(完整word版)物理吸附和化學吸附的異同

1、物理吸附和化學吸附的異同根據(jù)吸附劑表面與被吸附物之間作用力的不同，吸附可分為物理吸附與化學 吸附。同一物質， 可能在低溫下進行物理吸附而在高溫下為化學吸附， 或者兩者 同時進行。吸附作用的大小跟吸附劑的性質和表面的大小、 吸附質的性質和濃度 的大小、溫度的高低等密切相關。如活性炭的表面積很大，吸附作用強；活性炭 易吸附 沸點高的氣體，難吸附沸點低的氣體。物理吸附是被吸附的流體分子與固體表面分子間的作用力為分子間吸引力， 即所謂的范德華力 （VanderwaalsVanderwaals） 。因此，物理吸附又稱范德華吸附，它是一種 可逆過程。當固體表面分子與氣體或液體分子間的引力大于氣體或液體內部

2、分子 間的引力時，氣體或液體的分子就被吸附在固體表面上。從分子運動觀點來看， 這些吸附在固體表面的分子由于分子運動，也會從固體表面脫離而進入氣體 （ 或 液體） 中去，其本身不發(fā)生任何化學變化。隨著溫度的升高，氣體 （或液體） 分子 的動能增加，分子就不易滯留在因體表面上，而越來越多地逸入氣體 （ 或液體中 去，即所謂“脫附”。這種吸附脫附的可逆現(xiàn)象在物理吸附中均存在。工業(yè)上 就利用這種現(xiàn)象，借改變操作條件，使吸附的物質脫附，達到使吸附劑再生，回 收被吸附物質而達到分離的目的。物理吸附有以下特點：氣體的物理吸附類似于氣體的液化和蒸氣的凝結， 故物理吸附熱較小， 與相應氣體的液化熱相近； 氣體或

3、蒸氣的沸點越高或飽和 蒸氣壓越低，它們越容易液化或凝結，物理吸附量就越大；物理吸附一般不需要 活化能，故吸附和脫附速率都較快； 任何氣體在任何固體上只要溫度適宜都可以 發(fā)生物理吸附， 沒有選擇性； 物理吸附可以是單分子層吸附， 也可以是多分子 層吸附; ;被吸附分子的結構變化不大，不形成新的化學鍵，故紅外、紫外光譜圖 上無新的吸收峰出現(xiàn)， 但可有位移； 物理吸附是可逆的； 固體自溶液中的吸 附多數(shù)是物理吸附。物理吸附理論基礎：氣體吸附理論主要有朗繆爾單分子層吸附理論、波拉尼 吸附勢能理論、 BETBET 多層吸附理論（見多分子層吸附） 、二維吸附膜理論和極化 理論等，以前三種理論應用最廣。 這

4、些吸附理論都從不同的物理模型出發(fā)， 綜合 考查大量的實驗結果 , , 經(jīng)過一定的數(shù)學處理 , ,對某種（或幾種）類型的吸附等溫線 的限定部分做出解釋，并給出描述吸附等溫線的方程式。物理吸附在化學工業(yè)、石油加工工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、環(huán)境保護等部門和 領域都有廣泛的應用，最常用的是從氣體和液體介質中回收有用物質或去除雜 質，如氣體的分離、氣體或液體的干燥、油的脫色等。物理吸附在多相催化中有 特殊的意義， 它不僅是多相催化反應的先決條件， 而且利用物理吸附原理可以測 定催化劑的表面積和孔結構， 而這些宏觀性質對于制備優(yōu)良催化劑， 比較催化活 性，改進反應物和產(chǎn)物的擴散條件， 選擇催化劑的載體以及催化

5、劑的再生等方面 都有重要作用。化學吸附是固體表面與被吸附物間的化學鍵力起作用的結果。這類型的吸附 需要一定的活化能，故又稱“活化吸附” 。這種化學鍵親和力的大小可以差別很 大，但它大大超過物理吸附的范德華力。吸附質分子與固體表面原子（ 或分子 ）發(fā)生電子的轉移、 交換或共有， 形成吸附化學鍵的吸附。 由于固體表面存在不均 勻力場，表面上的原子往往還有剩余的成鍵能力， 當氣體分子碰撞到固體表面上 時便與表面原子間發(fā)生電子的交換、轉移或共有，形成吸附化學鍵的吸附作用。 化學吸附往往是不可逆的， 而且脫附后， 脫附的物質常發(fā)生了化學變化不再是原 有的性狀，故其過程是不可逆的。 化學吸附的速率大多進行

6、得較慢， 吸附平衡也 需要相當長時間才能達到， 升高溫度可以大大地增加吸附速率。 對于這類吸附的 脫附也不易進行，常需要很高的溫度才能把被吸附的分子逐出去。與物理吸附相比，化學吸附主要有以下特點：吸附所涉及的力與化學鍵力 相當，比范德華力強得多。吸附熱近似等于反應熱。吸附是單分子層的。因 此可用朗繆爾等溫式描述， 有時也可用弗羅因德利希公式描述。 捷姆金吸附等溫 式只適用于化學吸附：V/Vm=1/a?V/Vm=1/a?bCoPCoP 式中 V V 是平衡壓力為 p p 時的吸附體積； VmVm 是單層飽和吸附體積；a a 和 c0c0 是常數(shù)。有選擇性。對溫度和壓力具有不 可逆性。另外，化學吸

7、附還常常需要活化能。確定一種吸附是否是化學吸附，主 要根據(jù)吸附熱和不可逆性?；瘜W吸附機理可分以下 3 3 種情況：氣體分子失去電子成為正離子，固體得 到電子，結果是正離子被吸附在帶負電的固體表面上。 固體失去電子而氣體分 子得到電子， 結果是負離子被吸附在帶正電的固體表面上。 氣體與固體共有電 子成共價鍵或配位鍵。 例如氣體在金屬表面上的吸附就往往是由于氣體分子的電 子與金屬原子的 d d 電子形成共價鍵，或氣體分子提供一對電子與金屬原子成配位 鍵而吸附的。在復相催化中的作用及其研究：在復相催化中，多數(shù)屬于固體表面催化氣相 反應，它與固體表面吸附緊密相關。 在這類催化反應中， 至少有一種反應物是被 固體表面化學吸附的， 而且這種吸附是催化過程的關鍵步驟。 在固體表面的吸附 層中，氣體分子的密度要比氣相中高得多， 但是催化劑加速反應一般并不是表面 濃度增大的結果， 而主要是因為被吸附分子、 離子或基團具有高的反應活性。 氣 體分子在固體表面化學吸附時可能引起離解、 變形等，可以大大提高它們的反應 活性。因此，化學吸附的研究對闡明催化機理是十分重要的。化學吸附與固體表面結構有關。表面結構化學吸附的研究中有許多新方法和 新技術，例如場發(fā)射顯微