固体表面的吸附剖析
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。
固体表面产生吸附现象的本质原因
固体表面产生吸附现象的本质原因引言固体表面产生吸附现象是物理化学研究中的重要现象之一。
许多实际应用领域，如催化、电化学和环境科学等，都与固体表面的吸附现象密切相关。
本文将深入探讨固体表面产生吸附现象的本质原因，从分子层面阐述吸附现象的机理和表面特性的影响。
吸附现象的定义吸附是指气体、液体或溶解物质中的分子、离子或原子与固体表面相互作用并与固体表面相结合的过程。
吸附分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是由于分子间的范德华力和卤素作用力引起的，而化学吸附是由于分子间形成化学键引起的。
吸附现象的机理吸附现象的本质原因是固体表面分子与吸附物分子之间相互作用力的存在。
这些相互作用力包括范德华力、电荷转移作用力和化学键作用力。
1. 范德华力范德华力是分子间的一种弱引力，与分子的极性和极化能力相关。
它是吸附现象中一个重要的相互作用力。
范德华力使固体表面分子与吸附物分子之间发生相互吸引，从而使吸附物分子附着在固体表面上。
2. 电荷转移作用力电荷转移作用力产生于分子间的电荷转移过程。
它可以通过静电相互作用、离子键和共价键等形式存在。
电荷转移作用力使固体表面分子与吸附物分子之间发生相互吸引或排斥。
3. 化学键作用力化学键作用力是指吸附物分子间或固体表面分子间通过共价键相互结合的力量。
化学键作用力较强，能够在吸附过程中形成化学键。
表面特性的影响固体表面的性质对吸附现象起着重要影响。
1. 表面活性表面活性是指在固体表面上发生的吸附现象的活性程度。
表面活性较高的固体表面能够吸附更多的吸附物分子。
2. 表面能表面能是指固体表面分子的能量状态。
表面能越小，吸附现象越易发生。
这是因为表面能小意味着表面分子与吸附物分子之间的相互作用力较强。
3. 表面形态表面形态对吸附现象的影响很大，表面形态的不规则性能增加吸附物分子在固体表面上的吸附机会。
4. 表面组成固体表面的成分决定了吸附现象的类型和性质。
不同的表面组成对吸附现象产生不同的影响。
固体表面吸附PPT课件
desorption
At equilibrium : ra = rd
ra : rate of adsorption
rd : rate of desorption
(3) Amount adsorbed (吸附量）
Vg ,STP madsorbent
nadsorbate madsorbent
第五页，课件共36页。
or ln ln k 1 ln p n
本式原为经验方程式, k、n为经验常数
后在下述假设模型下，自理论导出 （a) 吸附为单分子层吸附
(b) 固体表面是不均匀的
Ha H0 Aln
第十八页，课件共36页。
(பைடு நூலகம்) Temkin equation Aln(Bp) RT ln(Bp) a
理论模型： (a) 单分子层吸附
黏土具有晶体结构，主要有三种晶格类型，既高 龄石、蒙脱石、伊利石。
黏土作为固体吸附剂，其吸附机理与不同黏土的晶体 结构有关。
应用广泛
第三十一页，课件共36页。
（5）硅藻土
硅藻土主要由无定型的二氧化硅组成，并含有少 量Fe 2O3、CaO、MgO、Al 2O3及有机杂质
天然硅藻土有特殊的多孔性结构，这种微孔是其具有特 征理化性质的原因
固体表面吸附
第一页，课件共36页。
思考题
• 表面活性剂具有的那些重要性质，与表 面活性剂的结构和特性有关系吗？
• 表面活性剂为什么能在表面形成表面吸 附和定向排列？什么情况下，表面活性 剂会在溶液中形成胶束？
• 为什么气泡、液滴和肥皂泡都是球型？ 它们受到的附加压力相等吗？为什么气 泡比肥皂泡容易破裂？
用于保温材料、过滤材料、填料、吸附剂
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。
固体催化剂表面吸附行为的分析方法
rm/nm
相对压（P/P0）
20
0.9532
50
0.9810
100
0.9901
200
0.9952
1000
0.9990
5000
0.9998
孔的分类
按照孔的平均孔径分类： 微孔：<2 nm 中孔：2～50 nm 大孔：> 50 nm
吸附法，主要研究微孔及中孔 压汞法，主要研究大孔
滞后环与毛细凝聚的关系
N A
吸附层数n与吸附膜厚度t
n ≥ 1，t≥tm
t
n tm
V Vm
. tm
主要有三类
V(ml/g)
V-t曲线
II (微孔) I (非孔)
t(nm)
III (具有 孔道结构)
I型，非孔吸附剂。
II型，微孔型吸附剂，具有微小的毛细孔，毛细孔填 充满后（该现象称为毛细孔填充），阻碍多层吸附 的进一步发展，形成上凸下弯型的曲线。
实例
样品： SBET： C值：
氧化镱（Yb2O3） 10.9 m2/g 167.2
线性度： 0.99999
实例
样品： 柱状活性氧化铝
SBET： C值：
198.2 m2/g 87.7
线性度： 0.99997
二氧化硅小球 469.8 m2/g 80.4 0.99998
实例
样品： SBET： C值： 线性度：
体物质
吸附剂表面与吸附质之间存在相互作用力 是吸附行为发生的根本原因。
范德华（Van der Waals）力--------物理吸附 形成化学键---------------化学吸附
分子究竟为何能被固体表面所吸附呢？
第七章 气体在固体表面上的吸附
吸附剂
常用的吸附剂： 5）硅藻土：是硅藻土主要由无定型的二氧化硅组成， 并含有少量Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3及有机杂质， 天然硅藻土有特殊的多孔性结构，这种微孔是其具 有特征理化性质的原因。用于保温材料、过滤材料、 填料、吸附剂 6）黏土：经风华作用形成，组成元素是硅、氧和铝。 黏土中还含有石灰石、石膏、氧化铁和其它盐类。 黏土具有晶体结构，主要有高龄石、蒙脱石、伊利 石三种晶格类型。作为固体吸附剂，其吸附机理与 不同黏土的晶体结构有关，应用广泛
1）固体表面原子（分子）活动性差 2）固体表面的粗糙性和不完整性 3）固体表面的不均匀 4）固体的表面自由能
正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀 性，它可以吸附气体或液体分子，使表面自由能下 降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。
分子筛的表面SEM
这是覆盖在多 孔硅模具上的聚合 体的扫描电子显微 镜图片，对于美国 得克萨斯大学的法 迪赫〃布约克塞林 而言，它看上去就 像覆盖哈得逊湾的 一片森林。
物理吸附向化学吸附的转变
物理吸附向化学吸附的转变
脱氢作用沿化学吸附的逆过程进行，所提供的活化 能等于Qc+Ea，使稳定吸附的氢原子越过这个能量达到P 点，然后变成H2分子沿Pa P’线离开表面。
吸附量的表示
吸附量通常有两种表示方法： (1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。
q V / m
单位：m g
物理吸附常用于脱水、脱气、气体的净化与分离等； 化学吸附是发生多相催化反应的前提，在多种学科中 有广泛的应用
物理吸附与化学吸附
物理吸附 吸附力 吸附层数 范德华力 单层或多层 化学吸附 化学键力 单层
吸附热
选择性
较小(气体凝结热) ＜40KJ/mol
粉体与多孔固体材料的吸附原理方法及应用
粉体与多孔固体材料的吸附原理方法及应用粉体与多孔固体材料的吸附原理方法及应用1. 引言粉体与多孔固体材料的吸附是一种重要的物理过程，广泛应用于各个领域，如环境治理、化学工程、食品加工等。
吸附作为一种分离、净化和储存物质的方法，具有高效、经济和环保等优势，因此备受关注。
本文将从吸附的基本原理开始，深入探讨了吸附的方法和应用，并分享个人的观点和理解。
2. 吸附的基本原理吸附是指物质在接触到表面时，被表面的力量吸引并留在表面上的过程。
这种吸附过程是由于表面的化学相互作用、物理相互作用和电荷相互作用力的共同作用而发生的。
粉体与多孔固体材料的吸附主要有两种类型：化学吸附和物理吸附。
化学吸附是指在分子或离子间发生化学键结，其强度较高，难以逆转；而物理吸附是指分子或离子之间发生范德华力等弱相互作用，相对较易逆转。
3. 吸附的方法（1）等温吸附实验方法等温吸附实验方法是最常用的吸附性能测试方法之一，其原理是将吸附介质与待吸附物质接触，通过监测吸附剂与溶液中待吸附物质浓度的变化，来确定吸附过程的性质和机理。
著名的等温吸附实验方法有Langmuir吸附、Freundlich吸附和Dubinin–Radushkevich吸附等。
（2）动态吸附实验方法动态吸附实验方法是通过不断地供给待吸附物质和收集吸附物质来模拟实际吸附应用过程的。
柱层析、吸附塔和旋转鼓等设备均可用于动态吸附实验。
动态吸附实验方法还可以用于评估吸附剂的吸附容量、传质速率和吸附动力学等性能。
4. 吸附的应用吸附技术在很多领域都有广泛的应用。
以下是其中的几个例子：（1）环境治理：吸附技术可用于处理水污染，如去除重金属离子、有机物、色素等，以及大气污染物的去除。
（2）化学工程：吸附技术在催化剂的制备、溶剂回收、气体分离等方面有着重要应用。
（3）食品加工：吸附剂可以用于食品脱色、除臭、香料回收等环节，提高食品的质量和降低生产成本。
（4）医药领域：吸附技术在药物的分离提纯、药物控释等方面发挥重要作用。
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。
固体表面的吸附
重量法测定气体吸附
实验装置如图。将吸附剂放在 样品盘3中，吸附质放在样品管4中。 首先加热炉子6，并使体系与真空装 置相接。到达预定温度和真空度后， 保持2小时，脱附完毕，记下石英弹 簧2下面某一端点的读数。
根据加样前后该端点读数的变 化，可知道加样品后石英弹簧的伸 长，从而算出脱附后净样品的质量。
毛细凝聚现象
设吸附剂的孔为一端开口半 径为R'的圆筒， R'的大小属于中 孔范围，可以应用Kelvin公式。设 液体能完全润湿孔壁，这样所得 的吸附等温线如图(a)所示。
AB线段代表低压下的吸附，当 压力达到折点处，发生毛细凝聚， 即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(b)所示。
q V / m 单位：m3 g-1
体积要换算成标准状况(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
吸附量与温度、压力的关系
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：
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：
(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。
气体在固体表面的吸附
30.12.2020
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16
❖ 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
τ1=τ2＝γs。
30.12.2020
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6
❖ 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。
❖或
dAsG sdA
A dG sG sdAsdA
❖ 所以
s
Gs
AGs A
30.12.2020
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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
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。
30.12.2020
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15
❖ 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。 吸附平衡是一种动态平衡。
30.12.2020
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5
❖ 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
固体表面产生吸附现象的本质原因
固体表面产生吸附现象的本质原因固体表面产生吸附现象的本质原因在平常生活中，我们常有这样的经历：手碰到了桌面，留下了油脂印迹；鞋子踩在了泥地，沾上了泥土。
这些现象都是因为固体表面的吸附现象，也被称为附着现象。
吸附现象是指物质在表面上的吸附现象，即在固体表面或液体界面上，其他物质分子能够被吸附在表面上，产生静电或化学反应等等。
吸附现象常见的表现有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。
那么固体表面产生吸附现象的本质原因是什么呢？从分子层面理解，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。
1. 吸附位点吸附位点是指固体表面分子之间留下的一些空隙，在这些空隙中，其他物质分子可以被吸附。
这些吸附位点可以是低能位点，例如具有低络合能的杂质或空缺位点等；也可以是高能位点，例如固体表面羟基(OH)、羰基(C=O)、亲电基(-NH3+)等。
这些吸附位点往往会对吸附分子的种类、吸附键的强度、吸附能力等产生影响。
2. 相互作用力吸附分子与固体表面分子之间的相互作用力是产生吸附现象的关键。
这些相互作用力包括物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附是指吸附分子与表面分子之间由于分子间力的作用而吸附在一起，例如范德华力和静电作用。
范德华力是质子间和偶极子间的引力力或斥力力，现代化学中广泛用于描述物质的结构和性质。
如油脂分子与淀粉表面，有的有而有的没有这个范德华力引力，所以有的油脂附着强而有的附着弱。
静电作用是由于表面的异电荷相吸引产生的吸附现象，例如氧化物表面与阴阳离子electrolyte之间的静电作用力。
化学吸附是指吸附分子与表面分子之间发生了化学反应，例如键的形成或者键的断裂。
这种吸附通常比物理吸附更加牢固，吸附能也相对较大。
例如银离子与铁氧体表面钛元素的氧化掉，Ti4+会失去一个e-，而使银离子捕获一个e-，产生电中和的化学吸附。
固体表面吸附现象除了物理吸附和化学吸附之外还有另外一种重要的吸附方式，叫做生物吸附。
sio2吸附氢气机制剖析
sio2吸附氢气机制剖析Sio2是一种常见的氧化硅化合物，具有广泛的应用领域，包括电子、纳米技术和催化剂等。
它在化学反应中的重要性主要体现在其吸附氢气的机制上。
本文将深入剖析Sio2吸附氢气的机制，探讨其背后的原理和影响因素。
一、Sio2吸附氢气的机制Sio2是一种典型的非金属氧化物，因此其吸附氢气的机制与金属或金属氧化物不同。
Sio2表面的吸附行为主要通过两个机制实现：物理吸附和化学吸附。
物理吸附是一种较弱的相互作用力，包括范德华力和静电作用力。
对于氢气和Sio2之间的物理吸附来说，氢气与Sio2表面之间的相互作用力较小，主要是由于Sio2表面上存在的硅氧键的极性质量。
化学吸附，则是指氢气分子与Sio2表面发生共价键的形式吸附。
Sio2表面上存在的活性位点，如羟基（OH）和硅氧键（Si-O-Si）等，可以与氢气分子发生反应。
在这种机制中，氢气分子的H原子与活性位点上的氧原子或氢原子形成化学键，从而吸附在Sio2表面。
二、影响Sio2吸附氢气的因素1. 温度：温度是影响吸附过程的重要因素之一。
随着温度的升高，物理吸附和化学吸附都会增强。
在低温下，物理吸附占主导地位，而在高温下，化学吸附更为显著。
2. 压力：氢气分子的压力对吸附行为同样具有重要影响。
高压下，吸附量增加，因为氢气分子更容易与Sio2表面上的活性位点发生反应。
3. 表面性质：Sio2表面的性质也会影响吸附机制。
表面的羟基含量和分布情况将影响吸附位点的可用性和密度。
三、对Sio2吸附氢气的理解和观点Sio2吸附氢气的机制及其影响因素的深入理解对于实际应用具有重要意义。
通过研究Sio2吸附氢气的机制，我们可以掌握氢气在Sio2上的储存和释放规律，进而在氢能源领域实现更高效的利用。
Sio2吸附氢气的机制也为开发新型催化剂提供了启示。
通过了解活性位点的性质和数量，我们可以设计和合成更具活性和选择性的催化剂，从而提高反应的效率和产物的纯度。
总结回顾本文深入剖析了Sio2吸附氢气的机制，介绍了物理吸附和化学吸附两种主要机制，并探讨了温度、压力和表面性质等因素对Sio2吸附氢气的影响。
固体表面对气体的吸附
吸附量与吸附剂本质、吸附平衡时的 温度及气体压力有关。对于一个给定系 统
Γ=f(T,p)
常在上式的三个变量中固定一个变量 ，求出其它两个变量之间的函数关系。 如：
二、吸附等温 线
反映Γ 、 T、 p 中两个变量函数关系的
曲线称为吸附曲线，共分为三种：
吸附等量线：吸附量一定时，吸附温
度T与吸附质平衡分压p之间的关系曲线
。
在吸附等量线中，T 与 p之间关系类
似于克拉贝龙方程，可以用来求算吸附
二、吸附等温 线
吸附等压线：吸附质平衡分压一定时，
吸吸附附温等度压T和线吸可附以量Γ之间的关系曲线。
用来判别吸附类型 。
物理吸附很容易 达到平衡，吸附量 随温度升高而下降 。
CO在钯表面的吸附
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
实际应用时需将公式线性化：
p1 p
V bVm Vm
以 p/V 对 p 作图
1
1
1 Vm
得一直V线m ，其斜率bV m为
1
bV m
，截距为
，可
由斜率和截距求得 b
五、多分子层吸附理论—BET公式
大多数气-固吸附为物理吸附， 物理吸附基本上都是多分子层吸附。
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 (EmBEmTe理t)论和的泰假勒设(T：eller)三 人提吸出附了为多多分分子子层层的的气；固 吸附第理一论层，吸简附称是B固ET体吸表附面分子与吸附质分 理子论之。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时一般要将BET公式线性化
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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三、吸附等温式
(1) Langmuir 等温式
基本假定: (a) 单分子层吸附.
(b) 固体表面是均匀的 (c) 被吸附的分子之间不互相影响
吸附与脱附的反应式：
ka
G+S
SG
kd ka , kd : 分别为吸附和解吸(脱附)过程的速率系数
吸附速率： ra ka p(1 )
p ：被吸附气体的压力 θ：表面覆盖率 1- θ: 表面空白率
Cp p )1 (C
1)p /ps
Vm: 固体表面上铺满单分子层时所需气体的体积 C : 与吸附热有关的常数 ps : 试验温度下气体的饱和蒸气压 V :在平衡压力p时的吸附量 p/ps:吸附比压
由于方程中包含两个常数C和Vm，故又叫做BET的二常数
若吸附层不是无限的，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
二、 基本概念
(1) 吸附剂和吸附质
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。
(2) 吸附量
(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。
q V / m 单位：m3 g-1 体积要换算成
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
为三常数公式：
若n =1,为单分子层吸附,上式可以简化为 Langmuir公
式。
V
Vm
Cp (ps
q：吸附量，cm3/gkຫໍສະໝຸດ 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
k’，n是与温度、体系
p：气体的平衡压
有关的常数。
力
Freundlich 等温式是一个经验公式，它对 的适
用范围比Langmuir公式要宽。
Freundlich 等温式的特点是它没有饱和吸附值，它广泛应 用于物理吸附、化学吸附，也可用于溶液吸附。
由于大多数系统都不能在比较宽广的θ范围内符合
Langmuir 等温式，因此后来又有人提出了其他的一 些等温式，常见的有Freundlich 等温式、乔姆金等温 式和BET等温式等。
Freundlich（弗伦德利希）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
θ
1
ap 1ap
0
p
Langmuir等温式的示意图
(4) 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.
a ka / kb f(T ,Q )
a
a0
exp( Q ) RT
式中Q为吸附热，放热吸附Q为正，吸热吸附Q为 负
(b) 其他情况
①一个吸附质分子吸附时解离成两个粒子的吸附
ra ka p(1 )2 rd kd 2 达到吸附平衡时： ka p(1 )2 kd 2
则Langmuir吸附等温式可以表示为：
1
a1/ 2 p1/ 2 a1/ 2 p1/
2
（**）
②混合气体的Langmuir吸附等温式
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 ka pA(1 A B ) ra ka'p B(1 A B )
脱附速率： rd kd
在等温下达到平衡时
Langmuir 等温方程式：
ra rd ka p(1 ) kd
V
ap
V max 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）
ap
单原子台阶 吸附原子
吸附原子台阶
平台空位
3、固体表面的组成不同于内部
固体表面除在原子排布及电子能级上与体相有明显 不同外，其化学组成也往往与体相存在很大差别。
表面偏析：有多种元素组成的固体由于具有趋向于小 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，从而使它在表层中的含量高于体相中。
1
（***）
注意
虽然单分子层吸附等温线具有（*）式子所描述的形 式，但是吸附等温线具有（*）式子所描述的性质却 不一定都是单分子层的吸附。
Langmuir吸附等温式的局限性：
1.假设吸附是单分子层的，与事实不符。
2.假设表面是均匀的，其实大部分表面是不均匀的。
3.在覆盖度θ 较大时，Langmuir吸附等温式不适用。
吸附等温线的类型
(1)如右图为NH3在炭 上的吸附，根据实验 数据得到的吸附等温 线。
吸附等温线的类型
(2)如右图为NH3在炭 上的吸附等压线。
吸附等温线的类型
(3)如右图为NH3在炭 上的吸附等量线。
吸附等温线的类型
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 附平衡时的压力)
固体表面的吸附
一、固体表面的特性
1、固体表面分子（原子）移动困难
固体表面上的分子或原子与液体一样，受力也 是不均匀的，但是不像液体表面分子那样可以移动， 通常它们是定位的。
大多数固体比液体具有更高的表面能
2.固体表面是不均匀的
从原子水平上看，固体表面是不规整的，存在多种 位置，如下图所示：
平台
扭结原子
BET(Brunauer-Emmett-Teller)多层吸 附公式
BET理论是他们在Langmuir 理论的基础上发 展而得到的，他们的改进之处是认为表面已经吸 附了一层分子之后，由于被吸附气体本身的范德 华引力，还可以继续发生多分子层的吸附。
BET方程（吸附层数没有限制）
V
Vm (ps
(3) 吸附等温线
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：
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。
rd kdA
rd kd'B
达吸附平衡时，ra = rd
A 1A B
apA
B 1A B
a'
pB
混合气体的Langmuir吸附等温式
两式联立解得qA，qB分别为：
A
1
apA apA
a'
pB
B
a'pB 1 apA a'pB
对i种气体混合吸附的Langmuir吸附公式为：
i
ai pi
i
1 ai pi