《应用胶体与界面化学》07-固气界面上的吸附作用解析只是分享

低压时首先形成单分子层 吸附，随着压力增大出现 Vm 多层吸附
在比压接近1时，发 生毛细管凝聚现象。
B
p / ps
1 .0
吸附等温线的类型
(Ⅲ) 这种类型较少见。 当吸附剂和吸附质相互 V a d 作用很弱时会出现这种 等温线。
如 352 K 时，Br2 在硅胶上的吸附属于这 种类型。
p / ps
p / ps
1 .0
第三节 物理吸附的几种理论模型 一. Gibbs 公式与Henry定律
Gibbs 公式 dRTdlnp
假设气体是吸附在固体上的二维理想气体：
二维理想气体状态方程：ART
气体吸附表面覆盖度： /m
Henry公式
Hp
气体压力低时吸附量与气体平衡压力成正比，等温线为 通过原点的直线
台阶附加原 子
1. 范德华力：静电力、诱导力、色散力 静电力：极性分子间的静电吸引力
诱导力：极性分子诱导临近分子发生电荷转移，产生诱导偶极子
色散力：非极性分子产生瞬间偶极矩，使临近分子诱导产生瞬间偶极矩
2. 电性作用力 固体表面带电： 1）固体表面的某些晶格离子的选择性溶解或表面组分 的选择性解离 2）表面对溶液中同种离子或离子团的选择性吸附 3）固体晶格缺陷引起的表面带电
3. 氢键作用
4. 电荷转移作用 Lewis酸（给电子体） Btonsted酸（受电子体）
补充影响吸附的基本规律
1. 极性吸附剂易吸附极性吸附质，如：硅胶硅铝催化剂易吸附水、氨、 乙醇等分子
2. 非极性吸附剂易吸附非极性吸附质，如：活性炭、炭黑对烃类和各种 有机蒸气的吸附能力较大。
3. 无论极性还是非极性吸附剂，一般吸附质分子越复杂、沸点越高，被 吸附能力越强。
广泛的应用： 干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处 理、催化剂、…
第一节 吸附作用
一.物理吸附和化学吸附
（本质区别是吸附分子与固体表面的作用性质）
物理吸附
化学吸附
吸附力 范德华力 吸附热 较小(～液化热) 选择性 无选择性 稳定性 不稳定,易解吸 分子层 单分子层或多分子层 吸附速率 较快,
受温度影响小
1 .0
吸附等温线的类型
(Ⅳ) 多孔吸附剂发生
多分子层吸附时会有
V ad
这种等温线。在比压
较高时，有毛细凝聚
现象。
例如在323 K时， 苯在氧化铁凝胶上的
吸附属于这种类型。
p / ps
1 .0
吸附等温线的类型
(Ⅴ)发生多分子层吸 附，有毛细凝聚现象。 V a d
例如373 K时，水 汽在活性炭上的吸附 属于这种类型。
4. 酸性吸附剂易吸附碱性吸附质。
5. 吸附剂的孔结构会影响吸附速率和吸附量
第三节 吸附量、吸附曲线与吸附热
吸附量： 达到吸附平衡时，单位质量或单位表面吸附剂上 吸附的吸附质的量（质量、物质的量、体积等）表示。
Vg,STP ma d s o r b en t
nadsorbate ma d s o r b en t
三. 吸附等温线几种基本类型（BDDT分类）
从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、 孔分布以及吸附剂与吸附质之间的相互作用等有关 信息。
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)
吸附等温线的类型
Ⅰ型等温线也称为Langmiur等温线
《应用胶体与界面化学》07-固 气界面上的吸附作用解析
固体表面的气体与液体有在固体表面自动 聚集，以求降低表面能的趋势。
两互不混溶的两相接触时，两体相内的某种或 几种组分的浓度与其在两相界面上的浓度不同 的现象称为吸附（adsorption）
通常将被吸附的物质称为吸附质，能有效地吸 附吸附质的物质叫吸附剂。吸附剂多为多孔性 大比表面固体。
表征单分子层物理吸附和化学吸附
(Ⅰ) 在2.5 nm 以下微 V a d
Vm
孔吸附剂上的吸附等温
线属于这种类型。
例如78 K时 N2 在活 性炭上的吸附及水和苯 蒸汽在分子筛上的吸附。
p / ps
1 .0
吸附等温线的类型
(Ⅱ) 常称为S型等温线。
吸附剂孔径大小不一， V a d 发生多分子层吸附。
(m3 kg-1) (mol kg-1)
吸附量的测量 容量法：标准方法
吸附曲线：吸附剂、吸附质确定后，吸附量、温度、气体
平衡压力间有一定的函数关系，恒定其中一个，其余两参
数间的关系曲线称为吸附曲线。f(T, p)
吸附等温线、吸附等压线和吸附等量线
吸附热：吸附过程的热效应∆H ∆G= ∆H-T∆S ∆H<0
二.Langmuir单分子层吸附模型及吸附等温式
Langmuir吸附等温式
Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸 气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 = a/am 则空白表面为(1 - )
a为已被吸附占据的位置数 am为单位表面固体上最大吸附量
Langmuir吸附等温式
吸附速率为 ra kap(1)
脱附速率为
rd kd
达到平衡时，吸附与脱附速率相等。
kap1kd
令： k a b
ka p
bp kd ka p
kd
1 bp
这公式称为 Langmuir吸附等温式，式中b 称为
吸附平衡常数（或吸附系数），它的大小代表了固
体表面吸附气体能力的强弱程度。
bp 1 bp
以 对p 作图，得：
1.当p很小，或吸附很弱，
bp<<1， = bp， 与 p成
线性关系。
2.当p很大或吸附很强时，
bp>>1， =1， 与 p
无关，吸附已铺满单分 子层。
1
bp
bp bpm
1 bp
3.当压力适中， bpm，
m介于0与1之间。
化学键力 较大 有选择性 稳定，不易脱附 单分子层
较慢. 受温度影响大
二. 固体表面
固体表面原子的活动性小 表面势能的不均匀性
平 平台空 台 位
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， 单原子台 而且常随其水平位置 阶 改变而变化。
二. 吸附剂和吸附质间的作用力
扭结原 子
附加原子
p Langmuir等温式的示意图
将 =a/am代入Langmuir吸附公式
a bp
am 1 bp
p 1 p a amb am
b
b0
exp
Q RT
bp 1 bpHale Waihona Puke Baidu
2. 吸附常数b与吸附时间τ