物理化學(xué)第八章-界面現(xiàn)象

1、界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社8.5 固體表面固體表面8.5.1 物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附8.5.2 吸附量與等溫吸附線吸附量與等溫吸附線8.5.3 單分子層吸附理論單分子層吸附理論蘭格謬爾吸附等溫式蘭格謬爾吸附等溫式Ni Ni Ni Ni Ni Ni金屬吸附劑金屬吸附劑化學(xué)吸附化學(xué)吸附HHH界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社一定條件下，物質(zhì)的分子、原子或離一定條件下，物質(zhì)的分子、原子或離子自動(dòng)地附著在固體表面上的現(xiàn)象。子自動(dòng)地附著在固體表面上的現(xiàn)

2、象。 或或表面層濃度與相內(nèi)濃度不同表面層濃度與相內(nèi)濃度不同的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。吸附劑吸附劑(或基質(zhì)或基質(zhì))：具有：具有 吸附能力的物質(zhì)吸附能力的物質(zhì)吸附質(zhì)：吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)，被吸附的物質(zhì)， 如氣體或液體如氣體或液體吸附現(xiàn)象吸附現(xiàn)象(簡(jiǎn)稱吸附，簡(jiǎn)稱吸附， adsoption)如硅膠、分子篩如硅膠、分子篩或其他多孔性物質(zhì)或其他多孔性物質(zhì)吸附層吸附層吸附劑吸附劑吸附質(zhì)吸附質(zhì)界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社8.5.1 物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附物理吸附: 范德華力范德華力 或分子間力或分子間力NiNiNiNiNiNi

3、金屬吸附劑金屬吸附劑物理吸附物理吸附HHHHHHNiNiNiNiNiNi金屬吸附劑金屬吸附劑化學(xué)吸附化學(xué)吸附HHH化學(xué)吸附：化學(xué)吸附： 形成化學(xué)鍵形成化學(xué)鍵界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社2. 物理吸附與化學(xué)吸附的比較物理吸附與化學(xué)吸附的比較吸附類型吸附類型 本質(zhì)作用力本質(zhì)作用力選擇性選擇性吸附層吸附層吸附熱吸附熱吸附活化能吸附活化能吸附速率吸附速率脫附速率脫附速率吸附平衡吸附平衡發(fā)生的溫度發(fā)生的溫度化學(xué)吸附化學(xué)吸附 化學(xué)鍵化學(xué)鍵有有單分子層單分子層大大40400kJmol-1慢慢慢慢不易達(dá)到不易達(dá)到較高較高物理吸附物理吸附范

4、德華力范德華力無無單分子層、多層單分子層、多層小小25kJmol-1快快快快易達(dá)到易達(dá)到較低較低界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社3. 常用吸附劑常用吸附劑吸附劑吸附劑性能性能應(yīng)用應(yīng)用活性炭活性炭吸附有害物質(zhì)吸附有害物質(zhì)凈水劑凈水劑, 防毒面器防毒面器吸附水吸附水防水、干燥劑防水、干燥劑選擇吸附選擇吸附選擇催化選擇催化硅膠硅膠沸石，分子篩沸石，分子篩 常用固體吸附劑：常用固體吸附劑： 比表面大的多孔物質(zhì)比表面大的多孔物質(zhì) 多為物理吸附，易再生多為物理吸附，易再生硅膠硅膠分子篩分子篩界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電

5、子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社1. 平衡吸附量平衡吸附量(簡(jiǎn)稱吸附量簡(jiǎn)稱吸附量) ：G G = x / m 或或 Va = V / mm- -吸附劑的質(zhì)量吸附劑的質(zhì)量V- -被吸附的氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積被吸附的氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積氣體吸附量氣體吸附量: = (T, p)研究關(guān)系研究關(guān)系:(1) 吸附等溫線吸附等溫線: T恒定恒定, =(p)(2) 吸附等壓線吸附等壓線: p=恒定恒定, =(T)(3) 吸附等量線吸附等量線: G G=恒定恒定, p=p(T )8.5.2 吸附量與吸附等溫線吸附量與吸附等溫線x- -吸附質(zhì)物質(zhì)的量吸附質(zhì)物質(zhì)的量界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等

6、教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社NH3在炭粒上的吸附等溫線在炭粒上的吸附等溫線由圖得：由圖得：(1) 恒恒p, T , Va (2) 恒恒T, p , Va (3) 恒恒T, p,2. 吸附等溫線吸附等溫線Va/ (dm3kg-1)p/(100kPa)IIIIII0.00.20.40.60.81.0050100150151.530-23.5Va飽和吸附量飽和吸附量G G 或或V :a界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社(1) 單分子層吸附單分子層吸附 固體表面力場(chǎng)作用范圍約為固體表面力場(chǎng)作用范圍約為分子直

7、徑大小，進(jìn)入此力場(chǎng)內(nèi)的分子可能被吸附。分子直徑大小，進(jìn)入此力場(chǎng)內(nèi)的分子可能被吸附。(2) 固體表面是均勻的固體表面是均勻的 固體表面各晶格位置的吸附能力相同，每個(gè)固體表面各晶格位置的吸附能力相同，每個(gè)位置只吸附一個(gè)分子。位置只吸附一個(gè)分子。(3) 被吸附的分子相互之間無作用力被吸附的分子相互之間無作用力 各晶格上的分子吸附與解吸難易相同，與周各晶格上的分子吸附與解吸難易相同，與周圍分子無關(guān)。圍分子無關(guān)。(4) 吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡8.5.3 單分子層吸附理論單分子層吸附理論蘭格繆爾吸附等溫式蘭格繆爾吸附等溫式界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等

8、 教教 育育 出出 版版 社社吸附平衡等溫式推導(dǎo)吸附平衡等溫式推導(dǎo)AA 表示氣體，表示氣體， M表示固體表面，表示固體表面，則吸附平衡過程：則吸附平衡過程： 定義定義覆蓋率覆蓋率q q : 任一瞬間固體表面被覆蓋的分?jǐn)?shù)任一瞬間固體表面被覆蓋的分?jǐn)?shù)(1- -q q ) ：代表固體表面上空白面積的分?jǐn)?shù)：代表固體表面上空白面積的分?jǐn)?shù)固體固體AAAAAAA吸附動(dòng)態(tài)模型吸附動(dòng)態(tài)模型A(g)+M(表面)AM(吸附)k1k-1界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社蘭格繆爾吸附等溫式蘭格繆爾吸附等溫式設(shè)設(shè)N為固體表面上總的晶格為固體表面上總的晶格位

9、置數(shù)，據(jù)質(zhì)量作用定律位置數(shù)，據(jù)質(zhì)量作用定律吸附速率吸附速率=k1 p (1- -q q ) N解吸速率解吸速率 = k-1Nq q 吸附平衡時(shí)：吸附平衡時(shí)：吸附速率吸附速率=解吸速率解吸速率 整理得：整理得： b = k1 / k-1: 吸附平衡常數(shù)吸附平衡常數(shù) 或吸附系數(shù)或吸附系數(shù)1bpbpq即即A(g)+M(表面)AM(吸附)k1k-1k1 p N(1- -q q ) = k-1N q q界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社蘭格繆爾吸附等溫式蘭格繆爾吸附等溫式覆蓋率覆蓋率與平衡吸附量與平衡吸附量關(guān)系：關(guān)系： = /蘭格繆爾吸附

10、等溫式：蘭格繆爾吸附等溫式：或或p與與p關(guān)系關(guān)系O界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社蘭格繆爾吸附等溫式的應(yīng)用蘭格繆爾吸附等溫式的應(yīng)用(1) 單分子層吸附單分子層吸附(2) G G 隨隨 p而變而變i. 弱吸附時(shí)，弱吸附時(shí)，bp1 ，則，則 G G= G G , 吸附達(dá)到飽和吸附達(dá)到飽和iii. p 或或 b 適中時(shí)，適中時(shí)， G G 與與 p 呈曲線關(guān)系呈曲線關(guān)系 p與與p關(guān)系關(guān)系iiiiiiO界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社(3) 計(jì)算飽和吸附量計(jì)算飽和吸附量G G -1-1p-1-1G G -1-1與與p-1-1關(guān)系關(guān)系作作G G -1-1- - p-1-1為直線：為直線：斜率斜率=1/=1/b bG G截距截距=1/1/G G得：得：G G =1/截距截距將蘭格謬爾吸附等溫式改寫：將蘭格謬爾吸附等溫式改寫：O界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社(4) 計(jì)算比表面計(jì)算比表面若若G G單位為單位為: m3(標(biāo)準(zhǔn)體積標(biāo)準(zhǔn)體積)/g(吸附劑吸附劑), 比表面為比表面為若若G G單位為單位為: mol/克克(吸附劑吸附劑), 比表面為比表面為 a