第3節(jié)-氣體在固體表面上的吸附

1、一、氣固吸附的一般常識(shí),正由于固體表面原子受力不對(duì)稱和表面結(jié)構(gòu)不均勻性，它可以吸附氣體或液體分子，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。,§8.3 氣體在固體表面上的吸附,1、吸附劑和吸附質(zhì),當(dāng)氣體或蒸汽在固體表面被吸附時(shí)，固體稱為吸附劑，被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)。,常用的吸附劑有：硅膠、分子篩、活性炭等。,為了測(cè)定固體的比表面，常用的吸附質(zhì)有：氮?dú)?、水蒸氣、苯或環(huán)己烷的蒸汽等。,2、吸附的類型,具有如下特點(diǎn)的

2、吸附稱為物理吸附： a、吸附力是由固體和氣體分子之間的范德華引力產(chǎn)生的，一般比較弱。 b、吸附熱較小，接近于氣體的液化熱，一般在幾個(gè)kJ/mol以下。,A、物理吸附,d、吸附穩(wěn)定性不高，吸附與解吸速率都很快。 e、吸附可以是單分子層的，但也可以是多分子層的。 f、吸附不需要活化能，吸附速率并不因溫度的升高而變快。,總之：物理吸附僅僅是一種物理作用，沒有電子轉(zhuǎn)移，沒有化學(xué)鍵的生成與破壞，也沒有原子重排等。,c、吸附無選擇性，任何固

3、體可以吸附任何氣體，當(dāng)然吸附量會(huì)有所不同。,B、化學(xué)吸附,具有如下特點(diǎn)的吸附稱為化學(xué)吸附：a、吸附力是由吸附劑與吸附質(zhì)分子之間產(chǎn)生的化學(xué)鍵力，一般較強(qiáng)。 b、吸附熱較高，接近于化學(xué)反應(yīng)熱，一般在40kJ/mol以上。 c、吸附有選擇性，固體表面的活性位只吸附與之可發(fā)生反應(yīng)的氣體分子，如酸位吸附堿性分子，反之亦然。,d、吸附很穩(wěn)定，一旦吸附，就不易解吸。 e、吸附是單分子層的。f、吸附需要活化能，溫度升高，吸附和解吸速率加快。,

4、總之：化學(xué)吸附相當(dāng)與吸附劑表面分子與吸附質(zhì)分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，在紅外、紫外-可見光譜中會(huì)出現(xiàn)新的特征吸收帶。,不能將物理吸附與化學(xué)吸附截然分開。,3、吸附量的表示,吸附量通常有兩種表示方法：,4、吸附量與溫度、壓力的關(guān)系,對(duì)于一定的吸附劑與吸附質(zhì)的體系，達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附量是溫度和吸附質(zhì)壓力的函數(shù)，即：,通常固定一個(gè)變量，求出另外兩個(gè)變量之間的關(guān)系，例如：,(1)T=常數(shù)，q = f (p)，得吸附等溫線。,(2)p=常數(shù)，q = f

5、 (T)，得吸附等壓線。,(3)q=常數(shù)，p = f (T)，得吸附等量線。,5、吸附等溫線的類型,從吸附等溫線可以反映出吸附劑的表面性質(zhì)、孔分布以及吸附劑與吸附質(zhì)之間的相互作用等有關(guān)信息。,常見的吸附等溫線有如下5種類型：(圖中p/ps稱為比壓，ps是吸附質(zhì)在該溫度時(shí)的飽和蒸汽壓，p為吸附質(zhì)的壓力),二、Langmuir吸附等溫式,Langmuir吸附等溫式描述了吸附量與被吸附蒸汽壓力之間的定量關(guān)系。他在推導(dǎo)該公式的過程引入了四個(gè)重要

6、假設(shè)：,(1) 吸附是單分子層的；,(2) 固體表面是均勻的；,(3)被吸附分子之間無相互作用；,(4)吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡。,則空白表面為(1 - θ ),達(dá)到平衡時(shí)，吸附與脫附速率相等。,v(吸附)=k1p( 1-θ)N,v(脫附)=k-1 θN,這公式稱為 Langmuir吸附等溫式，式中b稱為吸附系數(shù)，它的大小代表了固體表面吸附氣體能力的強(qiáng)弱程度。,設(shè)b = k1/k-1，單位：Pa-1，,得：,將θ =V/Vm代入Langmui