附劑的表面性質(zhì)、孔分布以及吸附劑與吸附質(zhì)之間的相互作用等有關(guān)信息。常見的吸附等溫線有如下5種類型：(圖中p/ps稱為比壓，ps是吸附質(zhì)在該溫度時的飽和蒸汽壓，p為吸附質(zhì)的壓力)二、Langmuir吸附等溫式Langmuir吸附等溫式描述了吸附量與被吸附蒸汽壓力之間的定量關(guān)系。他在推導該公式的過程引入了四個重要假設(shè)：(1)吸附是單分子層的；(2)

固體表面是均勻的；(3)被吸附分子之間無相互作用；(4)吸附平衡是動態(tài)平衡。則空白表面為(1-θ

)達到平衡時，吸附與脫附速率相等。v(吸附)=k1p(1-θ)Nv(脫附)=k-1θN設(shè)：表面覆蓋度θθ

=已被吸附質(zhì)覆蓋的固體表面積固體總的表面積k1p(1-θ

)=k-1θk1p(1-θ)=k-1θ這公式稱為Langmuir吸附等溫式，式中b稱為吸附系數(shù)，它的大小代表了固體表面吸附氣體能力的強弱程度。設(shè)b=k1/k-1，單位：Pa-1，得：將θ

=V/Vm代入Langmuir吸附公式重排后可得：這是Langmuir吸附公式的又一表示形式。用實驗數(shù)據(jù)，以~作圖得一直線，從斜率和截距求出吸附系數(shù)b和鋪滿單分子層的氣體體積Vm。Vm是一個重要參