最新物理化学10-2界面现象ppt精品课件

θ
Va Vma
再联系（10.3.3）式 可得：
bp V a θ 1 b p Vma
10.3.4
第十四页，共22页。
因此，朗缪尔吸附等温式还可写成以下形式：
Va
Vma
bp 1 bp
1 Va
1 Vma
1 Vma
b
1 p
10.3.5a 10.3.5b
由10.3.5b
可知,若以
1 Va
对
1 p
作图,应得一条直线,由其斜率
1 Vma /dm 3
kg1
kPa 0.01868 kPa
( 计算机求得: b = 0.01839 kPa )
由定义，饱和(bǎohé)吸附量是 1 kg 活性炭吸附的气体在标 准状态下的体积。所以在 m kg 活性炭上吸附的 CO 分子数为：
N m pVma L RT
（ 这里 p、T 指标准态压力与温度）
数）N。因为吸附速率与A的压力 p 及固体表面上的空位数
( 1- )N 成正比。
v吸附 k1 p (1 θ)N
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解吸速率与固体表面上被复盖的吸附位置数，即被吸附
的分子数成正比。 v解吸 k1θ N
动态平衡时吸附速率与解吸速率相等：v 吸附= v 解吸
k1 p1 θ N k1θ N
及截距,可求得 Vma 和 b
第十五页，共22页。
朗缪尔公式的性状：
a. 压力很低时，b p << 1, 式（10.3.5a)简化为：V a Vma b p
吸附量与压力成正比，这反映了，吸附等温线的起始段， 几乎是直线的情况。
b. 压力很高时，b p >> 1， 则有： V a Vma
吸附量几乎达到饱和，这反映为，吸附等温线上的水平 段的情况。
朗缪尔吸附等温式的推导：
假设：
k1 吸附速率常数 A 气体 AM - 吸附状态
k-1 解吸速率常数 M 固体表面
第十一页，共22页。
覆盖率----任一瞬间，固体表面被复盖的分数 已被吸附质覆盖的固体表面积
θ=
固体总的表面积
吸附始末态为：
k1
A (g) + M(表面)
AM
k2
设固体表面上具有吸附能力的总的晶格位置数（吸附位置
作用的机理。
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4.朗缪尔单分子层吸附(xīfù)理论及吸附(xīfù)等 温式
1916 年，朗缪尔（Langmuir）根据大量实验事实，从动力学观点 出发，提出固体对气体的吸附理论，单分子(fēnzǐ)层吸附理论，该理论 的四个假设是： Ⅰ.气体在固体表面上单分子(fēnzǐ)层吸附。 固体表面吸附力场作用范围只有分子(fēnzǐ)直径大小 (0.2~0.3 nm) ，只 有气体分子(fēnzǐ)碰到固体空白表面，进入此力场，才可能被吸附。 Ⅱ.固体表面均匀，各个晶格位置的吸附能力相同，每个
共同点: 表面层分子(fēnzǐ)受力的不对称，有表面张力及表面 吉布斯 函数存在。
不同点: 固体表面分子几乎是不能移动的，所以，固体 不能用收缩表面积的方式来降低表面吉布斯函数。
固体表面现象: 固体可用从外部空间吸引气体分子到表面， 来减小表面分子受力不对称程度，以降低表面张力及表面 吉布斯函数。
8.54 1.577
25.065 13.1 1.913
42.663 18.2 2.344
57.329 21.0 2.730
71.994 23.8 3.025
89.326 26.3 3.396
第十九页，共22页。
作 p/ V a - p 图，如下：
在直线上任取两点,求得直线斜 率:
1
3.445 1.285
当表面复盖率不是很低时，被吸附分子间的相互作用不
可忽视；实际上，固体表面并不均匀，吸附热随覆盖率
而变，该公式与实验发生偏差。此外，对多分子层吸附也
不适用。
用此按钮可跳 过以下例题
第十七页，共22页。
例 10.3.1 在239.55 K，不同平衡压力下的 CO 气体在活性炭表 面上的吸附量 V a （单位质量活性炭所吸附的 CO 气体在标准状 态下的体积值）如下：
T f p 或 p f ' T (Γ const)
3）温度一定，吸附量与压力关系，吸附等温线
Γ f ( p) (T const)
第六页，共22页。
其中最常用的是吸附等温线。三组曲线(qūxiàn)间可 互相换算。例如由一组吸附等温线，可算出吸附等压线 及等量线。
吸附等温线大致有以下五种类型：
吸附热 选择性
较小，近似等于气体液化 热，ΔH＜0。
无或差（吸附量可不同）
较大，近似等于化学反应 热，ΔH＜0
有较强选择性
可逆性
可逆
不可逆
吸附速率
快，易达平衡
慢，不易达平衡
发生温度
低温即可发生（沸点附近 高温>Tb才发生明显吸附。 或以下）
例如，氯气的临界温度为144 °C，氧气临界温度为-118.57 °C ，所以活性炭可从空气(kōngqì)中吸附氯气而作为防毒面具。
Vma/dm3 kg1 90 0 0.0240
所以 CO 饱和吸附量为:
Vma
1 0.0240
dm 3
kg1
41.67
dm 3
kg1
( 计算机求得: 41.79 dm3·kg-1 )
由直线的截距
Vma /dm 3
1 kg1
b/kPa
1.285
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得吸附系数
b
1.285
第一页，共22页。
在相界面上，某种物质的浓度与体相(tǐ xiānɡ)浓度不同的现象称为吸 附。
被吸附的物质—吸附质，例：甲烷、氯气、氢气…… 具有吸附能力的固体物质—吸附剂，例：活性炭，分子 筛，硅胶…… 吸附只指表面效应，即气体被吸附后，只停留在固体表 面，并不进入固体内部。若气体进入到固体内部，则称为吸收.
式
第二十二页，共22页。
物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力多为共价键吸附层数单层或多层单层吸附热较小近似等于气体液化选择性无或差吸附量可不同有较强选择性可逆性可逆不可逆吸附速率快易达平衡慢不易达平衡发生温度低温即可发生沸点附近或以下高温t才发生明显吸附
§10.3 固体(gùtǐ)表 面
固体(gùtǐ)表面与液体表面的比较:
解：
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将朗缪尔吸附等温式写作： p 1 p V a Vma b Vma
以 p/ V a 对 p 作图，可得一直线，由直线的斜率及截距即可求
得
V
及a
m
b
。在不同平衡压力下的
p/
V
a
值列表如下：
p /kPa
13.466
Va dm 3 kg1
p/V a kPa dm 3 kg
V
V
V
V
V
0 p/p* 1 Ⅰ
0 p/p* 1 0 p/p* 1
Ⅱ
Ⅲ
0 p/p* 1 Ⅳ
0 p/p* 1 Ⅴ
其中(qízhōng)除第一种为单分子层吸附外，其余均为多分子层吸附。
第七页，共22页。
3.吸附经验式—弗罗因德利希公式
弗罗因德利希提出含有两个常数的指数经验方程，来描述中 压范围内，第一类吸附等温线：
第四页，共22页。
2.等温吸附(xīfù)
基本术语：
吸附量：当吸附平衡时，单位质量吸附剂，吸附的气体 的物质的量n，或标准状况（0 °C ，101.325 kPa）下的体积 V。
na
n(吸附质的物质的量) m(吸附剂的质量)
(10.3.1a)
V
a
V(吸附质在 00C，101.325kPa m(吸附剂的质量)
位置吸附一个分子(fēnzǐ)，吸附热为常数，与覆盖率 无关。
第十页，共22页。
Ⅲ.被吸附在固体表面的相邻分子间无作用力，在各晶格(jīnɡ ɡé)
位置上吸附与解吸难易程度，与周围有无被吸分子无关。 Ⅳ.吸附和解吸（脱附）呈动态平衡。当吸附速率等于解吸
速率时，从表观看，气体不再被吸附或解吸，实际上两 者仍不断地进行，这时达到了吸附平衡
p /kPa 13.466 25.065 42.663 57.329 71.994 89.326
V a/dm3 kg1 8.54
13.1
18.2
21.0
23.8
26.3
根据朗缪尔吸附等温式，用图解法求 CO 的饱和吸附量 Vma、 吸附系数 b及饱和吸附时 1 kg 活性炭表面上吸附的 CO 的分子 数。
第二页，共22页。
1.物理吸附与化学吸附
物理(wùlǐ)吸附: 两者分子间以范德华引力相互作用； 化学吸附:两者分子间发生部分或全部的电子转移，是
以化学键相结合。
第三页，共22页。
性质 吸附力
物理(wùlǐ)吸附与化学吸附的特点
物理吸附
化学吸附
范德华力
化学键力（多为共价键）
吸附层数
单层或多层
单层
V a k pn (10.3.2a)
k 为单位压力时的吸附量，随温度升高而降低；n 在0 与1
之间，描述压力对吸附量影响大小。 上式也可变形为：
lg V a lg k n lg p (10.3.2b)
第八页，共22页。
lg V a lg k n lg p (10.3.2b)
该式的优点是：形式(xíngshì)简单使用方便，应用广泛。 缺点: 经验常数k与n 没有明确物理意义，不能说明吸附
c. 压力适中时，吸附量与平衡压力呈曲线关系。Vma Vma b p
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10.3.5a 10.3.5b
朗缪尔公式的优缺点：
若固体表面比较均匀，吸附只限于单分子层，该式能 较好代表实验结果。对一般化学吸附及低压高温物理吸附， 该式均取得很大成功。
若设： b k1 k1
b为吸附作用平衡常数。
可得： θ b p
10.3.3
1bp
第十三页，共22页。
若V a为覆盖率是 时的平衡吸附量。
在压力足够高的情况下，固体表面的吸附位置完全被气体分
子占据， = 1 。达到吸附饱和状态，此时的吸附量称为饱和吸 附量，用 V表ma 示。
因为每一个吸附位置上只能吸附一个气体分子。自然有：
N
1
kg
101.325kPa 41.67 8.315J mol 1 K 1
10-3 m3 kg 273.15K
1
6.022 1023 mol 1
1.119 1024
第二十一页，共22页。
小结(xiǎojié)
1.掌握物理吸附和化学(huàxué)吸附的特点 2.掌握朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温
下的体积)
(10.3.1b)
第五页，共22页。
固体对气体的吸附量是温度与压力的函数。所以在研 究中常常固定一个变量，研究其它两个变量间的关系。经常 用的有三种方程：
1）压力（p）一定，吸附量与温度关系，吸附等压线：
Γ f T ( p const)
2）吸附量一定，平衡压力与温度关系，吸附等量线