《ch9表面现象》PPT课件

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1、10.3固体表面同液体表面分子一样，固体表面分子也存在着受力不对称现象。但固体不能像液体表面那样通过收缩表面来降低表面自由能，它只有通过吸附其他物质，降低其表面张力，进而降低表面吉布斯自由能。1.吸附概念吸附：在相界面上某种物质的浓度不同于体相浓度的现象叫做吸附。吸附剂和吸附质:当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为吸附剂，被吸附的气体称为吸附质。常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。按固体表面分子对被吸附分子作用力的性质的不同,可分为：a.物理吸附固体和气体分子之间的吸附力是范德华引力。物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学

2、键的生成与破坏，也没有原子重排等。b.化学吸附固体和气体分子之间的吸附力是化学键力。化学吸附相当于吸附剂表面分子与吸附质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中会出现新的特征吸收带。2.吸附类型：物理吸附与化学吸附（1）物理吸附特点1.吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引力产生的，一般比较弱。2.吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个kJ/mol以下。3.吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体，当然吸附量会有所不同。4.吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。5.吸附可以是单分子层的，也可以是多分子层的。6.吸附不需要活化能，吸附速率

3、并不因温度的升高而变快。（2）化学吸附的特点1.吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的化学键力，一般较强。2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在40kJ/mol以上。3.吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与之可发生反应的气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦然。4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。5.吸附是单分子层的。6.吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速率加快。物理吸附与化学吸附的比较物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学健力吸附层数单层或多层单层吸附热小(近似液化热)大(近似反应热)选择性无较强可逆性和稳定性可逆，稳定性不高不可逆，稳

4、定性高吸附平衡易达到不易达到吸附活化能不需要需要r吸和r解的关系T↑，r吸和r解并不变快T↑l，r吸和r解加快3、吸附量(1)吸附量的表示①单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。q=V/m单位：m3·g-1体积要换算成标准状况(STP)②单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。q=n/m单位：mol·g-1吸附量通常有两种表示方法：(2)吸附量与温度、压力的关系对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸附量q是温度T和吸附质压力p的函数，即：q=f(T,p)通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如：①T=常数，q=f(p)，得吸附等

5、温线。②p=常数，q=f(T)，得吸附等压线。③q=常数，p=f(T)，得吸附等量线。4、吸附等温线的类型人们根据大量的实验结果，将等温吸附线归纳成五种类型。常见的吸附等温线有如下5种类型(图中p/ps称为比压，ps是吸附质在该温度时的饱和蒸汽压，p为吸附质的压力)：。(Ⅰ)在2.5nm以下微孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。例如78K时N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子筛上的吸附。Ⅰ单分子层吸附(Ⅱ)常称为S型等温线。吸附剂孔径大小不一，发生多分子层吸附。在比压接近1时，发生毛细管孔凝现象。Ⅱ(Ⅲ)这种类型较少见。当吸附剂和吸附质相互

6、作用很弱时会出现这种等温线，如352K时，Br2在硅胶上的吸附。Ⅲ(Ⅳ)多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时，有毛细凝聚现象。例如在323K时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。(Ⅴ)发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。例如373K时，水汽在活性炭上的吸附属于这种类型。5、郎缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸汽压力之间的定量关系。他在推导该公式的过程引入了两个重要假设：(1)吸附是单分子层的；(2)固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用。设：表面覆盖度θ=V/Vm,则空白表

7、面为(1-θ)(V为吸附体积，Vm为吸满单分子层的体积)r(吸附)=kap(1-θ)，r(脱附)=kdθ达到平衡时，r(吸附)=r(脱附)即，ka=p(1-θ)=kdθ设a=ka/kd得：式中a称为吸附系数，它的大小代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。以θ对p作图，得图：■当p很小，或吸附很弱时，ap<<1，θ=ap，由于q（吸附量）与θ成正比，所以q与p成线性系。■当p很大或吸附很强时，ap>>1，θ=1，q与p无关，吸附已铺满单分子层。■当压力适中，q∝pm，m介于0与1之间。■将θ=V/Vm(V为吸附体积，Vm为吸满单分子层的体积)代

8、入得：以p/V对p作图为一直线:斜率为1/Vm，截距为1/aVm,可求得a和VmLangmuir吸附等温式的缺点：1.假设吸附是单分子层的，与许多事实不符。2.假设