胶体化学与表面化学3(共4个)

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1、目录第五章气-固界面§5.1固体表面§5.2吸附等温线§5.3Langmuir吸附等温式§5.4BET多层吸附公式§5.5吸附现象的本质——物理吸附和化学吸附§5.6毛细管凝结与吸附滞后现象第六章固-液界面§6.1润湿与接触角§6.2接触角的测定与接触角滞后现象§6.3表面活性剂对固体表面润湿性的影响§6.4与润湿有关的其他重要现象§6.5固体吸附类型与吸附等温线§6.6吸附等温式第五章气-固界面发生在固-气界面上的一个重要现象是气体或蒸汽在固体表面上的吸附以及与吸附有关的现象。在第四章讨论溶液表面吸附时，认为Gibbs吸附理论和由相平衡推导的吉布斯吸附等

2、温式可以应用于任何平衡相及相间面，因此是一切吸附问题的理论基础。只要测出界面张力的浓度变化率，代入吉布斯吸附等温式，即可求出表面吸附量。但实际上，这个方程仅限应用于气-液和液-液界面上，而不能应用于固面，包括气-固和液-固界面上，因为固体的表面张力很难测定。因此对于气体和液体在固体表面上的吸附必须寻求新的研究途径。§5.1固体表面固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也是不均匀的，所以固体表面也有表面张力和表面能。固体表面的特点是：1．固体表面分子（原子）移动困难，只能靠吸附来降低表面能。2．固体表面是不均匀的，不同类型的原子的化学行为、吸附热、催化活性和

3、表面态能级的分布都是不均匀的。3．固体表面层的组成与体相内部组成不同。固体表面的特点固体的表面结构平台附加原子台阶附加原子扭结原子单原子台阶平台空位§5.2吸附等温线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。吸附量的表示吸附量通常有两种表示方法：(2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量(1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积体积要换算成标准状况(STP)吸附量与温度、压力的关系对于一定的吸附剂与吸附质的系统，达到吸附平

4、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，q=f(p)，称为吸附等温式(2)p=常数，q=f(T)，称为吸附等压式(3)q=常数，p=f(T)，称为吸附等量式重量法测定气体吸附实验装置如图。将吸附剂放在样品盘3中，吸附质放在样品管4中。首先加热炉子6，并使体系与真空装置相接。到达预定温度和真空度后，保持2小时，脱附完毕，记下石英弹簧2下面某一端点的读数。根据加样前后该端点读数的变化，可知道加样品后石英弹簧的伸长，从而算出脱附后净样品的质量吸附等温线吸附等温线样品脱附后，设定一个温度，如25

5、3K，控制吸附质不同压力，根据石英弹簧的伸长可以计算出相应的吸附量，就可以画出一根253K的吸附等温线，如图所示用相同的方法，改变吸附恒温浴的温度，可以测出一组不同温度下的吸附等温线。氨在炭上的吸附等温线从吸附等温线画出等压线和等量线p/kPa吸附等温线的类型从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、孔分布以及吸附剂与吸附质之间的相互作用等有关信息。常见的吸附等温线有如下5种类型：(图中p/ps称为比压，ps是吸附质在该温度时的饱和蒸汽压，p为吸附质的压力)(Ⅰ)在2.5nm以下微孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。例如78K时N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸

6、汽在分子筛上的吸附。(Ⅱ)常称为S型等温线。吸附剂孔径大小不一，发生多分子层吸附。在比压接近1时，发生毛细管凝聚现象。(Ⅲ)这种类型较少见。当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种等温线。如352K时，Br2在硅胶上的吸附属于这种类型。(Ⅳ)多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时，有毛细凝聚现象。例如在323K时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。(Ⅴ)发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。例如373K时，水汽在活性炭上的吸附属于这种类型。§5.3Langmuir吸附等温式Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸汽压力之间的定量关系

7、。他在推导该公式的过程引入了两个重要假设：(1)吸附是单分子层的(2)固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用设：表面覆盖度q=V/VmVm为吸满单分子层的体积则空白表面为(1-q)V为吸附体积达到平衡时，吸附与脱附速率相等。吸附速率为脱附速率为令：这公式称为Langmuir吸附等温式，式中a称为吸附平衡常数（或吸附系数），它的大小代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。以q对p作图，得：Langmuir等温式的示意图1.当p很小，或吸附很弱，ap<<1，q=ap，q与p成线性关系。2.当p很大或吸附很强时，ap>>1，q=1，q与p无关，吸附已铺满单分子

8、层。3.当压力适中，q∝pm，m介于0与1之间。m为吸附剂质量重排