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。
吸附技术知识点总结
吸附技术知识点总结一、概述吸附技术是一种物理或化学过程，通过在固体表面或孔隙中吸附气体、液体或溶质来分离或提纯物质的方法。
吸附技术具有高效、节能、环保、易操作、低成本等优点，在化工、环保、能源、医药等领域得到了广泛应用。
吸附技术可分为气体吸附和液体吸附两种类型，其中气体吸附主要用于气体分离和净化，液体吸附主要用于溶剂回收和废水处理。
二、吸附过程的基本原理吸附过程是指物质在固体表面或孔隙中附着的过程，其基本原理可归结为几种主要机制：1. 物理吸附：也称范德华吸附，是指气体或液体分子在固体表面附着的一种物理现象。
其特点是吸附力弱，吸附物质易脱附。
物理吸附是一种可逆过程，通常在低温和高真空条件下发生。
2. 化学吸附：指气体或液体分子在固体表面形成化学键而附着的过程。
其特点是吸附力强，吸附物质难脱附。
化学吸附是一种不可逆过程，通常发生在较高温度和压力条件下。
3. 吸附热力学：吸附过程的热力学基础是吉布斯自由能的变化，吸附热力学理论可用于描述物质在固体表面或孔隙中的吸附行为，包括吸附等温线、吸附等压线等。
4. 吸附动力学：吸附过程的动力学基础是质量传递、传质速率、平衡时间等，用于描述物质在固体表面或孔隙中的吸附速率和平衡时间等动态过程。
三、气体吸附技术气体吸附技术是指利用固体吸附剂吸附气体分子的方法，常用于气体分离和净化领域。
1. 吸附剂的选择：气体吸附剂通常为多孔性固体，如活性炭、分子筛、铝土矿、氧化铝、硅胶等。
根据吸附剂的孔径、比表面积、孔隙分布等特性选择适合的吸附剂。
2. 吸附分离：气体吸附分离常用于分离气体混合物，如氧气/氮气、二氧化碳/甲烷等。
通常利用吸附剂在一定温度、压力下对气体混合物进行吸附分离，根据各气体在吸附剂上的吸附力差异实现气体分离。
3. 吸附净化：气体吸附净化常用于去除气体中的有害成分，如有机物、硫化物、氮氧化物等。
通常利用吸附剂对气体中的有害成分进行吸附，实现气体净化和净化剂再生。
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。
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。
名词解释吸附
吸附什么是吸附？吸附是指物质吸附在固体表面的一种现象。
当气体或溶液中的分子与固体表面相互作用时，它们会被固体引力吸附在固体表面上，形成一个薄的吸附层。
吸附过程通常分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附物理吸附也称为吸附现象。
它是由于分子之间的范德华力作用而引起的吸附。
物理吸附通常在低温下、高压下发生，吸附剂的吸附能力较弱，吸附分子之间的相互作用主要是吸引力。
物理吸附是可逆的，在适当的条件下，吸附分子可以从固体表面解吸。
化学吸附化学吸附也称为反应性吸附。
它是由于吸附剂表面与吸附分子之间的化学键形成而引起的吸附。
化学吸附通常需要高温和较高的能量才能发生，吸附剂表面的化学活性位点与吸附分子之间发生化学反应，形成化学键。
化学吸附是不可逆的，吸附分子无法轻易脱离固体表面。
吸附的过程吸附过程可以分为吸附平衡和吸附动力学两个方面。
吸附平衡吸附平衡是指吸附过程达到稳定状态的情况。
在吸附平衡状态下，吸附剂表面的吸附物质分子的吸附和解吸速率达到动态平衡。
吸附平衡与吸附剂的性质、吸附物质的性质、温度等因素有关。
比如，对于物理吸附，低温和高压有利于吸附的发生；而对于化学吸附，适当的温度和反应活化能是决定吸附平衡的关键因素。
吸附动力学是指吸附过程中吸附物质在固体表面的吸附速率和解吸速率。
吸附动力学的研究可以揭示吸附过程的速率和机理。
常见的吸附动力学模型包括准二级反应动力学模型、Langmuir模型、Freundlich模型等。
吸附动力学的研究对于理解和设计吸附过程具有重要意义。
吸附在实际应用中的重要性吸附在许多领域中都有重要的应用，如催化剂、吸附分离、环境修复等。
催化剂吸附在催化剂表面的物质可以通过化学反应转化为其他物质，从而实现反应速率的增加。
催化剂的活性主要取决于其表面上的活性位点数量和吸附能力。
通过调控催化剂表面的吸附性质，可以提高催化剂的活性和选择性，进而提高反应效率。
吸附分离吸附分离是一种常用的物质分离技术。
实验报告固体吸附
一、实验目的1. 了解固体吸附的基本原理和吸附剂的选择；2. 掌握固体吸附实验的操作方法；3. 分析固体吸附的动力学和热力学性质；4. 研究不同吸附剂对吸附质的选择性和吸附效果。
二、实验原理固体吸附是指吸附质分子在固体表面的吸附现象。
根据吸附机理，固体吸附可分为物理吸附和化学吸附。
物理吸附是由于分子间作用力（如范德华力）引起的，其吸附热较小；化学吸附是由于化学键的形成而引起的，其吸附热较大。
固体吸附的动力学研究吸附质在吸附剂表面的吸附速率，而热力学研究吸附平衡和吸附剂的选择性。
常用的吸附动力学模型有Langmuir模型、Freundlich模型和Temkin模型。
吸附热力学参数包括吸附热、吸附熵和吸附自由能。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：吸附柱、吸附剂、吸附质溶液、磁力搅拌器、电子天平、温度计、pH计、紫外-可见分光光度计等；2. 试剂：活性炭、硅胶、NaOH、HCl、醋酸、氯化钠、硫酸铜等。
四、实验步骤1. 准备吸附剂和吸附质溶液；2. 将吸附剂装入吸附柱，控制吸附柱的流速；3. 将吸附质溶液通过吸附柱，记录吸附时间；4. 收集流出液，测定流出液中吸附质的浓度；5. 根据吸附前后的浓度差，计算吸附量；6. 分析吸附动力学和热力学性质。
五、实验结果与分析1. 吸附动力学分析根据实验数据，绘制吸附量与吸附时间的关系图。
通过比较不同吸附剂对吸附质的吸附速率，可以得出吸附剂的选择性。
2. 吸附热力学分析根据吸附量与吸附质浓度的关系，可以绘制吸附等温线。
通过拟合等温线，可以得到吸附平衡参数，如Freundlich模型中的n和k。
3. 吸附热力学参数计算根据吸附等温线，可以计算吸附热、吸附熵和吸附自由能。
吸附热可以用吸附等温线的斜率表示，吸附熵可以用吸附等温线的弯曲程度表示，吸附自由能可以用Gibbs自由能表示。
六、结论1. 实验结果表明，活性炭和硅胶对吸附质的吸附效果较好，具有较高的吸附容量；2. 吸附动力学分析表明，吸附速率与吸附时间呈线性关系；3. 吸附热力学分析表明，吸附过程是放热过程，吸附熵较小；4. 实验结果表明，活性炭和硅胶对吸附质具有较好的选择性。
固体表面吸附
将 =V/ V 代入吸 附公式重排后可得： p/V = 1/ V a + p/ V
BET公式
由Brunauer-Emmett-Teller三人提出的多分子 层吸附公式简称BET公式。
他们接受了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。
其它常用的吸附等温方程
①Freundlich（弗兰德里希）吸附等温方程 ： θ=a
p
1 n
对指定的吸附系统，a、n 是常数，该等温式适 用于中等压力下的解离与非解离吸附。 ②Temkin（焦姆金）吸附等温式： q = a ln (f p) ， 其中a，f 是常数, q 是一种气体在固体表面的一 种部位发生化学吸附时的吸附量 。
一 物理吸附与化学吸附 二 Langmuir吸附等温式 三 BET吸附等温式 四 吸附热及其它形式的吸附等温方程 五*界面吸附通用等温式
固体表面的特性
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也 是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动，通 常它们是定位的。 固体表面是不均匀的，即使从宏观上看似乎很 光滑，但从原子水平上看是凹凸不平的。
固体在等温、等压下吸附气体是一个自发过程，ΔG< 0， 气体从三维运动变成吸附态的二维运动，熵减少， ΔS< 0， ΔH=ΔG+TΔS， ΔH< 0。 积分吸附热：等温条件下，一定量的固体吸附一定量的气 体所放出的热，用Q表示。积分吸附热实际上是各种不同 覆盖度下吸附热的平均值。显然覆盖度低时的吸附热大。 微分吸附热：在吸附剂表面吸附一定量气体q后，再吸附少 量气体dq时放出的热dQ，
固体表面上的吸附作用
④ 色谱吸附分离
⑥ ⑤ 循环吸附分离技术
⑦使固定吸附床源自热力学参数和移动相周期性地改变，从而
10.3.3 吸附剂
（1）对吸附剂要求
良好的选择性、较高的吸附容量、较高的机械强度。
（2）吸附剂种类
1032吸附分离过程的分类变温吸附分离温度吸附容量而温度吸附容量故低温吸附分离高温再生吸附剂
10.3 吸附
10.3.1 固体表面上的吸附作用
吸附：在一定条件下，一些物质的分子、原子或离子能自动
地附着在某些固体表面上的现象。
吸附剂：具有吸附作用的物质； 吸附质：被吸附的物质。 平衡吸附量（吸附量或吸附容量）：吸附达到平衡时，吸附 剂单位面积（或单位质量）上吸附气体的物质的量或标准状
况下的体积。
物理吸附：吸附力为分子间力的吸附； 化学吸附：吸附力为化学键力的吸附。
10.3.2 吸附分离过程的分类
① 变温吸附分离 温度↑ ② 吸附容量↓ ， 而温度↓ 吸附容量↑ 故低温吸附分离，高温再生吸附剂。 变压吸附分离 恒温下，分压↑ 吸附容量↑ ， 而分压↓ 吸附容量↓
故加压吸附分离，减压再生吸附剂。
和葡萄糖的分离等。
① 天然吸附剂，如活性铝土矿、漂白土、硅藻土等；
② 硅胶；
③ 活性氧化铝；
④ 活性炭；
⑤ 合成沸石分子筛。
10.3.4 吸附分离的应用
① 气体和液体的去湿
如：氟里昂脱水。 ② 气体的分离和净化 如：工业生产中的原料气脱除其中的CO2、H2S、CO、SO2 等微量杂质。
③ 气体中少量溶剂的回收
如：油漆或轻纺工业中，排出的气体内溶剂蒸汽（苯、 丙酮、二硫化碳）的回收。 ④ 有机烷烃和芳烃的分离和精制 如：间-二甲苯和对-二甲苯的分离、碳水化合物中的果糖
固体表面的吸附
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。 固体表面的气体或液体的浓度高于其本体 浓度的现象，称为固体的表面吸附。 广泛的应用：
干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处 理、催化剂、…
Adsorbent (吸附剂) and adsorbate (吸附质)
当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为
固体表面的特性
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力 也是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动， 通常它们是定位的。 Solid Na Ag NaCl MgO 石蜡 聚乙烯 云母 γ/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400 大多数固体比液体具有更高的表面能
♦ Since the conc. is uniform throughout the material, absorption is a 'bulk phenomenon'. But adsorption is a 'surface phenomenon'.(conc. is higher in surface of adsorbent) ♦ Absorption occurs at uniform rate. Adsorption is rapid at the beginning ,but it's rate slowly decreases
• 2、在金属氧化物上CO的化学吸附 • 一氧化碳在金属氧化物上的吸附是不可逆的,一 氧化碳与金属离子是以σ 结合的 • IR:2200cm-1
• 四、烯烃的化学吸附态 在金属上烯烃的吸附态 • 烯烃在过渡金属表面既能发生缔合吸附也能发 生解离吸附。这主要取决于温度、氢的分压和 金属表面是束吸附氢等吸附条件。如乙烯在预 吸附氢的金属表面上发生σ型（如在Ni[111]面） 和π型（如在Pt[100]面两缔合吸附。
固体表面产生化学吸附的原因
固体表面产生化学吸附的原因以固体表面产生化学吸附的原因为题，我们将详细探讨化学吸附的机制和原因。
化学吸附是指气体或溶液中的分子与固体表面发生化学反应并吸附在表面上的现象。
这种吸附是由于分子间的相互作用力导致的。
以下将从分子间力、化学键形成和表面特性等方面解释固体表面产生化学吸附的原因。
分子间力是导致化学吸附的主要原因之一。
分子间力包括范德华力、氢键和离子键等。
范德华力是非极性分子之间的相互作用力，是由于电子在分子中的分布不均匀而产生的。
当气体或溶液中的分子与固体表面接触时，分子间的范德华力会使分子倾向于在表面附近聚集，从而产生化学吸附。
另一种分子间力是氢键，它是由于氢原子与氮、氧或氟等电负性较高的原子形成的强相互作用力。
氢键的形成使得分子更容易吸附在固体表面上。
离子键是由正负电荷之间的相互作用力引起的，当带电的离子与固体表面接触时，离子间的吸引力使得离子更容易吸附在表面上。
化学键形成也是固体表面产生化学吸附的原因之一。
当气体或溶液中的分子与固体表面接触时，表面的活性位点会与分子中的化学键断裂或形成新的化学键。
这种化学反应导致分子与表面之间形成了化学键，从而使分子吸附在固体表面上。
例如，金属表面上的氧化反应会导致氧分子与金属表面形成金属氧化物，从而实现化学吸附。
固体表面的特性也对化学吸附起到重要的影响。
固体表面的特性包括表面活性位点的种类和密度、表面结构和形貌等。
表面活性位点是指固体表面上能够与分子发生化学反应的位置。
表面活性位点的种类和密度决定了吸附分子与固体表面之间的相互作用力的强弱。
固体表面产生化学吸附的原因主要包括分子间力、化学键形成和表面特性等。
分子间力使分子在固体表面附近聚集，化学键形成使分子与固体表面发生化学反应并吸附在表面上，而固体表面的特性决定了吸附的效果。
通过深入理解这些原因，可以更好地理解和控制固体表面的吸附现象，为实际应用提供理论基础和指导。
吸附的基本原理和过程步骤
吸附的基本原理和过程步骤
吸附的基本原理是指固体表面对气体或液体物质的吸收作用，使物质分子沉积在固体表面上形成吸附层。
吸附是由于固体表面存在的无定形结构、电荷、亲疏水性以及表面活性位点等因素所引起的。
过程步骤如下：
1. 接触：吸附物质与固体表面接触，形成物质分子与表面分子之间的相互作用；
2. 扩散：吸附物质的分子从溶液或气相中由高浓度区域向低浓度区域进行扩散，并在表面形成致密分子层；
3. 吸附：吸附物质的分子与固体表面之间发生相互作用，吸附物质分子吸附在固体表面上，形成吸附层；
4. 平衡：吸附物质的吸附量随着时间的增加而趋于稳定，形成吸附平衡，吸附速率与脱附速率相等，吸附层处于动态平衡状态。
在实际应用中，通过调节吸附条件，如温度、压力、pH值等，可以改变吸附平衡及吸附量，以实现固体表面的选择性吸附。
自然界的固体吸附现象
自然界的固体吸附现象
自然界的固体吸附现象是指固体表面吸附周围介质中的分子或离子的过程。
这种现象的本质原因可以归结为固体表面存在的吸附位点和物质分子之间的相互作用力。
吸附位点是指固体表面分子之间留下的一些空隙，这些空隙可以吸附其他物质分子。
物质分子之间的相互作用力包括范德华力、氢键等，这些力可以使分子在固体表面发生吸附。
固体吸附现象的表现很多，比如植物叶片吸附阳光中的二氧化碳，固体表面吸附液体分子等。
吸附现象还可以分为物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附是指吸附剂和吸附质之间通过物理作用力（如范德华力）相互吸引而发生的吸附，这种吸附过程是可逆的，吸附热较小。
化学吸附则是指吸附剂和吸附质之间通过化学键合作用而发生的吸附，这种吸附过程通常是不可逆的，吸附热较大。
此外，固体表面的吸附还会受到温度、压力、浓度等因素的影响。
随着温度的升高，吸附量一般会减少；随着压力的增大，吸附量一般会增加；随着浓度的增大，吸附量也会增加，但当浓度达到一定程度后，吸附量趋于饱和。
在自然界中，固体吸附现象具有很多重要的应用，如催化剂、吸附剂、分离材料等。
同时，固体吸附现象也是环境科学、化学工程、材料科学等领域的重要研究对象。
固体表面的吸附与催化作用
固体表面的吸附与催化作用1. 引言固体表面的吸附与催化作用是物理化学中的重要概念。
在许多化学和工艺过程中，固体表面吸附和催化作用都发挥着至关重要的作用。
本文将探讨固体表面的吸附现象、催化机理以及它们在各种应用领域中的重要性。
2. 固体表面的吸附吸附是指气体、液体或溶液中的分子或离子附着在固体表面上的现象。
吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。
2.1 物理吸附物理吸附也称为范德华吸附，是由于分子之间的范德华力相互作用引起的。
范德华力是一种短程力，主要由于分子之间的偶极-偶极相互作用或分子之间的诱导相互作用。
物理吸附通常发生在低温下，吸附量与温度呈反比关系。
2.2 化学吸附化学吸附是指气体或液体中的分子与固体表面上的活性位点形成化学键的过程。
化学吸附通常发生在高温下或在存在催化剂的情况下。
化学吸附是可逆的，并且在形成化学键的同时伴随着能量释放或吸收。
3. 固体表面的催化作用催化是指通过催化剂加速化学反应速率的过程。
固体表面上的催化作用是许多工业和生物过程中的关键步骤。
3.1 催化剂的种类常见的固体催化剂包括金属、金属氧化物和金属碱土（如钙、镁）等。
不同的催化剂对不同的反应具有不同的催化活性。
选择合适的催化剂对于提高反应的效率至关重要。
3.2 催化机理固体催化作用的机理主要包括表面吸附、反应和解离等过程。
在催化反应中，反应物吸附到催化剂表面上，形成中间体，然后通过反应形成产物。
催化剂能够提供活化能，降低反应的能量阻隔，从而加速反应速率。
4. 固体表面的吸附与催化在应用中的重要性4.1 催化剂在工业中的应用催化剂在许多化学工业过程中被广泛应用，例如氨合成、石油cracking、氧化反应等。
通过催化剂，可以提高反应速率、节省能源和原料，并减少副产物的生成。
4.2 固体表面的吸附在环境治理中的应用固体表面的吸附作用可以用于废水处理和空气污染控制中。
通过将污染物吸附到固体表面上，可以有效去除或降低污染物对环境的危害。
固体表面的吸附与催化作用
固体表面的吸附与催化作用随着科学技术的不断发展，固体表面的吸附与催化作用逐渐成为化学领域中的研究热点。
本文将从吸附与催化的概念入手，探讨固体表面吸附与催化作用的相关原理、应用和前景。
一、吸附与催化的概念1.1 吸附的定义吸附指的是气体、液体或溶液中的分子或离子与固体表面发生相互作用，并附着在固体表面上的现象。
根据吸附过程中分子与固体表面之间的作用力不同，吸附可以分为物理吸附和化学吸附两种形式。
1.2 催化的定义催化是指在化学反应中，通过加入某种物质（催化剂）来提高反应速率、改变反应路径或提高反应选择性的过程。
催化剂能够降低反应的活化能，从而加速反应的进行。
二、固体表面吸附的原理与分类2.1 吸附过程的原理吸附过程是由于分子间的相互作用力，使分子由气体或溶液从体相吸附留在固体表面的过程。
这种相互作用力主要包括范德华力、电荷转移力和化学键的形成。
2.2 吸附的分类根据吸附过程中分子与固体表面之间的作用力的强度和种类，可以将吸附分为化学吸附和物理吸附。
2.3 化学吸附与物理吸附的区别化学吸附是指吸附分子与固体表面发生化学键的形成，吸附能较高，有一定的选择性。
物理吸附是指吸附分子与固体表面之间的相互作用力较弱，吸附能较低，一般没有选择性。
三、固体表面催化的机制与应用3.1 催化反应的机制固体表面催化不仅涉及到催化剂与反应物的相互作用，还包括催化剂与产物的相互作用。
催化反应的机制主要有吸附解离理论、表面化学键形成理论和电子剥离理论等，不同的反应类型适用不同的机制。
3.2 固体表面催化的应用固体表面催化广泛应用于化工、环境保护、能源领域等。
例如，催化剂在石油加工中的应用可以提高燃料的质量和产物的选择性；催化剂在废水处理中可以降解有机污染物、去除有害气体等。
四、固体表面吸附与催化作用的前景固体表面吸附与催化作用的研究将在未来继续深入，并在许多领域发挥重要作用。
随着纳米材料和表界面科学的发展，人们将能够设计更高效的催化剂，实现高选择性的化学反应，并解决能源和环境等领域的重大挑战。
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。
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吸附等温线的类型
(Ⅴ)发生多分子层吸 附，有毛细凝聚现象。 例如373K时，水汽在 活性炭上的吸附属于 这种类型。
(b) 吸附等压线
V p1 p2 p3
(c) 吸附等量线
V1 V2 V3 p
T
T
3. Adsorption isothermal equations (1) Langmuir equation (1916)
Discussion:
(a) isotherm: at low pressure , ap＜＜1,θ＝ap, V∝p at high pressure, ap＞＞1, θ＝1, V= Vmax Vmax: saturated amount of adsorption
(即固体表面全部铺满一层气体分子时的吸量)
Ea
E0 a
Q
Q0
(
)
Ed Ed0
ra
p
2 mkBT
(1 ) exp
E0 a RT
(1 ) 2 mkBT
exp
Ea0 RT
p
exp
A0
ka kd
,
乔姆金方程式
V Vm
RT
ln( A0 p)
适用于化学吸附，在处理一些工业上的催化过程如 合成氨过程等常用到此方程，
适用于覆盖率中等的情况
Freundlich吸附等温式
Ea
E0 a
ln
Ed Ed0 ln
RT
ka kd
p
k’，n是与温度、体系
有关的常数。
Freundlich吸附公式对 的适用范围比Langmuir公式要宽。
（4）BET(Brunauer-Emmett-Teller) equation (1938)
Basic assumption
(a) Adsorption is multilayer
(b) Surface is uniform and there is not interacting force among the molecules adsorbed.
ΔHa : 等压吸附热(adsorption heat at constant pressure)
In general
ΔHa< 0
T↑ ， a↓， Γ↓
p
T
ln p ( T )V
H
' a
RT 2
H
' a
:
adsorption
heat
at
constant
amount
H a
H
' a
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。
(2) adsorption equilibrium
adsorption
Hale Waihona Puke S+GSG
desorption
At equilibrium : ra = rd ra : rate of adsorption rd : rate of desorption
(c) adsorption heat above the first layer are the same and equal to the condensed heat of gas.
BET方程（吸附层数没有限制）
V Vm
( pv
cp
p)1 (c 1) p / pv
Vm: saturated amount of monolayer adsorption
q f (T, p)
通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关 系，例如：
(a)T=常数，q = f (p)，得吸附等温线。 (b)p=常数，q = f (T)，得吸附等压线。 (c)q=常数，p = f (T)，得吸附等量线。
(a) 吸附等温线的类型
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。
(3) Amount adsorbed (吸附量）
(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。
体积要换算成
q V / m 单位：m3 g-1 标准状况(STP)
(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。
q n / m 单位：mol g-1
(4) Adsorption curves
对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平 衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即：
V Vmax
p
Vm是一个重要参数。从吸附质分子截面积Am，可 计算吸附剂的总表面积S和比表面A。
(b) 方程式可改写为: pp 1 V Vm aVm
p/V
p 以p/V对p作图,可求Vmax 和a.
(c) a ka / kb f (T )
ln a ( T ) p
H a RT 2
(n
1)
p ps
n
n
p ps
n1
n1
1 (c 1)
p ps
c
p ps
若n =∞，(p/ps)∞→0，上式可转化为二常数公式。 三常数公式一般适用于比压在0.35~0.60之间的吸附。
脱附速率： rd kd
at equilibriu m ra rd
ka p(1 ) kd
Langmuir isothermal adsorption equation
ap
1 ap
q V ap
或
qmax Vmax 1 ap
a= ka/kd : 吸附系数(adsorption coefficient) (吸附平衡常数）
c : constant dependent on adsorption heat
pv : saturated vapor pressure of adsorbat liquid at adsorption temperature
BET公式
为了使用方便，将二常数公式改写为：
p 1 c 1 p V ( ps p) Vmc Vmc ps
固体表面的吸附
固体表面的特性
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也 是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动，通 常它们是定位的。 Solid Na Ag NaCl MgO 石蜡 聚乙烯 云母 γ/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400
大多数固体比液体具有更高的表面能
1
kpn
RT
k
ka kd
,n
RT
Freundlich吸附等温式
Freundlich吸附等温式有两种表示形式：
(1) q kp1/n
(2) x k' p1/n m
q：吸附量，cm3/g
k，n是与温度、体
系有关的常数。
x：吸附气体的质量 m：吸附剂质量
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。
固体表面的气体或液体的浓度高于其本体 浓度的现象，称为固体的表面吸附。
广泛的应用：
干燥剂、防毒面具、脱色剂、色谱、污水处 理、催化剂、…
2. Basic concepts
(1) adsorbent(吸附剂) and adsorbate (吸附质)
RT
rd
' 2 mkBT
exp
Ed0 RT
exp
RT
叶诺维奇（Elovich）方程
ra
ka
p
exp
RT
净吸附速率为：
rd
kd
exp
RT
d
dt
ra
rd
ka
p
exp
Basic assumptions: (a) Adsorption is monolayer.
(b) The surface of solid is uniform. (c) There is not interacting force among
the molecules adsorbed.
Considered adsorption as a reaction
比压太低，建立不起多分子层物理吸附； 比压过高，容易发生毛细凝聚，使结果偏高。
BET公式
如果吸附层不是无限的，而是有一定的限制，例
如在吸附剂孔道内，至多只能吸附n层，则BET公式修
正为三常数公式：
若n =1,为单分子 层吸附,上式可以简 V 化为 Langmuir公式。
Vm
(
cp ps
p)
1
②多组分吸附
当A和B两种粒子都被吸附时，A和B分子的吸附与解 吸速率分别为：
ra k1 pA (1A B ) rd k-1A
达吸附平衡时，ra = rd
A 1A B
apA
ra k1' pB (1A B ) rd k' 1B