5-气体在固体表面的吸附
固体表面的物理吸附和化学吸附 Word 文档
1．这种吸附包括对电解质吸附和非电解质吸附：对电解质吸附将使固体表面带电或电双层中组分发生变化，也可能是溶液中的某些离子被吸附到固体表面，而固体表面的离子则进入溶液之中，产生离子交换作用。
对非电解质吸附，一般表现为单分子层吸附，吸附层以外就是本体相溶液。
2．溶液有溶质和溶剂，都可能被固体吸附，但被吸附的程度不同。
正吸附：吸附层内溶质的浓度比本体相大。
负吸附：吸附层内溶质的浓度比本体相小。
显然，溶质被正吸附时，溶剂必被负吸附，反之亦然。
在稀溶液中，可以将溶剂的吸附影响忽略不计，可以简单的如气体吸附一样处理溶质的吸附，但在浓度较大时，则必须同时考虑二者的吸附.3．固体表面的粗糙度及污染程度对吸附有很大的影响，液体表面张力的影响也很重要。
图2-4给出了表面张力和接触角的关系（点击放大），图中：θ为接触角，图2－4 表面张力与接触角的关系当θ<90o时，为润湿。
θ越小，润湿性越大，液体在表面的展开能力越强。
当θ=0o时，为完全润湿。
液体在表面完全铺展开来当θ>90o时，为不润湿。
θ越大，润湿性越小，液体越不易铺展开，易收缩为球状。
当θ=180o时，完全不润湿,为球状。
θ角的大小。
与界面张力有关:γs=γL cosθ+γsL 其中：γs为固体表面张力；γL为液体表面张力；γsL为固体和液体界面张力。
该方程叫做Yong方程式。
它表明接触角的大小与三相界面之间的定量关系。
因此，凡是能引起任一界面张力变化的因素都能影响固体表面的润湿性。
从上式可以看到：当γs>γsL时，则cosθ>0为正值，θ<90°，此时为润湿；而且γs与γsL相差越大，θ角越小，润湿性越好。
当γs<γsL时，则cosθ<0为负值，θ>90°，此时不润湿；而且γs越大和γsL越小时，θ角越大，不润湿程度越严重。
应当指出的是，上面的平衡式仅适用于固、液、气三相的稳定接触的情况。
北京市联合命题硕士学位研究生入学考试试题及答案-2019年物理化学试题及答案
北京市联合命题2019年硕士学位研究生入学考试试题（物理化学）√需使用计算器 □不使用计算器一、选择一个正确的答案：（本题共计60分，每小题3分）1. 下列对可逆过程的描述不正确的是（ ）。
A. 一个带活塞储有一定量气体的气缸，设气缸无重量，控制内外压差无限小，缓慢膨胀到终态，再压缩使系统回到原始态；B. 在整个过程中系统内部无限接近于平衡态；C. 过程进行无限缓慢，环境的温度、压力分别与系统的温度、压力相差甚微；D. 能使系统和环境完全复原的过程。
2. 1 mol 理想气体，从同一始态经绝热可逆压缩和绝热不可逆压缩到相同压力的终态，终态的熵分别为S 1、S 2，则两者的关系为（ ）。
A. S 1 = S 2 ；B. S 1＜S 2 ；C. S 1＞S 2 ；D. 无法确定。
3. 在一定的温度和压力下，对于一个化学反应，下列量能用来判断其反应方向的是（ ）。
A. r m G ∆ ；B. K ；C. r m G ∆；D. r m A ∆。
4. 挥发性溶质溶于溶剂中形成的稀溶液，溶液的沸点会（ ）。
A. 可能升高或降低；B. 升高；C. 不变；D. 降低。
5. 葡萄糖（C 6H 12O 6）稀水溶液和蔗糖（C 12H 22O 11）稀水溶液凝固时都只析出纯冰，由此可以断定（ ）。
A. 这两种溶液的凝固点降低系数是不同的；B. 两种溶液溶质的质量分数相同时，其凝固点也相同；C. 两种溶液的凝固点相同时，其沸点也相同；D. 两种溶液的凝固点相同时，其溶质的化学势也相同。
6. 单组分系统的固液平衡线的斜率d d p T的值（ ）。
A. 大于零； B. 等于零； C. 小于零； D. 不确定。
7. 已知A 、B 两液体可组成无最高或最低恒沸点的液态完全互溶的系统，则将某一组成的溶液蒸馏可以获得（ ）。
A. 两个恒沸混合物；B. 一个纯组分和一个恒沸混合物；C. 两个纯组分；D. 一个纯组分。
8. 与温度有关而与压力无关的平衡常数是（ ）。
气体吸附原理
气体吸附原理气体吸附是指气体分子在固体表面上附着的现象，它是一种重要的物理化学过程，广泛应用于化工、环保、能源等领域。
气体吸附原理是指气体分子在与固体表面相互作用时，通过吸附作用在固体表面上形成一层吸附层的过程。
气体吸附过程是一个复杂的物理化学过程，它受到多种因素的影响。
其中，最重要的是吸附剂的性质和气体分子的性质。
吸附剂的性质包括孔径大小、孔隙结构、化学成分等，而气体分子的性质则包括分子大小、极性、化学活性等。
这些因素共同作用，决定了气体在固体表面上的吸附行为。
气体吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是指气体分子与吸附剂表面之间的范德华力作用，它是一种弱相互作用力，通常发生在低温下。
而化学吸附则是指气体分子与吸附剂表面发生化学键结合的过程，它是一种强相互作用力，通常发生在高温下。
在气体吸附过程中，吸附剂的孔隙结构对吸附性能起着至关重要的作用。
孔隙结构可以影响吸附剂的比表面积、孔体积和孔径分布等参数，从而影响气体分子在吸附剂表面上的扩散和吸附速率。
通常情况下，孔径越小，吸附剂的比表面积和孔体积越大，气体分子在其表面上的吸附性能也越好。
此外，气体分子的性质也对气体吸附过程产生重要影响。
一般来说，分子大小越小、极性越大、化学活性越高的气体分子，其在固体表面上的吸附性能也越好。
这是因为这些气体分子更容易与吸附剂表面发生相互作用，从而形成稳定的吸附层。
在工业应用中，气体吸附技术被广泛应用于气体分离、气体储存、气体检测等领域。
例如，在天然气净化过程中，气体吸附技术可以有效去除天然气中的杂质气体，提高天然气的纯度。
在气体储存领域，气体吸附技术可以将气体分子吸附到多孔吸附剂中，实现气体的高效储存和释放。
总之，气体吸附原理是一个复杂而重要的物理化学过程，它受到多种因素的影响。
通过深入研究气体吸附原理，可以更好地理解气体分子在固体表面上的吸附行为，为气体吸附技术的应用和发展提供理论基础和技术支持。
2013复习题
《催化原理》复习题一．填空1.“催化作用”一词最早是由瑞典化学家_________于_________年提出的。
2．在已开发的使用催化剂中，有四类催化剂最具特色，它们分别是_________，_________，_________和_________。
3．在同一个化学反应中，之所以有不同的选择性有以下三种原因，第一个原因是由于_________导致的，第二个原因是由于_________引起的，第三个原因是由于_________造成的。
4．气体在固体表面的吸附可分为两类：_________和_________。
化学吸附类似于化学反应，吸附后，反应物分子与催化剂表面原子之间形成_________，组成表面络合物。
在多相催化过程中，化学吸附是个重要的阶段，催化过程之所以能加快反应速度，一般来说，是由于_________。
5．Langmuir吸附等温式所依据的模型是①___ ______ ②__ _______ ③______ ___ ④____ _____。
6．高活性催化剂常易被外来分子污染而中毒，那些具有_________的分子，如氨、磷化氢、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等分子能与催化剂表面形成_________，因此这些分子是毒性很强的毒物。
7．一个好的固体催化剂必须具有_________；_________ ；________和_________。
8．氧化铝按晶型可分为八种，所有这些氧化铝都是用希腊字母来命名的。
它们可归纳为两大类，低温氧化铝（在低于6000C煅烧而得），包括_________四种；高温氧化铝（在高于6000C煅烧而得），包括_________四种；_________为终态，俗称刚玉。
9．分子筛的基本结构单元是硅氧四面体。
_________原子在四面体的中心，_________占据四面体的顶点。
四面体中的_________原子可被_________原子取代，便成为铝氧四面体。
10．由于人类生产实践的不断扩大，在地球范围内，催化剂出现了许多新的应用领域，这些新的应用领域主要是_________；_________；_________；_________。
第五章_固体表面吸附(固-气界面吸附)
③化学吸附具有选择性
如：CO在金属表面上的吸附
O C MM
OO CC MM
NO + 1/2O2 CH2=CH2 + 1/2O2
NO2 O
NO只在Pt上吸附 只用Ag作催化剂。
无选择性；吸附热与气体凝聚热相近；吸附速度快；多层吸附。
（2）相互作用势能
设 f 代表作用力，r 为粒子间距离，U(r)为粒子间相互作用势能，有：
f U (r) r
或
r
U(r)
f dr
永久偶极矩相互作用势能为：
U (r)
2 3
12 22
3k Tr 6
诱导偶极矩相互作用势能为：
Ui(r)
( i 2 12
使体相中某些组分在表面区产生富集的现象。 其特点为组成随表面吸附质不同而变化。
如：Ag-Pd合金，吸附CO时，体相中的Pd可通过扩散到达 表面与CO形成羰基键，从而使表面富Pd。除去CO后，表面 组成由回到原来的状态。
第二节 物理吸附和化学吸附
1、物理吸附与Lennard-Jone势能曲线
（1）物理吸附特点
S
RT
则：
p
或： bp
b(1 )
1 bp
若有两种气体存于表面而发生竞争吸附时：
则：
A
பைடு நூலகம்
bA pA 1 bA pA bB
pB
B
bB pB 1 bA pA bB
pB
如果吸附解离成两个碎片，且各占据一个吸附位置，则：
f ( ) (1 )2 f '( ) 2
固体表面吸附
③取向力 具有偶极而无附加极化作用的两个不同分子的 电偶极矩间有静电相互作用，此作用力称之为取向力。 其性质、大小与电偶极矩的相对取向有关。
2.化学吸附力 化学吸附与物理吸附的根本区别是吸附质与吸附剂之 间发生了电子的转移或共有，形成了化学键，称为 “吸附键”。吸附键的主要特点是吸附质粒子仅与一 个或少数数个吸附剂表面原子相键合。 关于化学吸附力提出了许多的模型，包括定域键模型、 表面分子模型、表面簇模型等。这些模型具有一定的 适用性，也有一定的局限性。
固体表面原子的扩散
扩散
扩散现象：例如在房间的某处打开一瓶香水， 慢慢在其他地方可以闻到香味，在清水中滴入一 滴墨水，在静止的状态下可以看到他慢慢的扩散。
扩散：由构成物质的微粒(离子、原子、分子) 的热运动而产生的物质迁移现象称为扩散。扩散 的宏观表现是物质的定向输送。
固体表面上的扩散包括两个方向的扩散：一是平 行表面的运动；二是垂直表面向内部的扩散运动。通 过平行表面的扩散可以得到均质的、理想的表面强化 层；通过向内部的扩散，可以得到一定厚度的合金强 化层，有时候希望通过这种扩散方式得到高结合力的 涂层。
表面化合物的形成引起的表面原子重组现象是非常普遍的。
表面化合物在底物上的二维点阵一般是比较复杂的。因为 表面化合物有一定的比例，如果化合比是1：1，构成比较 简单，如果尺寸允许，被吸附粒子构成（1×1）结构既可。 但如果化合物比是1：2、1：3，甚至更复杂，点阵就复杂 了。
表面化学反应是指吸附物质与固体相互作用形成了一种新 的化合物。此时无论是吸附质还是吸附剂都发生了根本变 化。
蒸汽压。
第五节 固体表面化学反应
1.固体表面层的结构
研究实际表面结构时，可将清洁表面作为基底，然后 观察吸附表面结构相对于清洁表面的变化。吸附物质 可以是环境中外来原子、分子或化合物，也可是来自 体内扩散出来的物质。吸附物质在表面简单吸附，或 外延形成新的表面层，或进入表面层一定深度。
固体表面对气体的吸附
若以Γm（或Vm）代表单分子层饱和吸附时的吸附量（或饱和 吸附时的气体体积），Γ（或V）代表压力为p时的实际吸附量
（或实际吸附气体体积），代入上式得：
bp Γ Γm 1 bp 或
V
Vm
bp 1 bp
四、兰格缪尔吸附等温式
（二）兰格缪尔吸附等温式的物理意义及应用
兰格缪尔吸附等温式只适用于单分子层吸附，较好地表示 典型的吸附等温式在不同压力范围内的特征：
二、吸附等温线
吸附等温线（absorption isotherm curve）：温度恒定
时，吸附质平衡分压p与吸附量Γ之间的关系曲线。
吸附等温线大致有如下五种类型：
图中纵坐标代表吸附量，横坐标为相对压力。
三. 弗仑因德立希吸附等温式
弗仑因德立希吸附等温式（Freundlich absorption isotherm） 描述单分子层吸附等温线的经验公式
五、多分子层吸附理论—BET公式
在兰格缪尔吸附理论的基础上，1938 年布鲁诺（Brunauer）、埃米(Emmet) 和泰勒(Teller)三人提出了多分子层的气 固吸附理论，简称BET吸附理论。
BET理论的假设： 吸附为多分子层的； 第一层吸附是固体表面分子与吸附质分子之间的分子间力， 从第二层以后的各层吸附是吸附质分子之间的分子间力，因此 第一层和其它各层的吸附热不同； 吸附和解吸附均发生在最外层。 此外，还假定第一层吸附未饱和之前，也可能发生多分子层 吸附；当吸附达到平衡时，其吸附量等于各层吸附量的总和。
五、多分子层吸附理论—BET公式
在上述假定的基础上，用统计方法得出如下关系：
Cp
V Vm ( p * p)1 (C 1) p / p *
式中V 代表平衡压力 p 时的吸附量，Vm代表在固体表面上 铺满单分子层时所需气体的体积，为实验温度下气体的饱和蒸 气压，C是与吸附热有关的常数。
固气界面吸附
固气界面吸附吸附是指流体（气体或液体）与固体多孔物质接触时，流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔内表面并附着在这些表面上形成单分子层或多分子层的过程。
固体表面的特点和液体一样，固体表面上的原子或分子的力场也是不均匀的，所以固体表面也有表面张力和表面能。
但由于固体分子或原子不能自由移动，因此它表现出以下的特点：1固体表面分子（原子）移动困难固体表面不像液体那样易于收缩和变形，因此固体表面张力的直接测定比较困难。
任何表面都有自发降低表面能的倾向，由于固体表面维于收缩，所以只能靠降低表面张力的方法来降低表面能，这也是固体表面能产生吸附作用的根本原因。
2固体的表面是不均匀的从原子水平上看，固体的表面是不规整的，存在多种位置，有附加原子，台阶附加原子，平台，平台空位，扭结原子等等。
这些表面原子的差异，主要表现在它们的配位数的不同。
这些不同类型的原子，它们的化学行为也不相同，吸附热和催化活性差异很大。
另外，表面态能级分布是不均匀的，不同于均匀的体内电子态。
3固体表面层的组成不同于体相内部固体表面除在原子排队布及电子能级上与体相有明显不同外，其表面化学组成也往往与体相存在很大的差异。
由多种元素组成的固体，由于具有趋势向于最小表面自由能及吸附质的作用，使某一元素的原子从体相向表层迁移，从而使它在表层中含量高于在体相的含量，这种现象称为表面偏析。
它不仅与固体的种类及所暴露出的晶面有关，还受环境气氛的影响。
总之，固体表面结构和组成的变化，将直接影响到它的使用性能，吸附行为和催化作用等。
吸附等温线当气体在固体的表面发生吸附时，固体叫做吸附剂，气体叫做吸附质。
在发生气固吸附时，在一定的条件下（T，p），单位质量的固体在达到吸附平衡时，吸附气体的体积V（换算成标准状态下（STP）或物质的量称为吸附量q。
如q=V/m实验表明，对于给定的系统（即一定的吸附剂与一定的吸附质），达到吸附平衡时的吸附量与温度和压力有关，即q=f(T,P)在固定一个变量时，可以有三种吸附曲线，这三种吸附曲线是相互联系的，从一种吸附曲线可以得到另一种吸附曲线。
第七章 气体在固体表面上的吸附
吸附剂
常用的吸附剂： 1）硅胶：是无定型氧化硅水合物，典型的极性吸附剂。用
做干燥剂，催化剂载体，主要吸附非极性溶剂中的极性 物质。生产工艺简单，成本低廉，再生产温度低，机械 强度好 2）活性炭：是多孔型性含碳物质，主要由各种有机物质 （木、煤、果核、果壳等）经炭化和活化制成。具有高 度发达的孔隙结构，良好的化学稳定性和机械强度。主 要吸附非极性物质及长链极性物质（孔吸附，适合非极 性），由于存在表面含氧基团，也可吸附某些极性物质。 应用于化学工业、环境保护、食品工业。例：有毒气体 的吸附、各类水溶液的脱色、除臭、水质净化、食品及 药物精制等的各种废水处理
吸附热
吸附等温线 吸附等压线 吸附等量线 Langmuir吸附等温式 Freundlich吸附等温式 BET吸附等温式
吸附剂和吸附质 (adsorbent,adsorbate)
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。 为了测定固体的比表面，常用的吸附质有：氮 气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。 吸附的分类：物理吸附与化学吸附。
固气吸附的一些现象毛细凝结现象一定温度t时中等孔径尺寸的多孔固体孔壁上发生了气体吸附若液体能完全润湿孔壁所得的吸附等温线如图所示ab线段是低压下的吸附当压力达到折点处发生毛细凝聚蒸汽变成液体在毛细管中凝聚吸附量迅速增加这是因为液体能润湿固体在孔中液面呈弯月形如图所示可以应用kelvin公式毛细凝结现象根据kelvin公式凹面上的蒸汽压比平面上小所以在小于饱和蒸汽压时凹面上已达饱和而发生凝聚这就是毛细凝聚现象
随着H原子向Ni表 面靠近，位能不断下降， 达到b点，这是化学吸 附的稳定状态。
化学吸附
Ni和H之间的距离等 于两者的原子半径之和。
气体与固体吸附
气体与固体吸附吸附是指气体、液体或溶液中的分子在固体表面上附着的现象。
在气体与固体吸附中，气体分子会与固体表面发生相互作用，同时也会受到吸附物质与固体表面的作用力的影响。
了解气体与固体吸附的机制和性质，对于许多工业和科学应用都非常重要。
气体与固体吸附的种类主要分为两种：物理吸附和化学吸附。
物理吸附是指气体分子在固体表面上通过范德华力与固体相吸引而附着。
化学吸附则是气体分子与固体表面上的化学键结合，形成新的化学物质。
物理吸附和化学吸附之间的区别在于吸附能力和稳定性不同。
物理吸附往往发生在低温下，吸附能力不强且容易逆反应，而化学吸附则具有较高的吸附能力和较强的稳定性。
气体与固体吸附的机制有两种：亲和吸附和排斥吸附。
亲和吸附是指气体分子与固体表面之间存在吸引力，因此气体分子会附着在固体表面上。
排斥吸附则是指气体分子与固体表面之间存在排斥力，因此气体分子会在固体表面上发生反弹。
这两种机制的发生主要取决于气体分子与固体表面的性质以及气体分子的能量。
亲和吸附通常发生在气体分子与固体表面之间的相互作用力较强的情况下，而排斥吸附则发生在相互作用力相对较弱的情况下。
气体与固体吸附在许多领域具有重要的应用价值。
例如，在环境保护中，我们可以利用吸附技术清除空气和水中的污染物。
通过选择合适的吸附剂，例如活性炭或分子筛等，可以有效地吸附有害气体和溶解于水中的有机物质。
此外，气体吸附也是制备高纯度气体的重要步骤。
在工业生产中，通过将气体通过吸附床，可以去除气体中的杂质，得到纯净的气体。
此外，气体吸附在催化剂制备、气体分离和储存等领域也有广泛的应用。
固体吸附剂的选择对于气体与固体吸附的效果具有重要影响。
吸附剂应具有较大的比表面积、良好的吸附性能和很强的稳定性。
常用的吸附剂有活性炭、硅胶、氧化铝等。
活性炭是吸附性能最好的吸附剂之一，具有较大的比表面积和很强的吸附能力，可以吸附多种气体污染物。
硅胶具有较大的孔隙体积和较强的吸附能力，主要用于水分和有机溶剂的吸附。
part气体在固体表面的吸附
Part气体在固体表面的吸附1. 简介固体表面上的分子吸附是一种广泛存在且经济和科学上非常重要的现象。
在工业上，例如催化剂、吸附剂、气体分离和超滤等过程中都涉及到了表面吸附。
研究表面吸附现象在纳米科技、能源技术、化学工程、生物医学等领域也有着重要的应用。
本篇文档主要关注固体表面上Part气体的吸附。
首先，我们将探讨什么是吸附，特别是Part吸附。
其次，我们将讨论Part气体在固体表面的吸附动力学和热力学特征。
最后，我们将简述Part吸附在实际应用中的一些例子。
2. Part吸附吸附是指气体或液体中溶质被集中于其它物质表面的过程。
Part吸附是指固体表面对Particle（Part）的吸附。
固体表面对气体或液体中溶质的吸附叫做吸附剂。
Part吸附属于吸附剂中的一种。
在化学和过程工程中，它们主要被用来从气体或液体中分离出Part状物质。
Part吸附可以是物理吸附或化学吸附。
物理吸附是因为分子势能的吸引作用，而使得Part分子附着在固体表面。
化学吸附通常是通过共价键或离子键形成化学键，吸附分子与吸附剂表面进行作用。
3. Part气体在固体表面的吸附动力学和热力学特征Part气体在固体表面的吸附动力学和热力学特征需要考虑以下因素：3.1 表面分子的活性吸附分子需要与固体表面分子产生相互作用，并激发表面分子的自由度，从而吸附到表面。
固体表面的化学或物理状态决定了表面分子的活性。
在热力学上, 活性是表面自由能。
表面自由能高, 表面活性高.3.2 Part气体分子的特性Part在固体表面的吸附也依赖于Part气体分子的性质，如分子量、极性、氢键能力、分子结构和溶剂力等。
3.3 温度温度也是吸附动力学和热力学特征的重要因素。
当吸附表面温度降低，表面上分子的活性会降低，吸附分子与表面的相互作用将减弱。
3.4 吸附方法Part气体在固体表面的吸附方法包括等温吸附和非等温吸附。
等温吸附常用于描述吸附平衡情况。
非等温吸附用于描述吸附动力学过程，并考虑温度变化的影响。
气固界面知识点
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ (3) 外来粒子在固体表面上相互作用，并形成另一种新相 例如金属表面的氧化
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。
四、吸附等温方程式
BET理论认为，固体对气体的物理吸附是Vander waals 引力造成的后果。因为分子之间也有Vander wanls力，所以 分子撞在已被吸附的分子上时也有被吸附的可能，也就是 说，吸附可以形成多分子层。
BET接受了Langmuir理论中关于固体表面是均匀的观 点，但他们认为吸附是多分子层的。当然第一层吸附与第二 层吸附不同，因为相互作用的对象不同，因而吸附热也不同， 第二层及以后各层的吸附热接近与凝聚热。
总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电 子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重 排等。
外来粒子与固体表面的相互作用主要有三种类型： (1) 形成离子键为主的离子吸附；
(2) 以共价键吸附外来粒子 此时，没有电子从固体能带中 转移出来，只是吸附粒子与固 体的一个或几个表面原子间的 化学结合。这种吸附可以发生 在有“悬空键”的表面上，如 图（b）中氧吸附在锗表面， 与表面原子形成定域双键。
(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。
总之：化学吸附相当与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。
物理-化学共存吸附情况？
固体吸附法及选择
在废弃物资源化的过程中，应注重降低能耗和减少污染物排放， 以实现环保和经济效益的双重目标。
资源化产品的应用
积极拓展资源化产品的应用领域，将其应用于建筑材料、化工原 料等领域，推动循环经济的发展。
生物再生法
03
利用微生物的作用将有机物质转化为无害物质，实现吸附剂的
再生和循环利用。
05
固体吸附法的前景与挑战
新吸附剂的开发与研究
1 2 3
新型吸附剂的合成
通过化学合成方法，开发具有高吸附性能、低成 本、环保的新型吸附剂，以满足不同应用场景的 需求。
吸附剂性能优化
物理吸附与化学吸附
物理吸附
通过分子间范德华力相互作用，吸附 剂与吸附质之间不发生化学反应，吸 附质在吸附剂表面形成单分子层。
化学吸附
吸附剂与吸附质之间发生化学反应， 形成化学键，吸附质在吸附剂表面形 成固定结构。
吸附等温线
描述了在不同温度下，固体吸附剂对 气体或液体吸附质的吸附量与压力之 间的关系。
通过固体吸附剂吸附废水中的重金属离子，将其从废水中分离出来。
含氟废水的处理
利用固体吸附剂吸附废水中的氟离子，降低氟离子浓度，达到废水 处理的要求。
催化剂载体
催化剂的负载
固体吸附法可以将催化剂负载在载体上，提高催化剂的分散性和稳定性。
催化剂的改性
通过固体吸附法对催化剂进行改性，改变催化剂的表面性质和活性组分，提高 催化剂的活性和选择性。
活性氧化铝是一种多孔陶瓷材料，具有高 比表面积和良好的热稳定性，适用于吸附 气体和液体中的酸性物质。
操作条件的优化
温度
压力
温度是影响吸附效果的重要 因素，适当提高温度可以促 进吸附剂的活性和扩散速度， 提高吸附效果。
物理化学5.5-1 固体表面的吸附-物理吸附和化学吸附
应用举例：
石油加工，气体纯化， 催化合成，污水处理， 空气净化(防毒面具)， 空气的变压吸附分离， 洁净能源(储氢材料) 。
物理吸附和化学吸附
——按吸附作用力性质的不同区分
表5.6 物理吸附与化学吸附的区别
吸附性质
物理吸附
化学吸附
吸附力
分子间力
化学键力
吸附热
小
大
吸附分子层
单层或多层Байду номын сангаас
单层
吸附选择性
的途径(需能量ED)
容易的多。
Cu上氢的吸附势能曲线
无
有
脱附温度
低
高
吸附平衡/可逆性 易达到/可逆
不易达到/不可逆
用吸收光谱可鉴别物理吸附、化学吸附
——在紫外-可见-红外光谱区，出现新的特征吸收带，说明存在化学吸附。
温度可改变吸附力的性质 物理吸附(aa线)在一定条件下可转变为化学吸附(bb线) 。
从能量上看， 先发生物理吸附而 后转变为化学吸附 的途径(需能量 Ea), 要比氢分子先解离 成原子再化学吸附
§5.5 固体表面对气体的吸附
产生吸附的热力学原因
物理吸附和化学吸附
兰缪尔吸附理论
两种吸附质(A和B)竞争同一种吸附位
吸附质的对称解离吸附
吸附过程示意
贵金属 表面吸附示意吸附漏油— 图片产生表面现象的热力学原因
在定温、定压、定组成下，有
dGT , p,nB dAs ＜0
为使表面能降低，固体表面会自发地利用其未饱和 的自由价来捕获气相或液相中的分子，使之在固体表面 上浓集，这一现象称为固体对气体或液体的吸咐。
例如在罗丹明B的水溶液中加入一些活性炭，溶液的 颜色将逐渐变浅,说明RhB逐渐富集于活性炭表面。
氧气在某固体表面上的吸附-概述说明以及解释
氧气在某固体表面上的吸附-概述说明以及解释1.引言1.1 概述氧气在固体表面上的吸附是一种重要的表面现象，它在很多领域都具有广泛的应用价值。
随着科技的发展，人们对氧气吸附的研究越来越深入，对其机理和影响因素有了更加清晰的认识。
氧气吸附是指氧气分子在固体表面上附着并与表面原子或分子发生作用。
这种吸附过程既可以是物理吸附，也可以是化学吸附。
在物理吸附中，氧气分子与固体表面发生弱相互作用，吸附强度较小；而化学吸附则是指氧气分子与固体表面发生一定的化学反应，吸附强度较大。
氧气吸附的机理复杂多样，与固体的化学性质、表面结构以及气体的温度、压力等因素密切相关。
在不同的条件下，氧气吸附的机制可能存在差异。
例如，在高温条件下，氧气分子可以与固体表面的活性位点发生氧化反应，形成氧化物；而在低温条件下，氧气分子则可能以物理吸附方式附着在固体表面。
氧气吸附的影响因素包括固体表面的化学性质、结构形貌、表面活性位点的密度等。
表面化学性质的不同会影响氧气与固体表面的相互作用方式，而表面结构的变化可能导致吸附能力的不同。
此外，温度、压力等环境条件也会对氧气吸附行为产生显著影响。
氧气吸附的重要性不言而喻。
不仅是物理、化学等学科的基础研究领域，氧气吸附还在工业生产、环境保护、能源开发等领域具有广泛的应用前景。
对氧气吸附的进一步研究可以帮助我们更好地理解表面科学中的吸附现象，并为相关领域的技术创新提供重要支持。
综上所述，本文将重点探讨氧气在固体表面上的吸附现象。
通过对氧气吸附的定义、机理以及影响因素的介绍，我们可以更全面地认识和理解氧气吸附的重要性。
进一步的研究和应用将使我们在相关领域取得更大的突破，并为社会发展做出更大的贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要通过对氧气在某固体表面上的吸附现象进行研究和分析，旨在探讨氧气吸附的定义、机理以及影响因素。
文章将按照以下结构展开讨论：首先，文章将在引言部分概述研究的背景和意义，介绍氧气吸附在固体表面上的重要性。
part5-气体在固体表面的吸附解析
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❖ 5.4.3 Freudlich 吸附等温式
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❖ 5.4.4 BET吸附等温式
这三种曲线是相互关联的，其中任何一种曲线都可 以用来描述吸附作用的规律。实际工作中用得最多 的是吸附等温线。
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❖ (3)吸附热力学
❖ 气体分子在固体外表上发生吸附时，是由三维空间 的运动变成在固体外表上的二维空间运动，分子的 平动受到限制，因而是熵削减过程。由前所述，吸 附是自发的过程，明显外表吉布斯函数是降低的， 据热力学有
吉布斯函数的增加量，它也等于在某温度压
力下生成单位固体外表时所需的可逆功，又
常称内聚功。
Gs G A T,p
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❖ 固体的外表应力与外表张力
❖ 使固体新外表上的分子(或原子)维持在未形 成新外表前的位置上，单位长度所受到的力 称为外表应力，或称为拉伸应力。
❖ 固体的外表张力是新产生的两个固体外表的 外表应力的平均值。
上的吸附量不再随时间而变。吸附平衡是一
种动态平衡。 2023/10/11
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❖ 在到达吸附平衡条件下，单位质量的吸附剂所吸附 气体的物质的量x或换算成气体在标准状态下所占的 体积V，称为吸附量，以a表示
物理吸附原理
物理吸附原理物理吸附是指气体或溶质分子在固体表面上由于范德华力而被吸附的现象。
在物理吸附中，吸附剂与吸附物之间并没有共价键的形成，而是通过范德华力相互作用。
物理吸附是一种可逆过程，随着温度的升高或压力的降低，吸附物分子会脱附并返回气相或溶液中。
物理吸附的原理可以通过等温吸附曲线来描述。
当吸附剂表面上存在一层吸附物分子时，随着压力的增加，吸附量也会增加，但随着压力的继续增加，吸附量会逐渐饱和，达到一定的吸附平衡。
在等温条件下，吸附量与压力之间的关系可以用等温吸附曲线来表示，通常情况下，等温吸附曲线呈现出类似于Langmuir吸附等温线的形状。
物理吸附的原理可以通过范德华力来解释。
范德华力是分子之间的一种吸引力，它是由于分子间的诱导作用和偶极作用而产生的。
当吸附物分子与吸附剂表面接触时，它们之间会产生范德华力的相互作用，从而使吸附物分子被吸附在固体表面上。
范德华力的大小与分子间的极性和极化能力有关，通常情况下，极性越大的分子，其范德华力也越大。
物理吸附的应用非常广泛。
在化工领域中，物理吸附被广泛应用于气体分离、溶剂回收、气体净化等方面。
例如，通过物理吸附可以实现对空气中的水蒸气、二氧化碳等杂质气体的去除，从而得到高纯度的气体。
此外，在环境保护领域中，物理吸附也被用于处理废水、废气中的有机物和重金属离子，起到净化环境的作用。
总之，物理吸附是一种重要的吸附现象，它是通过范德华力来实现的，具有可逆性和广泛的应用价值。
通过对物理吸附原理的深入理解，可以更好地指导吸附材料的设计和应用，促进吸附技术的发展和应用。
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固体表面的粗糙性
固体分子几乎是不可动的，固体的表面难以变形，保持它在表面形
成时的形态，表现出表面凸凹不平。即使经过抛光的，看似平滑的 固体表面，经放大后观察，仍是凸凹不平的。
固体表面的不完整性
实验证明，几乎所有的晶体及其表面都会因为多种原因而呈现不完
整性。晶体表面的不完整性主要有表面点缺陷、非化学比及位错等。
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b, 吸附等量线
(Adsorption isostere)
是在一定吸附量下，
反映吸附质平衡分压 与温度的关系曲线;
其主要应用是计算吸
附热。
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c,吸附等温线 (Adsorption isotherm)
物理吸附与化学吸附 的本质可用图7-2的 势能曲线来说明。图 中描述了X2双原子气 体分子在金属M上吸 附的势能曲线。
化学吸附
物理吸附
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物理吸附对于化学吸附有重要意义。如果不存在物
理吸附，则化学吸附的活化能等于X2的解离能，但
若先发生物理吸附，则将沿着能量低得多的途径接
气体在固体表面 上的吸附
内
容
固体表面的特点 固体表面能与表面张力 气体在固体表面上的吸附 吸附等温式 多孔性固体的吸附 影响气固界面吸附的因素
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固气界面是研究固体对气体或蒸气的吸附作 用
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5.1固体表面的特点
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5.2 固体表面能与表面张力
5.2.1固体的表面能 固体的表面能是固体比表面吉布斯函数的简 称，又称固体表面自由能。它是指在某温度 压力下生成单位新的固体表面所引起的体系 吉布斯函数的增加量，它也等于在某温度压 力下生成单位固体表面时所需的可逆功，又 常称内聚功。 G
表面化学
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物理吸附与化学吸附的比较 吸附性质 物理吸附 作用力 吸附热 选择性 稳定性 范德华力 较小,近于气体凝结热 化学吸附 化学键力 较大，近于化学反应热
无选择性，易液化者易被 有选择性 吸附 不稳定，易解吸 比较稳定，不易解吸 单分子层
吸附分子 单分子层或多分子层 层
吸附速率 较快，不受温度影响，易 较慢，需活化能，升温 达平衡 速率加快 吸附温度 吸附物沸点附近 表面化学 远高于吸附物的沸点 13 2018/11/20
s 1 2 / 2
式中，τ1和τ2为两个新表面的表面应力，通常 τ1=τ2＝γs。
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5.2.3表面张力与表面能 在一定温度压力下形成固体表面面积为A时， 体系的吉布斯函数增量为d(AGs)，它等于反 抗表面张力所需的可逆功。 d AGs s dA AdGs Gs dA s dA 或
固体表面的不均匀性
若将固体表面近似地看成一个平面，固体表面对吸附分子的作用能
不仅与其对表面的垂直距离有关，而且常随水平位置不同而变。即 在距离相同的不同表面对吸附分子的作用能不同。 表面层的组成和结构与体相的不同。由于加工方式或固体形成时环 境的不同，固体表面层由表向里往往呈现出不同结构。
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(2)吸附曲线 （Adsorption Curve） 吸附曲线是反映吸附量a与温度T和吸附平衡分压p 三者之间关系的曲线。分为3类：
a，吸附等压线 (Adsorption isobar)
是当吸附质的平衡分压一定时，吸附量与温度之间的关
系曲线。 由图可见，在低温下往往发生的是物理吸附，高温下发 生的是化学吸附。虚线是物理吸附向化学吸附转变而未 达吸附平衡的状态。 无论是物理吸附还是化学吸附，达吸附平衡时吸附量均 随温度升高而降低。 吸附等压线的重要应用是判断吸附体系是物理吸附还是 化学吸附。
所以
Gs s Gs A A
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该式表明，固体的表面张力包括两部分：
一部分是表面能的贡献，可以认为是由体相分子
变成表面层分子，新增表面分子数目而引起的吉
布斯函数的变化；
另一部分是由表面积的变化而引起表面能改变的
贡献，可以理解为表面分子间距离的改变而引起
是在温度一定时，吸附量与吸附质平衡分压的关系。
这三种曲线是相互关联的，其中任何一种曲线都可 以用来描述吸附作用的规律。实际工作中用得最多 的是吸附等温线。
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(3)吸附热力学
气体分子在固体表面上发生吸附时，是由三维空间
的运动变成在固体表面上的二维空间运动，分子的
平动受到限制，因而是熵减少过程。由前所述，吸
近固体表面，然后在曲线PP’和曲线CC’的交叉点O
上由物理吸附转为化学吸附。交叉点O的高度是化 学吸附的活化能Ea。显然E比X2的解离能D小得多。
若化学吸附的活化能较高，则低温时化学吸附速率 很慢，以致不能发生，实际上只能观察到物理吸附。 所以说，物理吸附是化学吸附的前奏。
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的Gs变化，从而引起体系的吉布斯函数的变化。
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5.2.4 固体表面的吸附、吸收与吸着 固体表面的吸附作用是表面能存在所引起的 一种普遍存在的现象。因为固体不能像液体 那样改变表面形状、缩小表面积、降低表面 能，但可利用表面分子的剩余力场来捕捉气 相或液相中的分子，降低表面能以达到相对 稳定状态。
②固体表面是均匀的。多层吸附中，各层都 存在吸附平衡，此时吸附速率和脱附速率相 等，不必上层吸附满了才吸附下层。
③除第一层以外，其余各层的吸附热等于吸 附质的液化热。
④各吸附层中，吸附质在同一层上无相互作
用。
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根据以上假设，推导了BET吸附等温式。
V
p0 p1 C 1)( p / p0
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5.3.2吸附曲线和吸附热力学
(1)吸附平衡与吸附量
气相中的气体分子可以被吸附到固体表面上来，已
被吸附的分子也可以脱附(或叫解吸)而回到气相。
在温度和吸附质的分压恒定的条件下，当吸附速率 与脱吸附速率相等时，即单位时间内被吸附到固体 表面上的量与脱吸附回到气相的量相等时，达到吸 附平衡。此时固体表面上的吸附量不再随时间而变。
G A T , p
s
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5.2.2固体的表面应力与表面张力 使固体新表面上的分子(或原子)维持在未形成 新表面前的位置上，单位长度所受到的力称 为表面应力，或称为拉伸应力。 固体的表面张力是新产生的两个固体表面的 表面应力的平均值。
缺点：达吸附平衡所需时 间长，仪器装置比较复杂， 且需要真空系统。
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5.4 吸附等温式
由于吸附剂与吸附质之间作用力的不同，以 及吸附剂表面状态的差异，所以吸附等温线 不同，根据实验结果大致有6种类型，图中p0 表示在吸附温度下，吸附质的饱和蒸气压。
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后，固体内部并不发生变化。有时这些过程是不 易区分的，如吸附的气体分子可能会扩散到固体 体相中，即溶解，于是将这种情况笼统地称为吸 着。 2018/11/20 10 表面化学
与上述两种现象不同，吸附是表面效应，吸附之
5.3 气体在固体表面上的吸附
气体物质在固体表面上浓集的现象称为气体
在固体表面上的吸附1/20
BET理论的基本假设： ①吸附可以是多分子 层的。该理论认为， 在物理吸附中，不仅 吸附质与吸附剂之间 有范德华引力，而且 吸附质之间也有范德 华引力。因此，气相 中的分子若碰在被吸 附分子上，也有可能 被吸附。所以吸附是 多分子层的。
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体分子碰到固体的空白表面时才能被吸附，如果碰到已 被吸附的气体分子上则不发生吸附。后者的碰撞是弹性 碰撞，前者是非弹性碰撞。 被吸附的分子问无相互作用力。被吸附分子脱附时，不 受邻近吸附分子的影响。 吸附剂表面是均匀的，表面上各吸附位置的能量相同。 吸附平衡是动态平衡。
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吸附作用使固体表面能降低，是自发过程， 因而难以获得真正干净的固体表面。
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值得注意的是，物质与固体接触之后，还可 能发生其他的过程，如化学反应或吸收。 (1)气体与固体发生化学反应,这是体相效应， 即达化学平衡后，固体体相中处处的组成是 相同的。 (2)气体在固体中发生吸收作用，实质就是溶 解，这也是体相效应。 (3)吸着/吸附
V kp
Henry吸附式。
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5.4.2 Langmuir吸附等温式 Langmuir在1916年第一个发表了关于气体在固体表 面上吸附的理论，并推导出单分子层吸附等温式。 Langmuir的基本假设：
气体在固体表面上的吸附是单分子层的。因此只有当气
吸附平衡是一种动态平衡。
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在达到吸附平衡条件下，单位质量的吸附剂所吸附
气体的物质的量x或换算成气体在标准状态下所占的
体积V，称为吸附量，以a表示
x V a 或a m m