物理化学102界面现象ppt课件.ppt

10.3 固体表面,固体表面与液体表面的比较:,共同点:表面层分子受力的不对称，有表面张力及表面吉布斯 函数存在。,不同点:固体表面分子几乎是不能移动的，所以，固体不能用收缩表面积的方式来降低表面吉布斯函数。,固体表面现象:固体可用从外部空间吸引气体分子到表面，来减小表面分子受力不对称程度，以降低表面张力及表面吉布斯函数。,在相界面上，某种物质的浓度与体相浓度不同的现象称为吸附。,物理吸附:两者分子间以范德华引力相互作用；化学吸附:两者分子间发生部分或全部的电子转移，是 以化学键相结合。,例如，氯气的临界温度为144 C，氧气临界温度为-118.57 C，所以活性炭可从空气中吸附氯气而作为防毒面具。,物理吸附与化学吸附的特点,2.等温吸附,固体对气体的吸附量是温度与压力的函数。所以在研究中常常固定一个变量，研究其它两个变量间的关系。经常用的有三种方程：1）压力（p）一定，吸附量与温度关系，吸附等压线：,其中最常用的是吸附等温线。三组曲线间可互相换算。例如由一组吸附等温线，可算出吸附等压线及等量线。,其中除第一种为单分子层吸附外，其余均为多分子层吸附。,该式的优点是：形式简单使用方便，应用广泛。缺点:经验常数k与n 没有明确物理意义，不能说明吸附 作用的机理。,4.朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式,1916 年，朗缪尔（Langmuir）根据大量实验事实，从动力学观点出发，提出固体对气体的吸附理论，单分子层吸附理论，该理论的四个假设是：.气体在固体表面上单分子层吸附。固体表面吸附力场作用范围只有分子直径大小(0.20.3 nm)，只有气体分子碰到固体空白表面，进入此力场，才可能被吸附。.固体表面均匀，各个晶格位置的吸附能力相同，每个 位置吸附一个分子，吸附热为常数，与覆盖率 无关。,.被吸附在固体表面的相邻分子间无作用力，在各晶格 位置上吸附与解吸难易程度，与周围有无被吸分子无关。.吸附和解吸（脱附）呈动态平衡。当吸附速率等于解吸 速率时，从表观看，气体不再被吸附或解吸，实际上两 者仍不断地进行，这时达到了吸附平衡,设固体表面上具有吸附能力的总的晶格位置数（吸附位置数）N。因为吸附速率与A的压力 p 及固体表面上的空位数(1-)N 成正比。,因为每一个吸附位置上只能吸附一个气体分子。自然有：,若V a为覆盖率是 时的平衡吸附量。在压力足够高的情况下，固体表面的吸附位置完全被气体分子占据，=1。达到吸附饱和状态，此时的吸附量称为饱和吸附量，用 表示。,因此，朗缪尔吸附等温式还可写成以下形式：,根据朗缪尔吸附等温式，用图解法求 CO 的饱和吸附量、吸附系数 b及饱和吸附时 1 kg 活性炭表面上吸附的 CO 的分子数。,解：,作 p/V a-p 图，如下：,在直线上任取两点,求得直线斜率:,由直线的截距,由定义，饱和吸附量是 1 kg 活性炭吸附的气体在标准状态下的体积。所以在 m kg 活性炭上吸附的 CO 分子数为：,（这里 p、T 指标准态压力与温度）,小结,1.掌握物理吸附和化学吸附的特点2.掌握朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温 式,