物理吸附与化学吸附
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。
物理吸附和化学吸附
哈尔滨商业大学食品工程学院
应用：
物理吸附在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护 等部门和领域都有广泛的应用。
最常用的是从气体和液体介质中回收有用物质或去除杂质，如气体 的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等。
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2、化 学 吸 附
化学吸附：吸附质分子与固体表面原子（或分子）发生电子的转移、 交换或共有，形成吸附化学键（原子或离子相结合的能力）的吸附。简 单说是固体表面与被吸附物间的化学键力起作用的结果。可看做化学反 应。
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4.5离子交换的应用
（2）在硬水软化中的应用 水的软化是去除水中Ca2+，Mg2+ ，通过Na型阳离子交换柱使水中Ca2+，Mg2+ 与Na+交换，使其保留在树脂上。
C a2+
2R SO 3-N a+ + M g2+
2H C O 3SO 422C l-
C a2+
2R SO 3M g2+
代号
分类名称
0
强酸
1
弱酸
2
强碱
3
弱碱
4
螯合
5
两性
6
氧化还原
功能基
说明
-SO3H
-COOH,-PO3H3
-N+(CH3)3 ,
-N+
(CH3)2
CH2CH2OH
-N H 2,-N H R ,-N R 2
H2C
CH2COOH N
CH2COOH
(-N + (C H 3 )3 , -C O O H )
(-CH2SH)
（1）阴离子交换树脂
吸附法的分类
吸附法的分类
吸附法主要可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三类。
1. 物理吸附：基于吸附剂与溶质之间的分子间作用力即范德华力。
溶质在吸附剂上吸附与否或吸附量的多少主要取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶剂的极性。
一般物理吸附发生在吸附剂的整个自由表面，被吸附的溶质可通过改变温度、PH和盐浓度等物理条件脱附。
2. 化学吸附：会释放大量的热，吸附热高于物理吸附。
化学吸附一般为单分子层吸附，吸附稳定，不易脱附，故洗脱化学吸附质一般需采用破坏化学结合的化学试剂为洗脱剂。
化学吸附具有高选择性。
3. 离子交换吸附：所用吸附剂为离子交换剂。
离子交换剂表面含有离子基团或可离子化基团，通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。
离子交换的吸附质可以通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
物理吸附和化学吸附的概念
物理吸附和化学吸附的概念1. 哎呀妈呀，说起物理吸附和化学吸附的概念，那可真是一个让人脑袋瓜子嗡嗡的话题啊！不过别担心，咱们今天就用最通俗易懂的方式来聊聊这两个看似高大上的概念。
保准说完后，你就能跟身边的小伙伴们侃侃而谈，把他们都镇住！2. 物理吸附，简单来说就是两个东西之间玩"贴贴"的游戏。
它们之间没有什么深厚的感情，就是单纯地黏在一起。
就像是你把一块磁铁靠近冰箱门，"啪"的一下就吸上去了。
这种吸附力虽然不是很强，但胜在来去自如，想分开就分开，一点都不麻烦。
3. 有个小朋友听了这个解释后，眼睛一亮，说："哇，那不就像我和我最好的朋友吗？我们天天黏在一起玩，但放学后就各回各家，第二天又能继续玩在一起！"4. 化学吸附呢，那可就不一样了。
这是两个物质之间产生了"真爱"，它们之间发生了化学反应，形成了新的化学键。
这种吸附可不是闹着玩的，一旦在一起，就很难分开了。
就像是你把一块口香糖粘在头发上，想要分开可就费劲了。
5. 听到这里，刚才那个小朋友又插嘴说："这不就像我爸妈吗？他们在一起这么多年了，感情越来越深，怎么也分不开！"6. 物理吸附和化学吸附的区别，就像是谈恋爱和结婚的区别。
物理吸附就像是谈恋爱，今天我喜欢你，明天可能就不喜欢了，分手很容易。
而化学吸附就像是结婚，两个人已经融为一体，想要分开可就没那么简单了。
7. 有个化学老师听了这个比喻后，哈哈大笑说："这个比喻太妙了！以后我就用这个例子来给学生们讲解，保准他们记得清清楚楚！"8. 物理吸附的特点是：力量小、速度快、可逆性强。
就像是你往墙上贴海报，想贴就贴，想撕就撕，一点都不费劲。
而且，物理吸附不挑剔，几乎所有的物质表面都能发生物理吸附。
9. 有个学生听了后说："哇，这不就像是我们班上的小明吗？他交朋友特别快，今天和这个好，明天和那个好，关系来得快去得也快！"10. 化学吸附的特点是：力量大、速度慢、不可逆。
请分别简述物理吸附和化学吸附的主要特征。
请分别简述物理吸附和化学吸附的主要特征。
根据吸附剂表面与被吸附物之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。
物理吸附是被吸附的流体分子与固体表面分子间的作用力为分子间吸引力，即所谓的范德华力（Vander Waals）。
因此，物理吸附又称范德华吸附，它是一种可逆过程。
当固体表面分子与气体或液体分子间的引力大于气体或液体内部分子间的引力时，气体或液体的分子就被吸附在固体表面上。
从分子运动观点来看，这些吸附在固体表面的分子由于分子运动，也会从固体表面脱离而进入气体（或液体）中去，其本身不发生任何化学变化。
随着温度的升高，气体（或液体）分子的动能增加，分子就不易滞留在因体表面上，而越来越多地逸入气体（或液体中去，即所谓“脱附”。
这种吸附—脱附的可逆现象在物理吸附中均存在。
工业上就利用这种现象，借改变操作条件，使吸附的物质脱附，达到使吸附剂再生，回收被吸附物质而达到分离的目的。
物理吸附的特征是吸附物质不发生任何化学反应，吸附过程进行得极快，参与吸附的各相间的平衡瞬时即可达到。
化学吸附是固体表面与被吸附物间的化学键力起作用的结果。
这类型的吸附需要一定的活化能，故又称“活化吸附”。
这种化学键亲和力的大小可以差别很大，但它大大超过物理吸附的范德华力。
化学吸附放出的吸附热比物理吸附所放出的吸附热要大得多，达到化学反应热这样的数量级。
而物理吸附放出的吸附热通常与气体的液化热相近。
化学吸附往往是不可逆的，而且脱附后，脱附的物质常发生了化学变化不再是原有的性状，故其过程是不可逆的。
化学吸附的速率大多进行得较慢，吸附平衡也需要相当长时间才能达到，升高温度可以大大地增加吸附速率。
对于这类吸附的脱附也不易进行，常需要很高的温度才能把被吸附的分子逐出去。
人们还发现，同一种物质，在低温时，它在吸附剂上进行的是物理吸附，随着温度升高到一定程度，就开始发生化学变化转为化学吸附，有时两种吸附会同时发生。
化学吸附在催化作用过程中占有很重要的地位。
物理吸附和化学吸附的联系
物理吸附和化学吸附是两种常见的吸附现象，它们在很多领域中都有应用。
尽管它们在机制和特点上存在差异，但在某些方面又有联系。
首先，物理吸附和化学吸附都是通过吸引力将吸附剂与被吸附物质结合在一起。
物理吸附是通过范德华力使吸附剂和被吸附物之间发生吸附作用，并且在这种吸附过程中，吸附剂与被吸附物之间并没有共价或离子键的形成。
化学吸附则是通过化学键的形成，使吸附剂和被吸附物之间形成化学键而发生吸附作用。
其次，物理吸附和化学吸附的吸附性能都受到温度、压力和表面特性等因素的影响。
随着温度的升高，物理吸附会减弱，因为范德华力受热能的影响而减弱。
而化学吸附则在一定温度范围内呈现最佳吸附性能，因为在这个温度区间内，化学键的形成和破裂适度平衡。
此外，物理吸附和化学吸附还有一些特点上的联系。
一方面，它们都可以通过改变吸附剂的特性来调节吸附能力。
物理吸附可以通过增加吸附剂的表面积和孔隙度来提高吸
附能力，而化学吸附可以通过改变吸附剂的功能团来改变吸附特性。
另一方面，在某些情况下，物理吸附和化学吸附可以同时存在。
例如，一个物质可以在表面上先发生化学吸附，然后由于范德华力的存在，再发生物理吸附。
综上所述，物理吸附和化学吸附虽然在机制和特点上存
在一些差异，但它们在吸附作用机制、受影响的因素以及调节吸附性能等方面也存在一定的联系。
这些知识对于理解和应用吸附过程具有重要意义。
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。
物理吸附与化学吸附
吸附剂的表面活性、孔径、孔容等性质也会影响化学吸附 的过程和结果，不同性质的吸附剂对同一种吸附质的吸附 能力可能会有很大差异。
03
物理吸附与化学吸附的比较
吸附力比较
物理吸附
物理吸附是通过分子间作用力（范德 华力）将气体或液体吸附在固体表面 。这种吸附力较弱，容易受到温度和 压力的影响。
原理
01
物理吸附的原理主要是由于分子 间的范德华力，包括色散力、诱 导力和取向力。这些力的大小取 决于分子间的距离和分子极性。
02
当气体分子遇到固体表面时，如 果它们的动能足够大，它们会克 服范德华力，碰撞到表面并被吸 附。
影响因素
温度
温度对物理吸附的影响较小，因为物 理吸附是可逆的，而且没有电子转移 。
物理吸附与化学吸附
汇报人： 202X-12-28
目 录
• 物理吸附 • 化学吸附 • 物理吸附与化学吸附的比较 • 吸附在工业中的应用 • 吸附的未来发展
01
物理吸附
定义
物理吸附是指吸附剂与吸附质之间通 过分子间作用力（范德华力）进行的 吸附。这种吸附没有电子转移，只是 分子间的引力作用。
物理吸附是一种可逆过程，即在较高 温度下，被吸附的物质可以脱附释放 出来。
常用的物理吸附剂包括活性炭、分子筛等，它们具有高比 表面积和孔容，能够吸附气体分子并实现高效分离。
催化剂载体
化学吸附在催化剂载体中具有重要作 用，催化剂载体能够提供活性中心， 促进化学反应的进行。
常用的催化剂载体包括氧化铝、硅酸 铝、分子筛等，它们能够提供酸性或 碱性的活性中心，促进化学反应的进 行。
表面粗糙度
表面粗糙度对物理吸附的影响较大。 粗糙的表面可以提供更多的吸附位点 ，增加物理吸附的可能性。
吸附(物理吸附与化学吸附)在催化中的应用
物理吸附与化学吸附在催化中的应用摘要：吸附过程与催化作用在国民经济和环境保护方面具有重要意义。
他们是化学工业，石油炼制以及国民经济其他领域最活跃的研究课题之一。
这两个领域涉及到的都是表面现象，使用的都是多孔固体。
吸附是催化反应得以发展的最关键步骤之一，通过它揭示催化本质和研究催化性质越来越受到人们的重视，因此许多在线原位动态测量技术得以快速发展。
关键词：物理化学吸附表征测定孔结构气体探针1. 吸附现象吸附：当流体与多孔固体接触时, 流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄, 此现象称为吸附。
吸附也指物质（主要是固体物质）表面吸住周围介质（液体或气体）中的分子或离子现象[1,2]。
实际上，人们很早就发现并利用了吸附现象，如生活中用木炭脱湿和除臭等。
随着新型吸附剂的开发及吸附分离工艺条件等方面的研究，吸附分离过程显示出节能、产品纯度高、可除去痕量物质、操作温度低等突出特点，使这一过程在化工、医药、食品、轻工、环保等行业得到了广泛的应用，例如：（1）气体或液体的脱水及深度干燥，如将乙烯气体中的水分脱到痕量，再聚合。
（2）气体或溶液的脱臭、脱色及溶剂蒸气的回收，如在喷漆工业中，常有大量的有机溶剂逸出，采用活性炭处理排放的气体，既减少环境的污染，又可回收有价值的溶剂。
（3）气体中痕量物质的吸附分离，如纯氮、纯氧的制取。
（4）分离某些精馏难以分离的物系，如烷烃、烯烃、芳香烃馏分的分离。
（5）废气和废水的处理，如从高炉废气中回收一氧化碳和二氧化碳，从炼厂废水中脱除酚等有害物质。
1.1吸附吸附属于一种传质过程，物质内部的分子和周围分子有互相吸引的引力，但物质表面的分子，其中相对物质外部的作用力没有充分发挥，所以液体或固体物质的表面可以吸附其他的液体或气体，尤其是表面面积很大的情况下，这种吸附力能产生很大的作用，所以工业上经常利用大面积的物质进行吸附，如活性炭、水膜等。
当液体或气体混合物与吸附剂长时间充分接触后，系统达到平衡，吸附质的平衡吸附量（单位质量吸附剂在达到吸附平衡时所吸附的吸附质量），首先取决于吸附剂的化学组成和物理结构，同时与系统的温度和压力以及该组分和其他组分的浓度或分压有关。
物理吸附和化学吸附的概念特点及关系
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吸附法的定义和特点
吸附法的定义和特点吸附法是一种处理污染物的方法，主要通过利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除废水中多种污染物的过程。
吸附法可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。
物理吸附是吸附剂与吸附质之间通过分子间的引力（如范德华力）产生吸附现象，而无选择性。
化学吸附则是吸附剂与吸附质之间通过化学键的形成实现吸附。
离子交换吸附则是通过离子交换作用实现吸附。
吸附法的主要特点如下：1. 广泛的应用范围：吸附法可以有效去除废水中难降解的有机物、重金属离子、病原微生物等污染物，适用于多种污水处理场景。
2. 高效去除污染物：固体吸附剂具有较高的吸附能力，可以有效地去除废水中的污染物，使出水水质达到排放标准。
3. 操作简便：吸附法采用固体吸附剂，操作过程中无需添加其他化学药剂，降低了运行成本和环境影响。
4. 吸附解吸速度快：物理吸附具有较快的吸附和解吸速度，易于达到平衡状态。
化学吸附则取决于吸附剂和吸附质的性质，吸附速度和解吸速度相对较慢。
5. 吸附剂的选择性：不同吸附剂对不同污染物的吸附效果有差异，可根据实际情况选择合适的吸附剂进行针对性处理。
6. 再生利用：吸附剂在吸附一定次数后，其吸附能力会降低，可通过再生方法（如热解、化学处理等）恢复吸附能力，实现吸附剂的重复利用。
7. 处理设施相对较小：与生物处理等其他污水处理方法相比，吸附法所需处理设施相对较小，节省了投资成本。
8. 适应性强：吸附法具有较强的适应性，可根据废水特点和处理要求调整吸附剂种类和处理工艺。
总之，吸附法具有广泛的应用范围、高效去除污染物、操作简便、吸附解吸速度快等特点，是一种实用的污水处理方法。
精度要求。
物理吸附化学吸附静电吸附
物理吸附化学吸附静电吸附
物理吸附、化学吸附和静电吸附是三种不同类型的吸附现象，它们在物质表面和分子之间的相互作用中起着重要作用。
1. 物理吸附：也称为范德华吸附，是由于分子间的范德华力（如色散力、诱导力和取向力）引起的。
物理吸附通常是可逆的，吸附力较弱，不需要形成化学键。
物理吸附的吸附热较小，吸附速度较快，且吸附量随温度升高而降低。
常见的物理吸附示例包括气体在活性炭上的吸附。
2. 化学吸附：是指分子与表面之间通过化学键形成的吸附。
化学吸附通常是不可逆的，吸附力较强，需要形成化学键。
化学吸附的吸附热较大，吸附速度较慢，且吸附量受温度影响较小。
化学吸附常用于催化反应，例如催化剂表面上的反应物分子的吸附。
3. 静电吸附：是由于带电表面与带电分子之间的静电相互作用引起的。
静电吸附的吸附力取决于表面电荷和分子电荷的大小和极性。
静电吸附通常在低相对湿度下发生，并可在带电表面（如电极）上观察到。
静电吸附在一些应用中很重要，例如静电除尘器用于空气净化。
这些吸附现象在不同领域中都有广泛的应用，如气体吸附、催化剂、分离技术、传感器等。
了解和控制这些吸附过程对于许多工业和科学领域都至关重要。
物理化学5.5-1 固体表面的吸附-物理吸附和化学吸附
应用举例：
石油加工，气体纯化， 催化合成，污水处理， 空气净化(防毒面具)， 空气的变压吸附分离， 洁净能源(储氢材料) 。
物理吸附和化学吸附
——按吸附作用力性质的不同区分
表5.6 物理吸附与化学吸附的区别
吸附性质
物理吸附
化学吸附
吸附力
分子间力
化学键力
吸附热
小
大
吸附分子层
单层或多层Байду номын сангаас
单层
吸附选择性
的途径(需能量ED)
容易的多。
Cu上氢的吸附势能曲线
无
有
脱附温度
低
高
吸附平衡/可逆性 易达到/可逆
不易达到/不可逆
用吸收光谱可鉴别物理吸附、化学吸附
——在紫外-可见-红外光谱区，出现新的特征吸收带，说明存在化学吸附。
温度可改变吸附力的性质 物理吸附(aa线)在一定条件下可转变为化学吸附(bb线) 。
从能量上看， 先发生物理吸附而 后转变为化学吸附 的途径(需能量 Ea), 要比氢分子先解离 成原子再化学吸附
§5.5 固体表面对气体的吸附
产生吸附的热力学原因
物理吸附和化学吸附
兰缪尔吸附理论
两种吸附质(A和B)竞争同一种吸附位
吸附质的对称解离吸附
吸附过程示意
贵金属 表面吸附示意吸附漏油— 图片产生表面现象的热力学原因
在定温、定压、定组成下，有
dGT , p,nB dAs ＜0
为使表面能降低，固体表面会自发地利用其未饱和 的自由价来捕获气相或液相中的分子，使之在固体表面 上浓集，这一现象称为固体对气体或液体的吸咐。
例如在罗丹明B的水溶液中加入一些活性炭，溶液的 颜色将逐渐变浅,说明RhB逐渐富集于活性炭表面。
吸附的分子机理
吸附的分子机理
吸附的分子机理是指在吸附过程中发生的分子间相互作用。
吸附分子机理主要包括物理吸附和化学吸附两种机制。
1. 物理吸附：物理吸附是指吸附剂表面上的吸附位点与吸附分子之间的弱相互作用力，如范德华力、氢键、静电作用力等。
物理吸附通常在相对较低的温度和高压下发生，并且吸附分子可以通过加热、降低压力或增加其他物质来脱附。
物理吸附是可逆的吸附过程。
2. 化学吸附：化学吸附是指吸附剂表面上的吸附位点与吸附分子之间的键合作用，如共价键形成、电子转移等。
化学吸附通常在较高温度和较低压力下发生，并且吸附分子与吸附剂形成稳定的化学键。
化学吸附是不可逆的吸附过程。
在实际吸附过程中，物理吸附和化学吸附往往同时存在。
对于某些吸附系统，吸附分子的一部分会以物理吸附的形式吸附到吸附剂表面，而另一部分则以化学吸附的形式与吸附剂发生化学反应。
吸附分子的具体吸附方式和机制取决于吸附剂和吸附分子的性质，以及吸附条件等因素。
第二章01物理吸附与化学吸附及化学吸附态_催化剂的表面吸附和孔内扩散
本章基本内容：
催化剂的物理吸附与化学吸附； 化学吸附类型和化学吸附态； 吸附平衡与等温方程； 固体催化剂的表面积及其测定； 催化剂的孔结构与孔内扩散
催化科学和技术
Catalyst Preparation Science Reaction & Process
B
+ -
+ -
-
A
B
A
+
B
固体表面吸附现象的本质
固体表面存在剩余键力； 吸附是固体表面存在剩余键力与分子间 的相互作用。
吸附作用几个关键概念（一）
当气体与清洁的固体表面接触时，在固体表面上 气体的浓度高于气相，这种现象称为吸附现象。 被吸附的气体称为吸附质。 吸附气体的固体称为吸附剂。 吸附质在固体表面上吸附后存在的状态称为 吸附 态。 在恒定的温度下进行的吸附过程称为等温吸附。 在恒定的压力下进行的吸附过程称为等压吸附程， 吸附过程中的能量 关系以及物理吸附 与化学吸附的转化 关系，可以用吸附 位能曲线说明。
ΔHp=qp（物理吸附热） ΔHc=qc（化学吸附热） Ed（脱附活化能） Ea（吸附活化能） Ed=Ea+qc DHH>Ea
氢分子在镍表面
吸附位能曲线
覆盖度与吸附热
均匀吸附与非均匀吸附
均匀吸附：催化剂表面活性中心能量都 一样，化学吸附时所有反应物分子与该 表面上的活化中心形成具有相同吸附键 能的吸附键。 非均匀吸附：催化剂表面上活化中心能 量不同时，反应物分子吸附会形成具有 不同吸附键能的吸附键。 固体酸催化剂往往是非均匀吸附。
物理吸附化学吸附
四、化学吸附的分子轨道图 把金属-吸附质体系作为“表面分子”，其分子轨道由金属和 吸附分子轨道组成。 单原子的吸附
（a）强化学吸附键
（b）弱化学吸附键
（c）不能成键， 原子离开表面
原子在d-金属上化学吸附的简化轨道示意图
双原子分子的化学吸附
双原子分子（H2）在d-金属上化学吸附的轨道示意图
1）由HOMO组合新的分子轨道。 2）对LUMO做相同的处理。 3）观察这些轨道相对于金属Fermi能级的位置，并且找出哪 一个轨道被填充及填充的程度
化学吸附
活化吸附：需要活化能而发生的化学吸附
非活化吸附：不需要活化能的化学吸附，如 氢在金属表面的解离。
催化剂表面上存在着不同种 类的吸附中心，由于这些中 心与吸附质形成不同的表面 络合物，因而有各自的吸附 位能曲线。
能产生两种化学吸附体系的位能曲线
P=101.3 kPa
H2在铁催化剂上的吸附等压线
Qa：形成吸附物种S-A所释放的能量。 ra: 平衡距离。
一个分子靠近表面时的能量变化情况
D：解离能 Ea：吸附活化能 Qa：化学吸附热 Ed：脱附活化能
Y：物理吸附态/前驱态 X：化学吸附过渡态 Z：化学吸附态
分子A2-表面S吸附体系的位能曲线
AYX线：表示一个分子在表面的物理吸附过程。 BXZ线：表示活性原子在表面的化学吸附过程。 AYXZ线：表示一个分子在表面的解离化学吸附过程。
吸附（adsorption）：气体在固体表面的累积。 吸收（absorption）：体相的吸附。 吸附剂（adsorbent）:吸附气体的固体物质。 吸附质（adsorbate）:被吸附的气体。 吸附态：吸附质在表面吸附以后的状态。 吸附中心/吸附位：吸附剂表面发生吸附的局部位置。 吸附过程：固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。 脱附（desorption）: 固体表面气体浓度的减小。 脱附过程：气体在表面上的浓度减小的过程。
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表面热力学的基本公式
根据多组分热力学的基本公式
d U T d S p d V B d nB
B
U U S , V , nB
对需要考虑表面层的系统，由于多了一个表 面相，在体积功之外，还要增加表面功，则基本
公式为
d U T d S p d V d As B d nB
U U S , V , As , nB
B
所以考虑了表面功的热力学基本公式为
d U T d S p d V d As B d nB d H T d S V d p d As B d nB
B B B
d A S d T p d V d As B d nB
使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示
出一些独特性质
比表面（specific surface area）
比表面通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具
有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表
面积。即：
As A0 m
或
As A0 V
式中，m 和 V 分别为固体的质量和体积，As为其 表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法
第十三章
§13.1 §13.2 §13.3 §13.4 §13.5 §13.6 §13.7 §13.8 §13.9
表面物理化学
表面张力及表面Gibbs自由能 弯曲表面下的附加压力和蒸气压 溶液的表面吸附 液-液界面的性质 膜 液-固界面－润湿作用 表面活性剂及其作用 固体表面的吸附 气-固相表面催化反应
表面活性也愈大。
表面活性物质的浓度对溶液表面张力的影响，
可以从
c 曲线中直接看出。
和色谱法。
分散度与比表面
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。
把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，
比表面也越大。 分散程度越高，比表面越大，表面能也越高
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
表面张力 表面热力学的基本公式 界面张力与温度的关系 溶液的表面张力与溶液浓度的关系
（1） 液体的表面张力
实验：
l
若使膜维持不变，需在金属丝上加一力F，其大小 与金属丝长度 l 成正比，比例系数 。因膜有两个表 面，故有： F 2l 即： F / 2l
：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：N·m-1。
7
表面张力
表面张力也可以这样来理解：
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA
气相中分子密度↑ 液相中分子距离↑
↓ （有例外）
其中：0与n为经验常数。
13
0 1 T / Tc
n
（4）压力的影响。
P↑
a．表面分子受力不对称的程度 ↓ b．气体分子可被表面吸附，改变, ↓ c．气体分子溶于液相
↓
一般：p↑10atm, ↓1mN/m，例: 1atm 10atm
纯物质的表面张力与分子的性质有关，通常是
(金属键)>
(离子键)>
(极性共价键)> (非极性共价键)
水因为有氢键，所以表面张力也比较大
Antonoff 发现，两种液体之间的界面张力是两
种液体互相饱和时的表面张力之差，即
1,2 1 2
这个经验规律称为 Antonoff 规则
所需要对系统作的非体积功，称为表面功。用公式表 示为：
式中 为比例系数，它在数值上等于当T，p 及
W d As
'
组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对系
统做的可逆非膨胀功。 测定表面张力方法很多，如毛细管上升法、滴重法、 吊环法、最大压力气泡法、吊片法和静液法等
Antonoff 规则
广义的表面自由能定义：
又可称为表面Gibbs自由能
表面自由能的单位：
Jm
2
3. 表面张力及其影响因素：
（1）与物质的本性有关——分子间相互作用力越大， 越大。 （2） 与接触相的性质有关。
例：气－液界面： (金属键) > (离子键) > (极性键) > (非极性键)
（3） 温度的影响：温度升高，界面张力下降。 极限情况：T→Tc时， →0。 T↑
表面自由能 (surface free energy)
A H U ( ) S ,V , nB ( ) S , P , nB ( )T ,V , nB As As As G ( ) T , P , nB As G ) T , P , nB 狭义的表面自由能定义： ( As
B
d G S d T V d p d As B d nB
从这些热力学基本公式可得
U H A G As S ,V , nB As S , p , nB As T ,V , nB As T , p , nB
自然界中物质的存在状态：
气
液 固
气—液界 面
液—液界
面 固—液界 面 固—气界 面 固—固界 界 面 现 象
面
界面：所有两相的接触面
2
界面现象的本质
体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是
对称的，各个方向的力彼此抵销； 界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子 的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分 子的作用，其作用力未必能相互抵销，这种作用力
溶液的表面张力与溶液浓度的关系
表面活性物质 加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为 表面活性物质。
这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的
非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水
中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定
向排列。 表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增 加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，
H2O = 72.8 mN/m H2O = 71.8 mN/m
14
界面张力与温度的关系
Eö tvö s（约特弗斯）曾提出温度与表面张力
的关系式为
V
23 m
k Tc T
Ramsay 和 Shields 提出的 与T的经验式较常用:
V
23 m
k Tc T 6.0