物理化学第八章-界面现象

1、界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社8.5 固体表面固体表面8.5.1 物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附8.5.2 吸附量与等温吸附线吸附量与等温吸附线8.5.3 单分子层吸附理论单分子层吸附理论兰格谬尔吸附等温式兰格谬尔吸附等温式Ni Ni Ni Ni Ni Ni金属吸附剂金属吸附剂化学吸附化学吸附HHH界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社一定条件下，物质的分子、原子或离一定条件下，物质的分子、原子或离子自动地附着在固体表面上的现象。子自动地附着在固体表面上的现

2、象。 或或表面层浓度与相内浓度不同表面层浓度与相内浓度不同的现象。的现象。吸附剂吸附剂(或基质或基质)：具有：具有 吸附能力的物质吸附能力的物质吸附质：吸附质：被吸附的物质，被吸附的物质， 如气体或液体如气体或液体吸附现象吸附现象(简称吸附，简称吸附， adsoption)如硅胶、分子筛如硅胶、分子筛或其他多孔性物质或其他多孔性物质吸附层吸附层吸附剂吸附剂吸附质吸附质界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社8.5.1 物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附物理吸附物理吸附: 范德华力范德华力 或分子间力或分子间力NiNiNiNiNiNi

3、金属吸附剂金属吸附剂物理吸附物理吸附HHHHHHNiNiNiNiNiNi金属吸附剂金属吸附剂化学吸附化学吸附HHH化学吸附：化学吸附： 形成化学键形成化学键界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社2. 物理吸附与化学吸附的比较物理吸附与化学吸附的比较吸附类型吸附类型 本质作用力本质作用力选择性选择性吸附层吸附层吸附热吸附热吸附活化能吸附活化能吸附速率吸附速率脱附速率脱附速率吸附平衡吸附平衡发生的温度发生的温度化学吸附化学吸附 化学键化学键有有单分子层单分子层大大40400kJmol-1慢慢慢慢不易达到不易达到较高较高物理吸附物理吸附范

4、德华力范德华力无无单分子层、多层单分子层、多层小小25kJmol-1快快快快易达到易达到较低较低界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社3. 常用吸附剂常用吸附剂吸附剂吸附剂性能性能应用应用活性炭活性炭吸附有害物质吸附有害物质净水剂净水剂, 防毒面器防毒面器吸附水吸附水防水、干燥剂防水、干燥剂选择吸附选择吸附选择催化选择催化硅胶硅胶沸石，分子筛沸石，分子筛 常用固体吸附剂：常用固体吸附剂： 比表面大的多孔物质比表面大的多孔物质 多为物理吸附，易再生多为物理吸附，易再生硅胶硅胶分子筛分子筛界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电

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(简称吸附量简称吸附量) ：G G = x / m 或或 Va = V / mm- -吸附剂的质量吸附剂的质量V- -被吸附的气体的标准体积被吸附的气体的标准体积气体吸附量气体吸附量: = (T, p)研究关系研究关系:(1) 吸附等温线吸附等温线: T恒定恒定, =(p)(2) 吸附等压线吸附等压线: p=恒定恒定, =(T)(3) 吸附等量线吸附等量线: G G=恒定恒定, p=p(T )8.5.2 吸附量与吸附等温线吸附量与吸附等温线x- -吸附质物质的量吸附质物质的量界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等

6、教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社NH3在炭粒上的吸附等温线在炭粒上的吸附等温线由图得：由图得：(1) 恒恒p, T , Va (2) 恒恒T, p , Va (3) 恒恒T, p,2. 吸附等温线吸附等温线Va/ (dm3kg-1)p/(100kPa)IIIIII0.00.20.40.60.81.0050100150151.530-23.5Va饱和吸附量饱和吸附量G G 或或V :a界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社(1) 单分子层吸附单分子层吸附 固体表面力场作用范围约为固体表面力场作用范围约为分子直

7、径大小，进入此力场内的分子可能被吸附。分子直径大小，进入此力场内的分子可能被吸附。(2) 固体表面是均匀的固体表面是均匀的 固体表面各晶格位置的吸附能力相同，每个固体表面各晶格位置的吸附能力相同，每个位置只吸附一个分子。位置只吸附一个分子。(3) 被吸附的分子相互之间无作用力被吸附的分子相互之间无作用力 各晶格上的分子吸附与解吸难易相同，与周各晶格上的分子吸附与解吸难易相同，与周围分子无关。围分子无关。(4) 吸附平衡是动态平衡吸附平衡是动态平衡8.5.3 单分子层吸附理论单分子层吸附理论兰格缪尔吸附等温式兰格缪尔吸附等温式界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等

8、 教教 育育 出出 版版 社社吸附平衡等温式推导吸附平衡等温式推导AA 表示气体，表示气体， M表示固体表面，表示固体表面，则吸附平衡过程：则吸附平衡过程： 定义定义覆盖率覆盖率q q : 任一瞬间固体表面被覆盖的分数任一瞬间固体表面被覆盖的分数(1- -q q ) ：代表固体表面上空白面积的分数：代表固体表面上空白面积的分数固体固体AAAAAAA吸附动态模型吸附动态模型A(g)+M(表面)AM(吸附)k1k-1界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社兰格缪尔吸附等温式兰格缪尔吸附等温式设设N为固体表面上总的晶格为固体表面上总的晶格位

9、置数，据质量作用定律位置数，据质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 吸附平衡时：吸附平衡时：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: 吸附平衡常数吸附平衡常数 或吸附系数或吸附系数1bpbpq即即A(g)+M(表面)AM(吸附)k1k-1k1 p N(1- -q q ) = k-1N q q界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社兰格缪尔吸附等温式兰格缪尔吸附等温式覆盖率覆盖率与平衡吸附量与平衡吸附量关系：关系： = /兰格缪尔吸附

10、等温式：兰格缪尔吸附等温式：或或p与与p关系关系O界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社兰格缪尔吸附等温式的应用兰格缪尔吸附等温式的应用(1) 单分子层吸附单分子层吸附(2) G G 随随 p而变而变i. 弱吸附时，弱吸附时，bp1 ，则，则 G G= G G , 吸附达到饱和吸附达到饱和iii. p 或或 b 适中时，适中时， G G 与与 p 呈曲线关系呈曲线关系 p与与p关系关系iiiiiiO界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社(3) 计算饱和吸附量计算饱和吸附量G G -1-1p-1-1G G -1-1与与p-1-1关系关系作作G G -1-1- - p-1-1为直线：为直线：斜率斜率=1/=1/b bG G截距截距=1/1/G G得：得：G G =1/截距截距将兰格谬尔吸附等温式改写：将兰格谬尔吸附等温式改写：O界面现象界面现象高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社(4) 计算比表面计算比表面若若G G单位为单位为: m3(标准体积标准体积)/g(吸附剂吸附剂), 比表面为比表面为若若G G单位为单位为: mol/克克(吸附剂吸附剂), 比表面为比表面为 a