《物理化学简明教程》(第四版)印永嘉 第八章 表面现象与分散系统资料

8.3 气体在固体表面上的吸附
• T与p的关系类似于克劳修斯-克拉贝龙方程， 可用来求算吸附热
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8.3 气体在固体表面上的吸附
• (2) 吸附平衡与吸附量
• 达到吸附平衡时，单位质量吸附剂所能吸附的 气体的物质的量或这些气体在标准状况下所占 的体积，称为吸附量，以a表示。
• 即a＝n／m或a＝V／m，其中m为吸附剂的质量。
• (3) 吸附曲线
• 在a，T、p三个因素中固定其一而反映另外两 者关系的曲线，称为吸附曲线，共分三种：
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(一) 表面现象
8.1 表面吉布斯函数与表面张力 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，
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8.1 表面吉布斯函数与表面张力
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8.2 纯液体的表面现象
1 附加压力
对活塞加压，使液滴体积增加dV， 其表面积增加dA。环境所作功与可 逆增加表面积的吉布斯函数增加应
该相等。
p dV dA; p dA
故
dGT ,p dA 或
=
G A
T
,p
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σ为比表面吉
布斯函数或表
面张力。
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8.1 表面吉布斯函数与表面张力
• 表面张力与下列因素有关 • (1) 物质种类 • (2) 接触相的性质 • (3) 温度 一般是温度升高，σ下降 • (4) 压力 一般是压力增加，液体的σ下降。
若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间 的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为 液体或固体的表面。
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8.1 表面吉布斯函数与表面张力
扩展表面所做的功δW’
与增加的表面积dA成正
比
δW’=σdA
可逆过程
δW’ = dGT,p
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3 液体的润湿与铺展
(s g) (s l) (l g) cos 0
cos (s g) (s l) • 此式称为杨氏方程。 (l g)
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3 液体的润湿与铺展
• 某些有机液体滴在水面上或固体表面能自动形 成一层极薄的液膜，这种现象称为液体的铺展 现象。
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4 毛细管现象
p
2
R'
gh
R R' cos
h 2 cos R g
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8.3 气体在固体表面上的吸附
• 1 气固吸附的一般常识
• 气体分子在固体表面上相对聚集的现象称为气 体在固体表面上的吸附，简称“气固吸附”。
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分子层或形成多分子层 分子层
吸附选择性 无选择性
有选择性
吸附热 吸附速率
较小，与气体凝聚热相 较大，近于化学反应热
近，约为2×104至
，约为4×104至4×105
4×104 J·moll
J·moll
较快，速率少受温度影 较慢，升温速率加快，
响。易达平衡，较易脱 不易达平衡，较难脱附
附
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8.3 气体在固体表面上的吸附
• ① 吸附等压线
• 图8.7 CO在Pt上的吸附等压线
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8.3 气体在固体表面上的吸附
• ② 吸附等量线
• NH3 在炭上的吸附等量线
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• 吸附气体的固体称为“吸附剂”，被吸附的气 体称为“吸附质”。
• (1) 吸附的类型 • 物理吸附和化学吸附
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8.3 气体在固体表面上的吸附
物理吸附
化学吸附
吸附力 • 表8范.3德物华理力吸附与化学吸化附学特键征力之比较
吸附分子层 被吸附分子可以形成单 被吸附分子只能形成单
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2 曲率对蒸气压的影响
Gm (l) Gm (g)
Gm (l) pl
T
dpl
Gm (g) pg
T
dpg
Vm (l)dpl Vm (g)dpg
Vm(l)
dp pl,r
pl,
l
RT
pr p
d
ln
pg
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dV
V 4r3
3
dV 4 r2dr
A 4 r2 dA 8 rdr
代入得： p
p p
2 r
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8.2 纯液体的表面现象
•
对于气泡，则
p
4
r
• 2 液曲体率(对T,蒸pl)气压的饱影和响蒸汽(T, pg)
对小液滴与蒸汽的平衡，应有相同形式，设 气体为理想气体。当恒温,压力改变时
2 曲率对蒸气压的影响
Vm (l)( pl,r
pl
)
RT
ln
pr p
pl,r pl
p 2
r
RT ln( pr ) 2 Vm (l) 2 M
p
r
r
这就是Kelvin公式，式中为密度，M 为摩尔质量。
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2 曲率对蒸气压的影响
• Kelvin公式可以说明许多现象，例如： • 人工降雨，天空中的水蒸气对小液滴没有饱和 • 毛细管凝聚现象 • 加热液体时的爆沸现象