第五章.固体表面对溶液中溶质的吸附
固体在溶液中的吸附
综合化学实验安徽师范大学2007年度校级精品课程1固体在溶液中的吸附一目的要求1．掌握测量固体在溶液中吸附作用的方法和技能。
2．推算活性碳的吸附量及比表面积。
二实验原理吸附能力的大小常用吸附量Г表示（有时也用q）。
吸附量Г指每克吸附剂吸附溶质的物质的量。
弗罗因德利希（Freundlich）从吸附量和平衡浓度的关系曲线得出经验方程：1jnkcmΓ= = g （1）式中，n 表示吸附溶质的物质的量（mol）；m 表示吸附剂的质量（g）；c 表示吸附平衡时溶液的浓度（mol/L）；k,j 表示经验常数，由温度、溶剂、吸附质与吸附剂的性质决定。
将式（1）取对数得：1lg lg c lg kjΓ= + （2）以lgΓ对lgc作图可得一直线，由直线的斜率和截距可求得j 和k。
实验表明在一定浓度范围内，活性炭对有机酸的吸附符合朗格缪尔(Langmuir)吸附方程：KC Γ1KC ∞Γ=+(3)式中，Г表示吸附量，通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数；Г∞表示饱和吸附量；C表示吸附平衡时溶液的浓度；K为常数。
将(3)式整理可得如下形式：C1 1CΓK Γ∞∞=+Γ(4)作C/Г-C图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求Г∞和常数K。
如果用醋酸作吸附质测定活性炭的比表面时，按照Langmuir 单分子层吸附模型，假定吸附质分子在吸附剂表面上是直立的，利用活性炭在醋酸溶液中吸附作用可测定活性炭的比表面积（S0）。
可按下式计算：S0＝Г∞×6.023×1023×2.43×10-19(4)式中，S0 为比表面(m2·kg-1)；Г∞为饱和吸附量(mol·kg-1)；6.023×1023为阿佛加德罗常数；2.43×10-19为每个醋酸分子所占据的面积(m2)。
式(3)中的吸附量Г可按下式计算()VmC C Γ−= 0 (5)式中，C0 为起始浓度；C 为平衡浓度；V 为溶液的总体积(dm3)；m 为加入溶液中吸附剂质量(g)。
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。
实验十六固体在溶液中的吸附
实验十六 固体在溶液中的吸附一 实验目的1. 测定活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附量；2. 通过实验进一步理解吸附等温线及弗兰德列希方程的意义。
二 实验原理1. 溶质在溶液中被吸附于固体表面是一种普遍现象，也是物质提纯的主要方法之一。
活性炭是用途广泛的吸附剂，它不仅可以用于吸附气体物质，也可以在溶液中吸附溶质。
2. 吸附量通常以每克吸附剂吸附溶质的物质的量来表示。
在一定温度下，达到吸附平衡的溶液中，吸附量与溶液浓度的关系，符合弗兰德列希经验方程：n c k mxq ⋅==（16-1） 式中x － 吸附质物质的量（mol ）； m － 吸附剂的质量（g ）； q － 吸附量（mol·g -1c － 平衡时溶液的浓度（mol·dm ）；-3k 、n － 常数，由温度、溶剂、吸附质及吸附剂的性质决定，一般由实验确定； ）；将式（16-1）取对数，则有：k c n mxlg lg lg+= （16-2） 若以mxlg对c lg 作图，可得一斜率为n ，截距为k lg 的直线，由直线可求得n 和k 的值。
式（16-1）中mx可以通过吸附前后溶液浓度的变化及活性炭准确称量值求等得，即：V mc c m x ⋅−=)(0 （16-3） 式中V － 溶液的总体积（dm 3m － 活性炭的质量（g ）。
）； 三 仪器和试剂125cm 3锥形瓶8个；25 cm 3酸式、碱式测定管各1支； 5 cm 3、10 cm 3和25 cm 30.4mol·dm 移液管各1支；漏斗6只；振荡机一台。
-3HAc 标准溶液；0.1mol·dm -3四 实验步骤NaOH 标准溶液；酚酞指示剂一瓶；活性炭（颗粒状或粉状）若干。
1.将0.4mol·dm -3HAc 标准溶液按下列比例稀释配制成50 cm 3不同浓度的HAc 溶液并分别置于干燥洁净的锥形瓶中，编好号并盖好瓶塞，防止醋酸挥发。
3.5 固液界面(吸附作用)
1.固液吸附的本质和特点
1）本质 是由于固体表面分子对液体分子的作用力大于液体 分子间的作用力而引起的。液体分子在此力的作用 下，向固体表面富集，同时降低表面张力。 2）特点 a、分子间作用力比气相大； b、相互作用力较复杂； c、杂质将影响吸附结果；d、吸附平衡比气相慢； e、以物理吸附居多； f、实验方法简单。
双电层模型
• 图上画出被化学吸附的去水化负离子，它的中心连线形 成的平面称为内赫姆霍茨平面，以 IHP 表示。而由于 静电作用吸附在表面上的水化正离子的中心连线形成的 平面称为外赫姆霍茨平面，以 OHP 表示。在此以内至 电极表面称为紧密层，在此以外延伸至本体溶液，称为 扩散层，扩散双电层即由紧密层和扩散层共同构成。其 电势分布如上图右所示。其中 ψ 为热力学电势， ζ(Zeta) 称为扩散层电势，(ψ-ζ) 为紧密层电势。
1 1 2 2
若以 n , n 表示1g吸附剂在组分1和2的纯饱和蒸 汽中吸附的单层饱和吸附量。即
s 0 1 s 0 2
自浓溶液中的吸附
S1 n
s 1
S
n
s 1 0
0
,S 2
s 2
S
n
s 2 s 1
0
n
s 1
n
n
s 2
0
1, n n
s 1
0
n x n x2 n x x2 n x2
0
n x2 s s s s s n2 x1 n1 x2 n2 n1 n2 x2 m
自浓溶液中的吸附
n0 x2 x2 m 0 n x2 0 x2 x2 , 0 m 0 n x2 0 x2 x2 , 0 m 0 n x2 0 x2 x2 , 0 m
4.5 固体从溶液中的吸附
K a1
L
,
则上式可改写为N2
ba2
L L
1 ba2
若只有溶质和溶剂两种质点吸附， n1 n 2 n
n2
n ba2
L L 2
(1 b a ) 1
,假 设 铺 满 一 层 的 最 大 吸 附 量 为 n2 n ,以 a2
L
， 则 有 a2
0
0
可 将 吸 附 剂 分 别 放 在 纯 A、 B的 饱 和 蒸 气 中 测 得 A A A / n A 和 AB A / n B 代 入 ( a )式 得
0
0
nA
n
A
0
nB
n
B
0
1 ( 4 .9 7 )
将式(4.96)、(4.97)联立，即可得出一组
L
ba2
L L 2
1 ba
L
a2
L
b
对 a 2 作 图 可 求 得 和 b.
对 吸 附 平 衡 常 数 用 热 力 学 函 数 表 示 K=e
S / R
0
e
H
0
/ RT
S 0 H 0 L 1 H 0 则 有 b ex p ex p ( a 1 ) b ex p RT RT R 考 虑 到 a2 c2 ,
(2)溶质间互相影响
• • • • • • • 主要是存在竞争吸附和诱发吸附 例1：碳自水溶液中吸附脂肪酸 吸附质：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸 判断：吸附量顺序？ 吸附量的顺序：甲酸＜乙酸＜丙酸＜丁酸 原因：非极性吸附剂总是易自极性溶剂中 吸附非极性组分。
固体自溶液中的吸附
盐影响溶剂和溶质间的相互作用，因此影 响吸附过程。
例：盐使溶质的溶解度减少，则吸附量随盐浓度 的增加而增加，反之，盐使溶质的溶解度减少， 则吸附量随盐浓度的增加而减少。
4.混合(物)吸附（溶液中的溶质有两种以上）
一种溶质（A） 的吸附量会因另一种溶质（B）的 加入而降低
界面层上固体与溶质之间的相互作用力。 固体与溶剂之间的作用力 溶液中溶质与溶剂之间的相互作用力 结论：
溶液中的吸附是溶质和溶剂分子竞争吸附净 结果；固体表面的溶质浓度比溶液内部大， 为正吸附；否则为负吸附。
★固-液吸附速率
溶液中的吸附速率一般小于气体吸附速率，所以 溶液吸附平衡时间较长。
吸附量的顺序：甲酸＜乙酸＜丙酸＜丁酸 原因：非极性吸附剂总是易自极性溶剂中
吸附非极性组分。
例2：硅胶自四氯化碳中吸附脂肪醇
吸附质：乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇、
正己醇、正辛醇
判断吸附量顺序？
乙醇＞正丙醇＞正丁醇＞正戊醇＞正己醇＞正 辛醇
原因：极性吸附剂总是易自非极性溶剂中
★ 溶液中所含杂质的影响往往不可忽略。
★多为物理吸附。一般来说，和固体表面性质相近 者易被吸附
2.在稀溶液中的吸附
(1)稀溶液是由溶剂和具有一定溶解度的溶质组成的 溶液,由于稀溶液中溶质的摩尔数接近于1，吸附 过程中溶剂的浓度基本不变，所以测得的吸附量 基本只是由溶质的吸附引起的。
（2）固体自稀溶液中的的吸附等温线的形状与固气吸附相似，通常气体吸附中的公式也可用于溶 液吸附。
范例(1):活性碳用于水和废水的处理 生活饮用水和工业用水标准 活性碳的吸附机理 活性碳吸附对废水处理的方式 水处理后活性碳的再生 范例(2): 黏土矿物吸附的应用
固液界面上的吸附实验报告
固液界面上的吸附实验报告一、实验目的本实验旨在研究固液界面上的吸附现象，了解吸附的基本原理和影响因素，掌握吸附量的测定方法，以及分析吸附等温线和吸附动力学。
二、实验原理当固体与液体接触时，液体中的溶质分子会在固体表面发生吸附。
吸附的驱动力通常是溶质分子与固体表面之间的相互作用力，如范德华力、氢键、静电引力等。
吸附量通常用单位质量的固体吸附溶质的物质的量或质量来表示。
常见的吸附等温线模型有 Langmuir 等温线和 Freundlich 等温线。
Langmuir 等温线假设吸附是单分子层的，且吸附位点是均匀的；Freundlich 等温线则是经验公式，适用于非均匀表面的吸附。
吸附动力学可以用准一级动力学方程和准二级动力学方程来描述。
准一级动力学方程基于吸附速率与未被吸附的吸附质浓度成正比；准二级动力学方程则基于吸附速率与未被吸附的吸附质浓度的平方成正比。
三、实验仪器与试剂1、仪器恒温振荡器离心机分光光度计电子天平容量瓶、移液管等玻璃仪器2、试剂某种吸附质的标准溶液待吸附的固体材料四、实验步骤1、准备不同浓度的吸附质溶液准确称取一定量的吸附质标准品，用溶剂配制成一系列不同浓度的溶液。
2、称取固体吸附剂使用电子天平称取若干份等质量的固体吸附剂。
3、吸附实验将称好的固体吸附剂分别加入到不同浓度的吸附质溶液中，放入恒温振荡器中，在一定温度下振荡一定时间，使吸附达到平衡。
4、离心分离将振荡后的溶液离心，使固体吸附剂与溶液分离。
5、测定吸附后溶液中吸附质的浓度使用分光光度计测定离心后上清液中吸附质的浓度。
6、计算吸附量根据吸附前后溶液中吸附质的浓度变化，计算单位质量固体吸附剂的吸附量。
五、实验数据处理与分析1、绘制吸附等温线以吸附量为纵坐标，吸附质平衡浓度为横坐标，绘制吸附等温线。
通过对实验数据的拟合，判断符合哪种等温线模型（如 Langmuir 或Freundlich），并求出相应的模型参数。
2、分析吸附动力学根据不同时间点的吸附量数据，采用准一级动力学方程和准二级动力学方程进行拟合，确定吸附动力学方程，并求出速率常数。
吸附的概念及分类
吸附的概念及分类吸附是指物质在表面或者界面附着并保持稳定状态的现象。
在吸附过程中，吸附物质可以是气体、溶质或固体。
吸附可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附，又称为静电吸附或范德华力吸附，是使吸附物质附着在固体表面上的吸附过程。
物理吸附主要是通过范德华力作用来实现的，其吸附强度较弱，吸附剂和吸附物之间的相互作用力小。
范德华力是由于吸附物质的电子运动与分子之间的相互作用而产生的。
物理吸附一般随着温度的升高而减小，可以通过提高温度来解吸。
化学吸附，又称为化学键吸附，是指在固体表面上形成化学键的吸附过程。
化学吸附的特点是吸附剂与吸附物之间的键能较大且较稳定。
化学吸附分为离子键、共价键和配位键三种类型。
离子键吸附是通过正负离子间的电荷吸引作用而形成的吸附。
共价键吸附是在吸附剂和吸附物质之间共享电子而形成的吸附。
配位键吸附是指吸附剂通过其孤对电子与吸附物之间的正离子形成的化学键。
根据吸附剂和吸附物质的性质，吸附可以分为气体吸附、液体吸附和溶液吸附。
气体吸附发生在固体表面上的气体和吸附剂之间。
吸附剂可以是固体或液体，吸附物质可以是气态分子或气体化合物。
气体吸附的应用广泛，例如通过活性炭吸附空气中的有毒气体，或者利用介孔材料吸附气体催化反应中的中间体等。
液体吸附是在固体表面上的吸附剂和液体中的溶质之间发生的吸附。
液体吸附的应用广泛，常见的例子是利用活性炭吸附水中的有机物质，或利用树脂吸附水中的金属离子。
液体吸附也可以用于分离纯化和催化反应等领域。
溶液吸附是指在溶液中的吸附剂与溶质之间的吸附作用。
溶液吸附也有着广泛的应用，例如在污水处理中，利用活性炭吸附溶液中的有机物质，或者利用树脂吸附溶液中的离子等。
综上所述，吸附是指物质在界面或表面附着并保持稳定状态的现象。
根据吸附过程中物质之间相互作用的类型，吸附被分为物理吸附和化学吸附两种类型。
根据吸附剂和吸附物质的性质，吸附又可以分为气体吸附、液体吸附和溶液吸附。
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这种现象的产生是由于stern层吸附饱和后，又发生
了双分子层吸附所致。因为表面活性剂的烷基链具有
疏水性，促使活性剂分子向固体表面聚集。于是促进
了双分子层吸附的发生。链越长，吸附量也越大。
碘化银粒子对不同链长的烷基吡啶离子的吸附情况 见图：
1-C16PyBr 2- C12PyBr 3- C8PyBr 吸 附 量 1
第五章
固体表面对溶液中溶质的吸附
当一溶液与固体表面接触时，固体表面 将会吸附溶质。 用途：可利用该现象从溶液中分离溶质，
同时也可用来研究固体表面的状态；染色、色层分
离；离子交换、分散、润湿的调节
正如绪论所说：吸附是许多界面现象的原因。固体 对溶质的吸附比较复杂，下面分别加以讨论。 ① 低分子的吸附： 活性炭从水溶液中吸附脂肪酸的吸附等 温线如图所示：
周围的双电层的扩散层部分。因此这一区域内的吸
附并不引起ξ 电位的变化。
第二区 吸附等温线的斜率急剧增大，ξ 电位也急剧 变化。
此时吸附发生在双电层内侧的stern层中，因为吸附 使得氧化铝粒子表面电荷被中和。
第三区 吸附等温线的斜率又变小。这时的吸附又趋 于平滑，ξ 电位则发生变号，这点为2区和3区的交 界处，把该点叫做ξ 电位逆转点，PZR。
吸附量随浓度的增加而增加，且趋于定值。
这一规律符合Langmuir方程式。（单分子
层吸附）
5
2.0 mmol / g
4 3 2
am K c a 1 Kc
1.5
1
1.0
0.5 0.05 0.10 0.15 0.20
am－饱和吸附量，K 是与溶质有关的常
数。
浓度
mol /
l 1~5------甲~戊酸
10-10mmol/cm2
吸 附 量
加盐
未加盐
平衡浓度 ｍ mol / l
溶液中吸附的应用 1. 对分散度的调节
利用固体对界面活性物质及高分子物质等的吸附，能
够调节固体粒子在液体中的分散性。
应用领域：涂料、化妆品、工业废水处理等。
长链化合物（表面活性剂）对分散性的调节
固体粉末易于分散在能润湿其粒子表面的溶液中。反
高分子吸附方程式： 高分子吸附一般随分子量增大而增大。假定相对分 子量为M，饱和吸附量为 X
m
则有：
X m KM
a
a为与相对分子质量有关的常数； K为与溶剂有关的常数。
a＝0时，吸附量与分子相对分子质量无关，吸附时
分子平均在固体表面上，X m＝常数； a＝1 时，吸附量与M成正比，被吸附分子垂直于固 体界面。 0<a<0.5 时，界于上述二者之间。 影响吸附的因素及规律 1.使固体界面自由焓降低最多者易被吸附。
-30
-20 -10 ξ 10 电 位 20 30 0
10-10 10-11 10-12
吸附量
区域 3
40
10-13 10-5 10-4 10-3 mol / l 10-2
表面活性剂浓度
第一区是低浓度时的吸附情况，表面活性剂与氯离
子之间的竞争吸附（氯离子为调节离子强度时引入
的），属离子交换型吸附。吸附发生在氧化铝粒子
多分子吸附实例：
硬脂酸在碳酸钙上的吸附，其吸附量变化的特点：
①不呈现稳定趋势；
②吸附量因溶解硬脂酸的溶剂种类不同而有显著差 异。
原因：多分子层吸附无饱和量。表面吸附不仅吸附 溶质，也吸附溶剂。存在竞争吸附性。
2.0
m mol / g
1.5 1.0 0.5 0.05 0.10 0.15 0.20
浓度
mol /
l 硬脂酸在碳酸钙上的吸附
2. 界面活性剂的吸附 与脂肪酸等低分子量物质相比，界面活性剂的吸附能 力很强，它在极低浓度下就能在固体表面达到很高的
吸附量。
右图为氧化铝吸附水溶液中十二烷基磺酸钠时的吸附
等温线。同时也示出了氧化铝ξ 电位在吸附量变化时
的变化规律。
PZR mol / cm2 区域 1 区域 2
2 3
一区
二区
三区
浓度
由图可见，链长越长，吸附量越大。
单分子吸附
多分子吸附
固体粒子上界面活性剂粒子的吸附过程
高分子吸附特征 高分子体积大，形状可变，因而其吸附具有独 特性。
①分子形状与溶剂的种类有关 良好溶剂中高分子舒展为带状，而不良溶剂 中则呈卷曲状。 ②高分子在固体表面吸附时，会变形，并形 成多点吸附且脱附困难。 ③因体积大，移动慢，向固体内孔扩散，将 受到阻力，所以吸附平衡慢。
之，在不易润湿固体表面的溶液中，固体粒子则不易
分散。
2.应用实例： ①利用固体对界面活性物质及高分子物质等的吸附，
能够调节固体粒子在液体中的分散性，这在涂料工
业，化妆品工业及工业废水处理中很有用；
②利用吸附原理可制成色谱分离柱～制备色谱
活性炭对脂肪酸的吸附
Γ
甲酸
乙酸
丙酸
丁酸
极 性 减 小
CLeabharlann mol / l各种脂肪酸水溶液表面张力和浓 度的关系
丁酸 吸 附 量 丙酸
乙酸
甲酸
C
mol / l
活性炭自脂肪酸水溶液中的吸附 等温线
2.溶解度越小的物质越易被吸附,溶解度越 小，其化学势越大，因而自溶液中逃离的倾 向也越大，越易被吸附。 3.极性对应者易被吸附,极性吸附剂易于吸 附极性溶质，优先吸附极性强者。 非极性吸附剂易于吸附非极性溶质，优先吸 附非极性强者。
吸 附 量
CCl4 溶解度:4.18 mol/l C 6H 6 溶解度:12.43 mol/l C mol / l 不同溶解度的吸附等温线
4.温度的影响 5.吸附剂性质的影响
（PH值的影响；电解质的影响）
加入中性盐时，随电解质浓度增加，将使表面双电
层压缩。被吸附的表面活性离子之间斥力减弱，容
易吸附更多的表面活性离子。