固体表面的吸附精选PPT.ppt

关于固体表面的吸附第1页，讲稿共56张，创作于星期日第2页，讲稿共56张，创作于星期日AB液体存在如下分子运动平衡液体存在如下分子运动平衡v液体内部分子间的动态平衡液体内部分子间的动态平衡v液体分子与气态分子间的动态平衡液体分子与气态分子间的动态平衡 固体和液体一样，表面上的原子或分子的力场也是不均匀的，因此固体表面同样存在表面张力和表面能。但固体和液体一样，表面上的原子或分子的力场也是不均匀的，因此固体表面同样存在表面张力和表面能。但固体分子或原子不能自由移动，由此固体表现出如下固体分子或原子不能自由移动，由此固体表现出如下三个特点三个特点：液体表面能和表面张力产生的原因是？液体表面能和表面张力产生的原因是？液体表面能和表面张力产生的原因是？液体表面能和表面张力产生的原因是？液体表面能和表面张力产生的原因是？液体表面能和表面张力产生的原因是？1.1.1.固体表面分子（原子）移动困难；固体表面分子（原子）移动困难；固体表面分子（原子）移动困难；固体表面分子（原子）移动困难；固体表面分子（原子）移动困难；固体表面分子（原子）移动困难；固体表面固体表面不易收缩不易收缩（扩张）变形，因此固体的（扩张）变形，因此固体的表表面张力难于测定面张力难于测定。而任何表面都有自发降低表面能的倾向，。而任何表面都有自发降低表面能的倾向，固体难于改变表面形状来降低表面能，因此只有依靠固体难于改变表面形状来降低表面能，因此只有依靠降低界面降低界面张力来降低表面能张力来降低表面能，这就是为什么，这就是为什么固体表面能产生吸附固体表面能产生吸附的根本原因。的根本原因。第3页，讲稿共56张，创作于星期日2.2.2.固体表面是不均匀的固体表面是不均匀的固体表面是不均匀的固体表面是不均匀的固体表面是不均匀的固体表面是不均匀的3.3.3.固体表面层的组成不同于体相内部组成固体表面层的组成不同于体相内部组成固体表面层的组成不同于体相内部组成固体表面层的组成不同于体相内部组成固体表面层的组成不同于体相内部组成固体表面层的组成不同于体相内部组成 由于加工方式或固体形成由于加工方式或固体形成环环境不同，固体表面境不同，固体表面层层由表向里呈由表向里呈现现出多出多层层次次结结构。如构。如570以下以下铁铁，由表及里成分依次是：，由表及里成分依次是：Fe2O3Fe3O4Fe；在；在570以上，成分以上，成分为为Fe2O3Fe3O4FeOFe。铜铜在在1100以下以下时时CuOCu2OCu；在；在1100以上以上时时Cu2OCu。第4页，讲稿共56张，创作于星期日1.1.吸附吸附吸附吸附的几个的几个的几个的几个基本定基本定基本定基本定义义义义吸附作用：吸附作用：吸附作用：吸附作用：指固体表面上的原子或分子的力场不饱和而吸引其它分子的作用。它指固体表面上的原子或分子的力场不饱和而吸引其它分子的作用。它指固体表面上的原子或分子的力场不饱和而吸引其它分子的作用。它指固体表面上的原子或分子的力场不饱和而吸引其它分子的作用。它是固体表面最重要的性质之一。是固体表面最重要的性质之一。是固体表面最重要的性质之一。是固体表面最重要的性质之一。吸附：吸附：吸附：吸附：气体或液体中的分子气体或液体中的分子气体或液体中的分子气体或液体中的分子(原子、离子原子、离子原子、离子原子、离子)碰撞碰撞碰撞碰撞在固体表面上时，由于它们之间的相在固体表面上时，由于它们之间的相在固体表面上时，由于它们之间的相在固体表面上时，由于它们之间的相互作用，使一些分子互作用，使一些分子互作用，使一些分子互作用，使一些分子(原子，离子原子，离子原子，离子原子，离子)停留停留停留停留在固体表面上，造成这些分子在固体表面上，造成这些分子在固体表面上，造成这些分子在固体表面上，造成这些分子(原子，原子，原子，原子，离子离子离子离子)在固体表面上的在固体表面上的在固体表面上的在固体表面上的浓度比在气相或液相中的浓度大浓度比在气相或液相中的浓度大浓度比在气相或液相中的浓度大浓度比在气相或液相中的浓度大的现象。的现象。的现象。的现象。吸附质吸附质吸附质吸附质：被吸附的物质。吸附质可以是气体或液体。被吸附的物质。吸附质可以是气体或液体。被吸附的物质。吸附质可以是气体或液体。被吸附的物质。吸附质可以是气体或液体。吸附剂：吸附剂：吸附剂：吸附剂：能吸附别的物质的物质。吸附剂为固体且常为多孔性固体。能吸附别的物质的物质。吸附剂为固体且常为多孔性固体。能吸附别的物质的物质。吸附剂为固体且常为多孔性固体。能吸附别的物质的物质。吸附剂为固体且常为多孔性固体。第5页，讲稿共56张，创作于星期日2.2.吸附现象的本质吸附现象的本质吸附现象的本质吸附现象的本质v化学反应化学反应，如水气与，如水气与CuSO4，得到，得到CuSO4H2O、CuSO43H2O和和CuSO45H2O等；等；CaCl2吸水也吸水也是化学反应，形成了水合物。是化学反应，形成了水合物。v吸收吸收，如，如H2与与Pd，此过程在本质上与，此过程在本质上与溶解溶解一样；一样；v吸附吸附 前前两种两种是是体相效应，即平衡后固相中的浓度是全体一致的体相效应，即平衡后固相中的浓度是全体一致的。而吸附。而吸附是表面效应，即平衡后固是表面效应，即平衡后固相中的浓度不发生变化相中的浓度不发生变化。气体与固体接触有三种情况气体与固体接触有三种情况气体与固体接触有三种情况气体与固体接触有三种情况p pv v吸收吸收吸收吸收吸收吸收p pv v化学反应化学反应化学反应化学反应化学反应化学反应p pv v吸附吸附吸附吸附吸附吸附第6页，讲稿共56张，创作于星期日3.3.物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附性质物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附热近于液化热，约几千卡/克分子近于反应热，大于10千卡/克分子选择性无有吸附层单或多分子层单分子层吸附速度快，不需要活化能慢，需活化能可逆性可逆不可逆发生吸附的温度低于吸附临界温度远高于吸附质沸点第7页，讲稿共56张，创作于星期日4.4.吸附量吸附量吸附量吸附量定义定义定义定义：单位质量吸附剂所吸附吸附质的单位质量吸附剂所吸附吸附质的单位质量吸附剂所吸附吸附质的单位质量吸附剂所吸附吸附质的物质的量物质的量物质的量物质的量。式中，式中，m为为吸附吸附剂剂的克数，的克数，V、n分分别为别为吸附吸附质质在在标标准状准状态态下下的毫升的毫升数和毫摩数和毫摩尔尔数。数。a的的单单位位分分别别是是mlg-1或或mmolg-1。定义：定义：定义：定义：单位质量的吸附剂所吸附单位质量的吸附剂所吸附单位质量的吸附剂所吸附单位质量的吸附剂所吸附气体的体积气体的体积气体的体积气体的体积。吸附量吸附量吸附量吸附量的表示的表示的表示的表示方法方法方法方法第8页，讲稿共56张，创作于星期日p ps sv vmm吸吸附附量量第第第第类吸附等温线类吸附等温线类吸附等温线类吸附等温线LangmuirLangmuir称为单分子称为单分子称为单分子称为单分子吸附类型，即吸附类型，即吸附类型，即吸附类型，即LangmuirLangmuir型。型。型。型。5 5、吸附等温线的类型、吸附等温线的类型、吸附等温线的类型、吸附等温线的类型B.B.B.常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件v室温下，室温下，氨、氯乙烷氨、氯乙烷等在等在炭上炭上的吸附；的吸附；v低温下低温下氮氮在在细孔硅胶上细孔硅胶上的吸附；的吸附；v孔半径孔半径在在1.01.01.5nm1.5nm以下以下微孔微孔吸附剂的吸附吸附剂的吸附v化学吸附化学吸附。A.A.A.特点特点特点特点特点特点 低压区，低压区，低压区，低压区，吸附位就吸附位就吸附位就吸附位就完全被占完全被占完全被占完全被占据，吸附据，吸附据，吸附据，吸附满了单分满了单分满了单分满了单分子层。子层。子层。子层。饱和吸附量饱和吸附量饱和吸附量饱和吸附量第9页，讲稿共56张，创作于星期日 在在在在在在低压低压低压低压低压低压下首先形成下首先形成下首先形成下首先形成下首先形成下首先形成单分子层吸附单分子层吸附单分子层吸附单分子层吸附单分子层吸附单分子层吸附，随着，随着，随着，随着，随着，随着压力压力压力压力压力压力的增加的增加的增加的增加的增加的增加，逐渐产生多分子层吸附，当，逐渐产生多分子层吸附，当，逐渐产生多分子层吸附，当，逐渐产生多分子层吸附，当，逐渐产生多分子层吸附，当，逐渐产生多分子层吸附，当压力相当压力相当压力相当压力相当压力相当压力相当高时高时高时高时高时高时，吸附量又急剧上升，表明吸附的气体已经开始，吸附量又急剧上升，表明吸附的气体已经开始，吸附量又急剧上升，表明吸附的气体已经开始，吸附量又急剧上升，表明吸附的气体已经开始，吸附量又急剧上升，表明吸附的气体已经开始，吸附量又急剧上升，表明吸附的气体已经开始凝结为液相。凝结为液相。凝结为液相。凝结为液相。凝结为液相。凝结为液相。v 孔半径孔半径相当大相当大（可以近似看成无孔），通常在（可以近似看成无孔），通常在10nm以上以上，-78下，下，CO2在硅胶上吸附常表现为此在硅胶上吸附常表现为此类型；类型；v 室温下水蒸气在特粗孔硅胶上室温下水蒸气在特粗孔硅胶上的吸附常表现为此的吸附常表现为此类型；类型；v物理吸附。物理吸附。第第第第第第类吸附等温线，称为类吸附等温线，称为类吸附等温线，称为类吸附等温线，称为类吸附等温线，称为类吸附等温线，称为 S S S SS S型型型型型型等温线。等温线。等温线。等温线。等温线。等温线。吸吸附附量量v vmmp ps sBA.A.A.特点：特点：特点：特点：特点：特点：B.B.B.常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件低压区形低压区形低压区形低压区形成单分子成单分子成单分子成单分子吸附层吸附层吸附层吸附层压力升高压力升高压力升高压力升高形成多分形成多分形成多分形成多分子吸附层子吸附层子吸附层子吸附层压力较高压力较高压力较高压力较高时，被吸时，被吸时，被吸时，被吸附的气体附的气体附的气体附的气体开始凝结开始凝结开始凝结开始凝结为液相为液相为液相为液相第10页，讲稿共56张，创作于星期日p p0 0第第第第第第类等温线类等温线类等温线类等温线类等温线类等温线低温下低温下低温下低温下BrBr在硅胶上在硅胶上在硅胶上在硅胶上的吸附属于此类。的吸附属于此类。的吸附属于此类。的吸附属于此类。A.A.A.特点特点特点特点特点特点B.B.B.常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件v低压下低压下等温线为等温线为凹凹型，吸附质和吸附剂之型，吸附质和吸附剂之间的间的相互作用很弱；相互作用很弱；v压力稍增加，压力稍增加，吸附量强烈增大；吸附量强烈增大；v压力近于压力近于p0时和时和型等温线相似，吸附剂型等温线相似，吸附剂表面上由表面上由多层吸附多层吸附逐渐转变为逐渐转变为吸附质凝聚吸附质凝聚。第11页，讲稿共56张，创作于星期日p ps sB第第第第第第类等温类等温类等温类等温类等温类等温线线线线线线A.A.A.特点特点特点特点特点特点 室温下，室温下，室温下，室温下，室温下，室温下，苯蒸气苯蒸气苯蒸气苯蒸气苯蒸气苯蒸气在在在在在在氧化铁凝胶上的吸附属氧化铁凝胶上的吸附属氧化铁凝胶上的吸附属氧化铁凝胶上的吸附属氧化铁凝胶上的吸附属氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。于这种类型。于这种类型。于这种类型。于这种类型。于这种类型。B.B.常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件常见此类吸附物质及条件毛细孔中毛细孔中毛细孔中毛细孔中毛细孔中毛细孔中均装满吸均装满吸均装满吸均装满吸均装满吸均装满吸附质液体附质液体附质液体附质液体附质液体附质液体低压区为凸的低压区为凸的低压区为凸的低压区为凸的,如如如如型等温线型等温线型等温线型等温线 压力增加，多层吸附压力增加，多层吸附压力增加，多层吸附压力增加，多层吸附逐渐产生毛细管凝结，吸逐渐产生毛细管凝结，吸逐渐产生毛细管凝结，吸逐渐产生毛细管凝结，吸附量强烈增大。附量强烈增大。附量强烈增大。附量强烈增大。第12页，讲稿共56张，创作于星期日第第第第类等温线类等温线类等温线类等温线p p0 0 低压低压下为下为凹型凹型和第和第类等温线低压下相似；类等温线低压下相似；压力增加压力增加和第和第类等温线高压部分相似。类等温线高压部分相似。A.A.A.特点特点特点特点特点特点373K时，时，水蒸汽在活性炭上吸附水蒸汽在活性炭上吸附属于此类型。属于此类型。B.B.B.常见此类吸附的物质常见此类吸附的物质常见此类吸附的物质常见此类吸附的物质常见此类吸附的物质常见此类吸附的物质第13页，讲稿共56张，创作于星期日1.1.不同吸附剂对于同一种吸附质吸附等温线绘制出来后，可以判断出吸附不同吸附剂对于同一种吸附质吸附等温线绘制出来后，可以判断出吸附剂的表面能高低，即吸附能力强弱；剂的表面能高低，即吸附能力强弱；2.2.可以从等温线上看出哪些物质在特定条件下产生什么样的吸附过可以从等温线上看出哪些物质在特定条件下产生什么样的吸附过程；程；3.3.可以通过吸附等温线判断所建立的吸附数学模型是否符合吸附过程可以通过吸附等温线判断所建立的吸附数学模型是否符合吸附过程;4.4.根据吸附剂、吸附质类型可以画出相应的吸附等温线。根据吸附剂、吸附质类型可以画出相应的吸附等温线。铁在空气中吸附铁在空气中吸附铁在空气中吸附铁在空气中吸附OO2 2特粗糙硅胶表面特粗糙硅胶表面特粗糙硅胶表面特粗糙硅胶表面HH2 2OO(g)(g)如下图：常温下气体在固体表面的两种情况，划出吸附等温线如下图：常温下气体在固体表面的两种情况，划出吸附等温线如下图：常温下气体在固体表面的两种情况，划出吸附等温线如下图：常温下气体在固体表面的两种情况，划出吸附等温线HH2 2OO(g)(g)第第第第类类类类第第第第类类类类第14页，讲稿共56张，创作于星期日6 6、吸附热效应、吸附热效应、吸附热效应、吸附热效应吸附吸附过过程体系自由能程体系自由能如何如何变变化？化？吸附过程热效应的变化吸附过程热效应的变化吸附过程热效应的变化吸附过程热效应的变化 气体在固体气体在固体表面上的吸附是表面上的吸附是放热过放热过程程 吸附热大小直接反映了吸附吸附热大小直接反映了吸附剂和吸附质分子之间的作用力。剂和吸附质分子之间的作用力。熵熵变变化如何？化如何？增大或减小增大或减小 S0S0S0（G0G0G1，则，则VVm。这时。这时VVm。这时。这时V与与p无关，吸附达到单分子层饱和，如图的压力无关，吸附达到单分子层饱和，如图的压力较高部分。较高部分。VpV Vmaxmax(1)压力压力足够低或吸附较弱足够低或吸附较弱时，时，bp 乙酸乙酸 丙酸丙酸 丁酸。丁酸。所以活性炭对它所以活性炭对它们吸附的吸附量大小的次序是，们吸附的吸附量大小的次序是，丁酸丁酸 丙酸丙酸 乙酸乙酸 甲酸。甲酸。第47页，讲稿共56张，创作于星期日 硅胶自甲苯溶液中，对各种脂肪酸的吸附量大小次序为：硅胶自甲苯溶液中，对各种脂肪酸的吸附量大小次序为：乙酸乙酸 丙酸丙酸 丁酸丁酸 辛酸辛酸硅胶自甲苯溶液中吸附脂肪酸硅胶自甲苯溶液中吸附脂肪酸第48页，讲稿共56张，创作于星期日 溶质在溶剂中的溶解度对吸附量的影响溶质在溶剂中的溶解度对吸附量的影响 溶解度越小的溶质，越容易被吸附溶解度越小的溶质，越容易被吸附。如活性炭吸附水溶液中长链有机酸比吸附水溶性高分子容易如活性炭吸附水溶液中长链有机酸比吸附水溶性高分子容易 答：在答：在答：在答：在四氯化碳中的吸附量远比自水中吸附量大四氯化碳中的吸附量远比自水中吸附量大四氯化碳中的吸附量远比自水中吸附量大四氯化碳中的吸附量远比自水中吸附量大。因为因为因为因为硅胶是极性吸附剂，而水硅胶是极性吸附剂，而水硅胶是极性吸附剂，而水硅胶是极性吸附剂，而水的极性比苯甲酸强，硅胶对水有强烈的吸引力。因而苯甲酸分子很难将硅胶表面上的极性比苯甲酸强，硅胶对水有强烈的吸引力。因而苯甲酸分子很难将硅胶表面上的极性比苯甲酸强，硅胶对水有强烈的吸引力。因而苯甲酸分子很难将硅胶表面上的极性比苯甲酸强，硅胶对水有强烈的吸引力。因而苯甲酸分子很难将硅胶表面上水分子顶走。结果硅胶对苯甲酸的吸附量就少了。反之，硅胶分子上的苯甲酸非常水分子顶走。结果硅胶对苯甲酸的吸附量就少了。反之，硅胶分子上的苯甲酸非常水分子顶走。结果硅胶对苯甲酸的吸附量就少了。反之，硅胶分子上的苯甲酸非常水分子顶走。结果硅胶对苯甲酸的吸附量就少了。反之，硅胶分子上的苯甲酸非常容易地将四氯化碳自硅胶表面顶走，因而吸附量较大。容易地将四氯化碳自硅胶表面顶走，因而吸附量较大。容易地将四氯化碳自硅胶表面顶走，因而吸附量较大。容易地将四氯化碳自硅胶表面顶走，因而吸附量较大。问题问题：苯甲酸苯甲酸在在四氯化碳四氯化碳中的溶解度远大于在中的溶解度远大于在水水中的溶解度，中的溶解度，硅胶硅胶在两种溶剂中对在两种溶剂中对同浓度苯甲酸溶液进行吸附，问硅胶在哪种溶剂中吸附苯甲酸量多？为什么？同浓度苯甲酸溶液进行吸附，问硅胶在哪种溶剂中吸附苯甲酸量多？为什么？第49页，讲稿共56张，创作于星期日温度等对吸附量的影响温度等对吸附量的影响 吸附过程一般吸附过程一般是放热是放热过程，温度升高吸附量下降。而温度对溶解度影响较明显，在多数过程，温度升高吸附量下降。而温度对溶解度影响较明显，在多数情况下，情况下，温度升高溶解度增加温度升高溶解度增加，因而使吸附量降低。，因而使吸附量降低。在在在在电解质电解质电解质电解质存在的有机高分子溶液中，对有机高分子的吸附量大于无电解质的有机存在的有机高分子溶液中，对有机高分子的吸附量大于无电解质的有机存在的有机高分子溶液中，对有机高分子的吸附量大于无电解质的有机存在的有机高分子溶液中，对有机高分子的吸附量大于无电解质的有机高分子溶液的吸附。由于电解质存在而是有机高分子高分子溶液的吸附。由于电解质存在而是有机高分子高分子溶液的吸附。由于电解质存在而是有机高分子高分子溶液的吸附。由于电解质存在而是有机高分子“盐析效应盐析效应盐析效应盐析效应”。即电解质降低。即电解质降低。即电解质降低。即电解质降低了有机物的溶解度所致。了有机物的溶解度所致。了有机物的溶解度所致。了有机物的溶解度所致。吸附剂在混合溶液中吸附量低于单一溶质溶液吸附量吸附剂在混合溶液中吸附量低于单一溶质溶液吸附量吸附剂在混合溶液中吸附量低于单一溶质溶液吸附量吸附剂在混合溶液中吸附量低于单一溶质溶液吸附量。其它影响因素其它影响因素其它影响因素其它影响因素第50页，讲稿共56张，创作于星期日1.1.在石油开采中的应用在石油开采中的应用在石油开采中的应用在石油开采中的应用 在在钻钻井井过过程程中中，为为了了使使钻钻井井液液达达到到工工程程所所需需要要的的性性能能，常常常常向向钻钻井井液液加加入入处处理理剂剂，让让这这些些处处理理剂剂与与粘粘土土矿矿物物颗颗粒粒表表面面发发生生吸吸附附作作用用，从从而而改改变变钻钻井井液液的的性性能能，如如流流变变性性、失失水水性性、悬悬浮浮性性、润润湿湿性性等等。同同时时，可可能能通通过过改改变变处处理理剂剂的的不不同同结结构构，获获得得不不同同性性能能要求的钻井液配方。要求的钻井液配方。第51页，讲稿共56张，创作于星期日2.2.色谱分离与分析应用色谱分离与分析应用色谱分离与分析应用色谱分离与分析应用第52页，讲稿共56张，创作于星期日3.3.多相分散固体微粒的稳定性应用多相分散固体微粒的稳定性应用多相分散固体微粒的稳定性应用多相分散固体微粒的稳定性应用改善固体对溶改善固体对溶液的润湿性液的润湿性促进研磨分散的效果促进研磨分散的效果防止凝聚，保护防止凝聚，保护分散的稳定性分散的稳定性固体吸附表面活性剂或吸附具有固体吸附表面活性剂或吸附具有固体吸附表面活性剂或吸附具有固体吸附表面活性剂或吸附具有表面活性的树脂类高分子的目的表面活性的树脂类高分子的目的表面活性的树脂类高分子的目的表面活性的树脂类高分子的目的第53页，讲稿共56张，创作于星期日4.4.在水处理中应用在水处理中应用在水处理中应用在水处理中应用5.5.在冶炼、防腐等应用在冶炼、防腐等应用在冶炼、防腐等应用在冶炼、防腐等应用第54页，讲稿共56张，创作于星期日 2.有体积各为有体积各为100dm3和和10dm3，内含同种气体各，内含同种气体各100mg和和10mg的同温容器各一个，的同温容器各一个，分别加入分别加入1g活性炭时，哪一容器中气体被吸附得多？活性炭时，哪一容器中气体被吸附得多？为什么？为什么？解：吸附剂都是解：吸附剂都是解：吸附剂都是解：吸附剂都是1g1g，则在温度一定时吸附量只取于吸附质的分压力。设大，则在温度一定时吸附量只取于吸附质的分压力。设大，则在温度一定时吸附量只取于吸附质的分压力。设大，则在温度一定时吸附量只取于吸附质的分压力。设大容器中吸附了容器中吸附了容器中吸附了容器中吸附了xmgxmg气体，小容器中吸附了气体，小容器中吸附了气体，小容器中吸附了气体，小容器中吸附了ymgymg气体，则达平衡时，两容器的气体，则达平衡时，两容器的气体，则达平衡时，两容器的气体，则达平衡时，两容器的压力相等（未达饱和吸附），即压力相等（未达饱和吸附），即压力相等（未达饱和吸附），即压力相等（未达饱和吸附），即解得解得解得解得 X X10Y10Y因此大容器中将有更多的气体被吸附。因此大容器中将有更多的气体被吸附。因此大容器中将有更多的气体被吸附。因此大容器中将有更多的气体被吸附。第55页，讲稿共56张，创作于星期日感谢大家观看第56页，讲稿共56张，创作于星期日