物理吸附科普百问（基础篇14-16问）

    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）。

    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。

    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。