[工学]简明物理化学山东大学第八章.ppt

弯曲表面上的蒸汽压——Kelvin公式 胶束(micelle) 胶束(micelle) 临界胶束浓度(critical micelle concentration) 浮游选矿 浮游选矿 固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动，通常它们是定位的。 固体表面是不均匀的，即使从宏观上看似乎很光滑，但从原子水平上看是凹凸不平的。 正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，它可以吸附气体或液体分子，使表面吉布斯函数下降。 8.3气体在固体表面的吸附 1.气固吸附的一般常识 当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体称为吸附剂，被吸附的气体称为吸附质。 常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。 为了测定固体的比表面，常用的吸附质有：氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽等。 具有如下特点的吸附称为物理吸附： 1.吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引力产生 的，一般比较弱。 2.吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个 kJ/mol以下。 3.吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体，当然 吸附量会有所不同。 （1）吸附的类型 按固体表面分子对吸附气体分子作用力性质的不同，可降吸附分为“物理吸附”和“化学吸附”。 4.吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。 5.吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的。 总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。 具有如下特点的吸附称为化学吸附： 1.吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的化学键 力，一般较强。 2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在40kJ/mol 以上。 3.吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与之可发 生反应的气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦 然。 4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。 5.吸附是单分子层的。 总之：化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸附质分子发生了化学反应. (2)吸附平衡与吸附量 气相中的分子可被吸附到固体表面上来，已被吸附的分子也可以脱附而回到气相。在温度及压力一定条件下，当吸附速率与脱附速率相等时，吸附达到平衡状态。此时吸附在固体表面上的气体量不再随时间变化。达到吸附平衡时，单位质量吸附剂说能吸附的气体的物质的量或这些气体在标准状况下所占的体积，称为吸附量。以a表示，a=n/m或a=V/m. 对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即： 通常固定一个变量，求出另外两个变量之间的关系，例如： (1) T=常数，V = f (p)，得吸附等温线。 (2) p=常数，V = f (T)，得吸附等压线。 (3) V =常数，p = f (T)，得吸附等量线。 V 1916年，朗格谬尔提出了第一个气固吸附理论，并导出朗格谬尔单分子层吸附等温式。其基本假设是： (1) 吸附是单分子层的；因此只有气体分子碰撞到固体的空白表面上时才有可能被吸附，如果碰撞到已被吸附的分子上则不再能被吸附。 (2) 被吸附分子之间无相互作用；因此气体分子从固体表面上解吸时不受其他分子的影响。 (3) 吸附平衡是动态平衡。 2.朗格谬尔单分子层吸附等温式 则空白表面为(1 - q ) 达到平衡时，吸附与脱附速率相等。 v(吸附)=k1p( 1-q ) v(脱附)=k-1q 设：表面覆盖率 q = 已被吸附质覆盖的固体表面积/固体总的表面积 得： v(吸附)=k1p(1-q ) v(脱附)=k-1q = k1=p(1 - q )=k-1q 设b = k1/k-1 这公式称为 Langmuir吸附等温式，式中b称为吸附系数，它的大小代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。 吸附量a当然与θ成正比 1.当p很小，或吸附很弱时，bp1，a =kbp，q 与 p 成线性关系。 2.当p很大或吸附很强时，bp1，a=k,q =1，q 与 p无关，吸附已铺满单分子层。吸附达饱和。 若将上式改写成 可以看出，以p/a对p作图应是一直线。直线的斜率是1/k,截距是1/kb,因此可由斜率和截距求出常数k和b的值。 如果将θ表示成 ，其中V和Vm分别是气体分压为p时任意吸附量和饱和吸附量，则上式可变为： 若以p/V对p作图，斜率为1/Vm,截距为1/bVm (3) 8.4 溶液的表面吸附 1.溶液表面的吸附现象 一般来说，由于溶质分子的存在，溶液的表面张力与纯溶剂有所不同。如果在表面层中溶质分子比溶剂分子所受到的指向溶液内部的引力还要大一些，则这种溶质的溶入使溶液的表面张力增高。这种溶质就趋向于较多地