第六章 表面现象和分散系统.ppt

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1、第六章表面现象和分散系统§6.1气体在固体表面的吸附§6.2液体表面自由能和表面张力§6.3溶液表面的吸附及表面活性剂的概念§6.4表面活性剂及其作用§6.5溶胶及其性质§6.6溶胶的聚沉和絮凝第六章表面现象和分散系统表面现象——固相表面、液相表面本章特点：热力学的延伸独特的应用为催化打基础叙述性多，推理性少§6.1气体在固体表面的吸附1.吸附的本质和类型吸附的本质是吸附的作用力，由本质决定着吸附的性质：吸附热、吸附速度、稳定性、选择性、吸附分子层等吸附的类型物理吸附化学吸附吸附力本质范德华力化学键力由本质决定的性质①吸附热较小较大②速度较快较慢(均放热)(约2104~4104J•mol

2、-1)(约4104~4105J•mol-1)③稳定性差，易解吸好，不易解吸④选择性无选择性，易液化者易吸附有选择性⑤分子层单分子层或多分子层吸附只能形成单分子层吸附区别两种类型吸附的方法：①吸附光谱②等压吸附曲线2.吸附平衡和吸附量吸附平衡：在T、P一定的条件下，当吸附速率=解吸速率时，吸附在固体表面上的气体量不随时间变化，即达到吸附平衡。吸附量：达到吸附平衡时，单位质量吸附剂所能吸附的气体物质的量，以q表示。q=n/m或q=V/m3.吸附曲线实验表明，对于一个给定的体系，达到平衡时的吸附量与温度(T)及吸附质的平衡分压(P)有关。表示为：a=f(T.P)令：P一定，则q=f(T)，q~

3、T关系曲线称吸附等压线q一定，则P=f(T)，P~T关系曲线称吸附等量线T一定，则q=f(P)，q~P关系曲线称吸附等温线吸附曲线①吸附等压线：P=常数，q~T关系曲线。用途之一：判别吸附类型。吸附放热，随温度升高，吸附量下降。但是：物理吸附易于进行，速度快，易达平衡。即随T↑，q↓;化学吸附的速度慢，未达平衡前，T↑、q↑，达到平衡后，T↑、q↓。如图：T→V↑(CO)快物理吸附慢化学吸附未达平衡前达到平衡后CO在Pt上的吸附等压线凡吸附等压线有随T↑而q↑的区域，可判定有化学吸附产生。②吸附等量线：q=常数，吸附质平衡分压P~T的关系。用途——求吸附热。克劳修斯—克拉贝龙(Clausia

4、s—Clapeyron)方程：a一定，P~T关系成为：T↑，P↑若近似将吸附热看作是常数，不定积分有：以lnP~1/T作图，得一直线，其斜率为△Hm(吸附)/R吸附热△Hm(吸附)的大小为吸附强弱的标志，是吸附的重要参数。③吸附等温线：T=常数，q~P的关系曲线。由于：吸附剂表面性质不同(b)吸附剂孔径分布的性质不同(c)吸附剂与吸附质相互作用的性质不同∴吸附等温线有多种类型用途——从吸附等温线的不同类型，可以反过来推测和了解吸附剂的性质。VPVPVPVPVP4.Langmuir(兰缪尔)单分子层吸附等温式基本假设：①吸附力是吸附剂表面的剩余价力。当吸附剂表面上已盖满一层吸附质分子后，剩余价

5、力已被饱和，因此吸附是单分子层的。②吸附剂表面是均匀的，被吸附的分子间无相互作用——理想吸附。以—固体表面已被吸附质分子覆盖的百分数则(1–)—固体表面尚未被覆盖的百分数根据①吸附速率rads=k1(1–)P(吸附adsorb)根据②解吸速率rd=k-1(解吸desorption)当达到吸附平衡时rads=rd（T、P一定）即k1(1–)P=k-1令:a=k1/k-1‚称吸附平衡常数‚a值的大小代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。气体在固体表面上的吸附量q∝k—吸附比例常数称为:Langmuir吸附等温式从以上两种形式的Langmuir吸附等温式可以看出:①当气体压力很小或吸

6、附很弱时aP<<1q=kaP②当压力相当大或吸附很强时aP>>1q=k(饱和吸附)qP低压高压q=kaPq=kq=k饱和吸附③当压力适中时q=kaP/1+aP=k用途(1)④将式可见以(P/q)~P作图直线斜率为1/k截距为1/ka由此可求出k和a若V—气体分压为P时实际吸附量Vm—表面上吸满单分子层的(饱和)吸附量则固体表面被覆盖的百分数=V/Vm以(P/V)~P作图斜率为1/Vm截距为1/Vm·a可求出Vm及a值。用途(2)⑤将Langmuir公式推广到多种气体的混合吸附此时式中:i—第i种气体在固体表面的覆盖率ai—第i种气体的吸附系数Pi—第i种气体的平衡

7、分压此式应用在气–固复相催化反应⑥Langmuir吸附等温式的正确性与局限性习题:P985第21、24题习题:p402第11题；p403第13题5.BET多分子层吸附等温式1938年由Brunaure—Emmett—Teller三人在继承了Langmuir观点的基础上提出了多分子层气—固吸附理论：①吸附作用是吸附和解吸两相反过程的动态平衡；②固体表面是均匀的，被吸附的分子的解吸不受其周围分子的影响；Langm