《固体表面》PPT课件

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1、WuhanUniversityofScienceandTechnologyCollegeofChemicalEngineeringandTechnologySolidSurface化工学院基础部物理化学教研室第三章固体表面ColloidandInterfaceChemistry本章主要内容§3.2固体对气体的吸附§3.4吸附经验式——弗罗因德利希公式§3.7固体比表面的测定§3.3朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式§3.5多分子层吸附理论——BET公式§3.6吸附热力学§3.1固体的表面张力和表面吉布斯函数§3.8化学吸附与催化作用§3.10固体表

2、面改性及其应用§3.9纳米材料的表面化学2胶体及界面化学固体表面上的原子或分子受力不均匀，而且不能移动；固体表面是不均匀的。固体表面通常不是理想的晶面，而是有台阶、裂隙、沟槽、位错和熔结点等。1.固体表面特点§3.1固体的表面张力和表面吉布斯函数表面形态的各种类型：断层、台阶、附晶螺旋位错3胶体及界面化学§3.1固体的表面张力和表面吉布斯函数2.固体的表面张力和表面吉布斯函数恒温、恒压下产生单位新表面积时所引起的体系吉布斯函数的增量，简称固体的表面能，用Gs表示。固体表面吉布斯函数4胶体及界面化学§3.1固体的表面张力和表面吉布斯函数表面应力与表面

3、张力液体成球形是通过表面分子数的减少，而固体改变形状是通过改变分子间距离。因此当把固体切开后，产生新表面时，所露出来的分子受力不均匀，这些分子竭力自动调整分子间距，由于移动困难，于是外界作功就变为作用在表面分子的应力，这种力称为表面应力。假如每单位长度上表面应力用τ表示。则沿二新表面的两表面应力之和的一半即为固体的表面张力。5胶体及界面化学§3.1固体的表面张力和表面吉布斯函数恒温、恒压条件下产生新表面积时所引起的体系吉布斯函数增加值为d(AsGs)，等于反抗表面张力所耗费的可逆功：固体的表面张力6胶体及界面化学当气体或蒸汽在固体表面被吸附时，固体

4、称为吸附剂(adsorbent)，被吸附的气体称为吸附质(adsorbate)。常用的吸附剂有：硅胶、分子筛、活性炭等。常用的吸附质有：氮气、水蒸气、苯或环己烷的蒸汽§3.2固体对气体的吸附1.固体表面的吸附(adsorbance)作用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，使表面张力和表面吉布斯函数下降。7胶体及界面化学§3.2固体对气体的吸附A：活性炭（activecarbon）①比表面：500－1500m2/g，特殊2000－3000m2/g②孔结构复杂（一般认为大孔～50nm，2～50nm中孔，<2nm微孔）

5、大部分为微孔，也有中孔和大孔8胶体及界面化学§3.2固体对气体的吸附③表面基团：除C原子外，还有少量非碳元素（O，H，P，N，S等）一般含氧基团：羰基、羧基、内脂基、醌基、酚羟基④主要吸附非极性物质及长链极性物质（孔吸附，非极性体现）由于存在表面含氧基团，也可吸附某些极性物质⑤活性炭制备：由有机物（果壳、木材、骨、血、煤炭、合成有机聚合物）制造工业生产方法分物理法和化学法两大类9胶体及界面化学§3.2固体对气体的吸附B：硅胶（silicagel）：典型的极性吸附剂①pH对比表面、孔体积影响巨大②主要吸附非极性溶剂中的极性物质，孔径20－50A③表面

6、羟基：自由羟基＋缔合羟基④耐热性优于活性炭，生产工艺简单，成本低廉，再生产温度低，机械强度好10胶体及界面化学§3.2固体对气体的吸附C：分子筛（molecularsieves）一种天然或人工合成的沸石型硅铝酸盐。Al2O3nSiO2mH2O①结构特点：Si－O四面体＋Al－O四面体分为3A、4A、5A、13X、Y、丝光沸石等类型②孔性吸附：分子筛孔径均匀，孔径属微孔范围。吸附分子在腔体内受到孔壁四周的叠加作用。因而分子筛由独特的吸附选择性和极强的吸附能力。（临界分子直径小于笼孔径大小）③高温、高流速、低蒸气压时，仍有良好的吸附能力④选择吸附极性，

7、不饱和有机分子，非极性分子中选择吸附极化率大的11胶体及界面化学化学吸附示意图物理吸附示意图§3.2固体对气体的吸附2.物理吸附与化学吸附12胶体及界面化学§3.2固体对气体的吸附吸附力是范德华引力，一般比较弱；吸附热较小，接近于气体的液化热，小于4kJ/mol；吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体；物理吸附：吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快；吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的；本质：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。13胶体及界面化学化学吸附：吸附力是化学键力，一般较强。吸附热较高，

8、接近于化学反应热，>40kJ/mol；吸附有选择性；§3.2固体对气体的吸附吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸；吸附是单分子