2022-10-28 18:02:45, 杨正红 理化联科(北京)仪器科技有限公司
Chapter 01 基础篇
14. 吸附的本质是什么?
很多物质是由分子组成的,而原子构成了分子的基础。气态的原子和分子可以自由地运动。相反,固态时原子由于相邻原子间的静电引力而处于相对固定的位置。但固体最外层(或表面)的原子比内层原子周围具有更少的相邻原子。这种最外层原子的受力失衡导致了表面能的产生。固体表面上的原子与液体一样,受力都是不均匀的,但它是定位的,不像液体表面分子可以移动。因此,大多数固体比液体具有更高的表面能。为了弥补这种静电引力不平衡,表面原子就会吸附周围空气中的气体分子。
当一个颗粒被切割成超细粉体时,因表面积迅速增加,表面能呈几何倍数升高,从而导致颗粒间(固-固作用)发生团聚或聚集,以降低表面能(图1-4)。
图1-4 吸附的本质
15. 什么是吸附剂、吸附质、
吸附物质和吸附空间?
在一般情况下,吸附被定义为在一个界面的附近富集分子、原子或离子的现象。在气/固系统的情况下,吸附发生在邻近固体表面的结构上。发生吸附的固体材料称为吸附剂(adsorbent);处于被吸附状态的物质称为吸附质(adsorbate);处于流动相中,但与吸附质组成相同的物质称为(被)吸附物质(adsorptive)。吸附空间是指由吸附质所占空间。吸附过程是物理吸附或化学吸附。
吸附系统是由三个区域组成的:固体、气体和吸附空间(例如,吸附层)。吸附空间的内容量就是吸附量(the amount adsorbed)。吸附量依赖于体积、质量和吸附空间。
16. 什么是物理吸附和化学吸附?
气体分子在固体表面的吸附机理极为复杂,其中包含物理吸附和化学吸附(表1-1)。
由分子间作用力(范德华力)产生的吸附称为物理吸附。物理吸附是一个普遍的现象,它存在于接触吸附气体(吸附物质)的固体表面(吸附剂),并且其所涉及的分子间作用力都具有相同的类型。除了吸引色散力和近距离的排斥力外,由于吸附剂和吸附物质的特定几何形状和外层电子性质,通常还会发生特定分子间的相互作用(例如,极化、场-偶极、场梯度的四极矩)。
任何分子间都有作用力,所以物理吸附无选择性,活化能小,吸附易,脱附也容易。它可以是单分子层吸附,也可以是多分子层吸附。
由分子间形成化学键而产生的吸附称为化学吸附;它有选择性,活化能大,吸附难,脱附也难,往往需要较高的温度。化学吸附一定是单分子层吸附。
实际吸附可能同时存在物理吸附与化学吸附;先物理吸附,再化学吸附。吸附量可以用以下方法进行量度:即在标准大气压下,在单位质量的样品(吸附剂)上被吸附物质(吸附质)的体积,用 mL/g 表示。
在低温下以发生物理吸附为主, 而可能的化学吸附发生在高温下(发生了特异性反应)。全过程涉及高真空,低温,高温,高精度的真空量度,以及阀门按事先设定的程序自动开关等问题。
表1-1 物理吸附和化学吸附
07-01 英斯特朗
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