第八章 固体表面的吸附

1．这种吸附包括对电解质吸附和非电解质吸附：对电解质吸附将使固体表面带电或电双层中组分发生变化，也可能是溶液中的某些离子被吸附到固体表面，而固体表面的离子则进入溶液之中，产生离子交换作用。

对非电解质吸附，一般表现为单分子层吸附，吸附层以外就是本体相溶液。

2．溶液有溶质和溶剂，都可能被固体吸附，但被吸附的程度不同。

正吸附：吸附层内溶质的浓度比本体相大。

负吸附：吸附层内溶质的浓度比本体相小。

显然，溶质被正吸附时，溶剂必被负吸附，反之亦然。

在稀溶液中，可以将溶剂的吸附影响忽略不计，可以简单的如气体吸附一样处理溶质的吸附，但在浓度较大时，则必须同时考虑二者的吸附.3．固体表面的粗糙度及污染程度对吸附有很大的影响，液体表面张力的影响也很重要。

图2-4给出了表面张力和接触角的关系（点击放大），图中：θ为接触角，图2－4 表面张力与接触角的关系当θ<90o时，为润湿。

θ越小，润湿性越大，液体在表面的展开能力越强。

当θ=0o时，为完全润湿。

液体在表面完全铺展开来当θ>90o时，为不润湿。

θ越大，润湿性越小，液体越不易铺展开，易收缩为球状。

当θ=180o时，完全不润湿,为球状。

θ角的大小。

与界面张力有关:γs=γL cosθ+γsL 其中：γs为固体表面张力；γL为液体表面张力；γsL为固体和液体界面张力。

该方程叫做Yong方程式。

它表明接触角的大小与三相界面之间的定量关系。

因此，凡是能引起任一界面张力变化的因素都能影响固体表面的润湿性。

从上式可以看到：当γs>γsL时，则cosθ>0为正值，θ<90°，此时为润湿；而且γs与γsL相差越大，θ角越小，润湿性越好。

当γs<γsL时，则cosθ<0为负值，θ>90°，此时不润湿；而且γs越大和γsL越小时，θ角越大，不润湿程度越严重。

应当指出的是，上面的平衡式仅适用于固、液、气三相的稳定接触的情况。

气体与固体吸附吸附是指气体、液体或溶液中的分子在固体表面上附着的现象。

在气体与固体吸附中，气体分子会与固体表面发生相互作用，同时也会受到吸附物质与固体表面的作用力的影响。

了解气体与固体吸附的机制和性质，对于许多工业和科学应用都非常重要。

气体与固体吸附的种类主要分为两种：物理吸附和化学吸附。

物理吸附是指气体分子在固体表面上通过范德华力与固体相吸引而附着。

化学吸附则是气体分子与固体表面上的化学键结合，形成新的化学物质。

物理吸附和化学吸附之间的区别在于吸附能力和稳定性不同。

物理吸附往往发生在低温下，吸附能力不强且容易逆反应，而化学吸附则具有较高的吸附能力和较强的稳定性。

气体与固体吸附的机制有两种：亲和吸附和排斥吸附。

亲和吸附是指气体分子与固体表面之间存在吸引力，因此气体分子会附着在固体表面上。

排斥吸附则是指气体分子与固体表面之间存在排斥力，因此气体分子会在固体表面上发生反弹。

这两种机制的发生主要取决于气体分子与固体表面的性质以及气体分子的能量。

亲和吸附通常发生在气体分子与固体表面之间的相互作用力较强的情况下，而排斥吸附则发生在相互作用力相对较弱的情况下。

气体与固体吸附在许多领域具有重要的应用价值。

例如，在环境保护中，我们可以利用吸附技术清除空气和水中的污染物。

通过选择合适的吸附剂，例如活性炭或分子筛等，可以有效地吸附有害气体和溶解于水中的有机物质。

此外，气体吸附也是制备高纯度气体的重要步骤。

在工业生产中，通过将气体通过吸附床，可以去除气体中的杂质，得到纯净的气体。

此外，气体吸附在催化剂制备、气体分离和储存等领域也有广泛的应用。

固体吸附剂的选择对于气体与固体吸附的效果具有重要影响。

吸附剂应具有较大的比表面积、良好的吸附性能和很强的稳定性。

常用的吸附剂有活性炭、硅胶、氧化铝等。

活性炭是吸附性能最好的吸附剂之一，具有较大的比表面积和很强的吸附能力，可以吸附多种气体污染物。

硅胶具有较大的孔隙体积和较强的吸附能力，主要用于水分和有机溶剂的吸附。

第八章表面现象和分散系统一、填空题1、半径为r的球形肥皂泡内的附加压力是。

2、液滴的半径越小，饱和蒸气压越，液体中的气泡半径越小，气泡内液体的饱和蒸压越。

3、憎液固体，其表面不能被液体所润湿，其相应的接触角θ 90°。

4、相同温度下，同一液体，随表面曲率半径不同具有不同的饱和蒸气压，若以P平、P凹、P凸分别表示平面、曲面、凸面液体上的饱和蒸气压，则三者的关系是。

5、加入表面活性剂，使液体的表面张力，表面活性剂在溶液表面的浓度一定它在体相的浓度。

6、润湿液体在毛细管中上升的高度与毛细管内径成关系，与液体的表面张力成关系。

7、温度升高时，纯液体的表面张力。

8、氢氧化铁溶胶显色，胶粒直径的大小在 m之间。

由于氢氧化铁溶胶胶粒带电荷，所以通过直流电时，在附近颜色逐渐变深。

9、丁达尔效应是光所引起的，其强度与入射光波长的次方成比例。

10、乳状液的类型可以分为和两类，亲水性固体粉末和憎水性固体粉末可以分别作为型和型乳状液的乳化剂。

11、在讨论固体对气体等温吸附的兰格谬尔理论中，最重要的基本假设为：吸附是层的。

12、表面活性物质在结构上的特点是同时具有基和基。

13、KI与过量的AgNO3形成溶胶，该溶胶电泳时胶粒向移动；在KCl、K2C2O4、K 3Fe（CN）6三种电解质中，对该溶胶聚沉能力最大的是。

二、单选题1、氧气在某固体表面的吸附，温度在400K时进行的速度较慢，在305K时更慢，该吸附过程主要是（）A.物理吸附B.化学吸附C.不能确定D.物理吸附与化学吸附同时发生2、在三通活塞两端涂上肥皂液，关闭右端，在左端吹一大泡，关闭左端，在右端吹一小泡，然后打开活塞使左右端相通，将会出现什么现象。

（）A.大泡变小，小泡变大B.小泡变小，大泡变大C.两泡大小保持不变D.不能确定3、晶体物质的溶解度和熔点与其颗粒半径的关系是（）A.半径越小，溶解度越小，熔点越低B.半径越小，溶解度越大，熔点越低C.半径越小，溶解度越大，熔点越高D.半径越小，溶解度越小，熔点越高4、在一密闭容器内，放有大小不等的圆球形小水滴，经放置一段时间后，会出现的现象是（）A.小水滴变大，大水滴变小，直至大小水滴半径相等B.小水滴变小，直至消失，大水滴变的更大C.大小水滴保持原来的半径不变D.水滴大小变化无规律5、关于表面张力和表面自由能，下列说法正确的是( )A.物理意义相同，量纲和单位不同B.物理意义不同，量纲和单位相同C.物理意义和量纲相同，单位不同D.物理意义和单位不同，量纲相同6、通常称为表面活性剂的物质是指将其加入液体中后( )A.能降低液体的表面张力B.能增大液体的表面张力C.能显著增大液体的表面张力D.能显著降低液体的表面张力7、下述现象中与表面活性物质无关的是( )A.乳化B.润湿C.起泡D.溶解8、毛笔蘸上水，笔毛就会粘在一起，这是因为 ( )A.笔毛上的水在空气中有自动收缩减小表面的趋势B.笔毛被润湿C.水是表面活性物质D.水具有粘度9、对于水平液面，其值为零的物理量是( )A.表面自由能B.表面张力C.附加压力D.比表面能10、对于化学吸附，下面说法中不正确的是( )A.吸附是单分子层B.吸附力来源于化学键力C.吸附热接近反应热D.吸附速度较快，升高温度则降低反应速度11、下列各性质中不属于溶胶动力学性质的是( )A.布郎运动B.扩散C.电泳D.沉降平衡12、在外加电场作用下，胶体粒子在分散介质中移动的现象称为( )A.电渗B.电泳C.沉降D.扩散13、Langmuir气固吸附理论中，下列叙述中错误的是( )A.吸附是单分子层吸附B.吸附热是常数C.在一定条件下，吸、脱附之间可以达到平衡D.吸、脱附速率都与气体的压力成正比14、对于指定的液体，恒温条件下，有( )A.液滴的半径越小，它的蒸气压越大B.液滴的半径越小，它的蒸气压越小C.液滴的半径与蒸气压无关D.蒸气压与液滴的半径成正比15、凡溶胶达到等电状态，说明胶粒 ( )A.带电，易聚沉B.带电，不易聚沉C.不带电，很易聚沉D.不带电，不易聚沉16、过量的KI与AgNO3混合制溶胶，其结构为[(AgI)m·n I-·(n-x)K+]x-·x K+，则胶粒是指 ( )A.(AgI)mB.(AgI)m·nI-C.[(AgI)m·nI-·(n-x)K+] x-D.[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]x-·xK+17、不一定。

吸附的基本理论固体表面分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞该固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上，这就是吸附。

吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附剂吸附的物质称为吸附质。

2.1吸附机理及分类溶质从水溶液中迁移至固体颗粒表面，发生吸附，是水、溶质和固体颗粒三者相互作用的结果。

引起吸附的主要原因在于溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲合力。

溶质的溶解度是确定第一种原因的重要因素。

溶质的溶解度越大，则向固体表面迁移的可能性越小，反之亦然。

吸附作用的第二种原因主要由溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华力或化学键力所引起的。

与此相对应，可将吸附分为两种基本类型。

（1）物理吸附指溶质与吸附剂之间由于静电引力或分子间力（范德华力）而产生的吸附。

其特点是没有选择性，吸附质并不固定在吸附剂表面的特定位置上，而多少能在界面范围内自由移动，因而其吸附的牢固程度不如化学吸附。

影响物理吸附的主要因素是吸附剂的比表面积和细孔分布。

（2）化学吸附指溶质与吸附剂发生化学反应，形成牢固的吸附化学键和表面络合物，吸附质分子不能在表面自由移动。

化学吸附具有选择性，即一种吸附剂只对某种或特定几种物质有吸附作用，一般为单分子层吸附。

通常需要一定的活化能，在低温时，吸附速率较小。

这类吸附与吸附剂表面化学性质和吸附质的化学性质有密切的关系。

2.2吸附平衡与吸附等温线2.2.1吸附平衡吸附过程中，固、液两相经过充分的接触后，最终将达到吸附与脱附的动态平衡。

达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，常用q e 表示。

对一定的吸附体系，平衡吸附量是吸附平衡浓度Ce和温度T的函数。

q e=f '(C e ,T)当实验温度T不变时，q e仅是C e的函数，即q e =f '(C e)为了确定吸附剂对某种物质的吸附能力，需进行吸附试验，吸附试验常用的方法有两种：将一组不同质量的吸附剂与一定容积的已知溶质初始浓度的溶液混合或者将一组一定容积的不同溶质初始浓度的溶液与一定质量的吸附剂混合，在选定温度下使之达到吸附平衡。

固体表面产生化学吸附的原因以固体表面产生化学吸附的原因为题，我们将详细探讨化学吸附的机制和原因。

化学吸附是指气体或溶液中的分子与固体表面发生化学反应并吸附在表面上的现象。

这种吸附是由于分子间的相互作用力导致的。

以下将从分子间力、化学键形成和表面特性等方面解释固体表面产生化学吸附的原因。

分子间力是导致化学吸附的主要原因之一。

分子间力包括范德华力、氢键和离子键等。

范德华力是非极性分子之间的相互作用力，是由于电子在分子中的分布不均匀而产生的。

当气体或溶液中的分子与固体表面接触时，分子间的范德华力会使分子倾向于在表面附近聚集，从而产生化学吸附。

另一种分子间力是氢键，它是由于氢原子与氮、氧或氟等电负性较高的原子形成的强相互作用力。

氢键的形成使得分子更容易吸附在固体表面上。

离子键是由正负电荷之间的相互作用力引起的，当带电的离子与固体表面接触时，离子间的吸引力使得离子更容易吸附在表面上。

化学键形成也是固体表面产生化学吸附的原因之一。

当气体或溶液中的分子与固体表面接触时，表面的活性位点会与分子中的化学键断裂或形成新的化学键。

这种化学反应导致分子与表面之间形成了化学键，从而使分子吸附在固体表面上。

例如，金属表面上的氧化反应会导致氧分子与金属表面形成金属氧化物，从而实现化学吸附。

固体表面的特性也对化学吸附起到重要的影响。

固体表面的特性包括表面活性位点的种类和密度、表面结构和形貌等。

表面活性位点是指固体表面上能够与分子发生化学反应的位置。

表面活性位点的种类和密度决定了吸附分子与固体表面之间的相互作用力的强弱。

固体表面产生化学吸附的原因主要包括分子间力、化学键形成和表面特性等。

分子间力使分子在固体表面附近聚集，化学键形成使分子与固体表面发生化学反应并吸附在表面上，而固体表面的特性决定了吸附的效果。

通过深入理解这些原因，可以更好地理解和控制固体表面的吸附现象，为实际应用提供理论基础和指导。

物体表面的吸附与界面现象物体表面的吸附与界面现象是物理学和化学领域中的重要研究课题。

我们常常可以观察到不同物质之间的相互作用，例如水滴在玻璃表面上的扩展，油漆涂层的均匀吸附以及蚊子在水面上行走等。

这些现象的背后是各种复杂的物理和化学过程，深入了解这些过程对于材料科学、生物医学和环境工程等领域的发展都具有重要意义。

吸附是指物质与固体表面之间的吸引和结合现象。

在吸附过程中，物质可以以物理吸附和化学吸附两种方式与表面相互作用。

物理吸附主要是通过范德华力或静电力的作用将物质吸附到表面上。

这种吸附相对比较弱，吸附物质可以在一定的条件下脱附。

而化学吸附则是通过共价键或离子键的形式与表面发生化学反应，吸附强度较高，很难脱附。

例如，金属与氧气反应生成氧化物膜，能够有效防止金属表面的进一步氧化。

界面现象则是指两种不同物质之间的界面现象，包括表面张力、润湿和胶团等。

表面张力是一种阻碍液体扩展的力，主要由分子之间的相互作用形成。

这种力使得液体在接触到表面时从外向内产生收缩，导致液体呈现出球形或半球形的形态。

润湿是指液体在固体表面上的分布情况。

当液体与固体完全接触时，我们称之为完全润湿。

相反，如果液体不能与固体完全接触，形成局部凹陷，则称之为不完全润湿。

胶团则是多个液滴或气泡在液体中相互聚集而形成的结构。

这些界面现象不仅仅与物体表面的物理和化学性质有关，还与外界条件如温度、压力和湿度等因素密切相关。

表面吸附和界面现象在材料科学中具有广泛的应用。

例如，在高分子材料中，通过控制表面吸附和界面现象可以改善材料的性能。

表面活性剂可以在材料表面形成一层薄膜，提高润湿性和防水性。

这种技术广泛应用于纺织品、油漆涂层和医疗用品等领域。

另外，在电子器件中，表面吸附和界面现象对于材料的耐久性和稳定性也至关重要。

通过改变材料表面的化学性质，可以有效控制电子器件的性能和寿命。

除了材料科学领域外，物体表面的吸附和界面现象在生物医学和环境工程领域也有重要应用。

吸附的基本原理和过程步骤
吸附的基本原理是指固体表面对气体或液体物质的吸收作用，使物质分子沉积在固体表面上形成吸附层。

吸附是由于固体表面存在的无定形结构、电荷、亲疏水性以及表面活性位点等因素所引起的。

过程步骤如下：
1. 接触：吸附物质与固体表面接触，形成物质分子与表面分子之间的相互作用；
2. 扩散：吸附物质的分子从溶液或气相中由高浓度区域向低浓度区域进行扩散，并在表面形成致密分子层；
3. 吸附：吸附物质的分子与固体表面之间发生相互作用，吸附物质分子吸附在固体表面上，形成吸附层；
4. 平衡：吸附物质的吸附量随着时间的增加而趋于稳定，形成吸附平衡，吸附速率与脱附速率相等，吸附层处于动态平衡状态。

在实际应用中，通过调节吸附条件，如温度、压力、pH值等，可以改变吸附平衡及吸附量，以实现固体表面的选择性吸附。

固体表面的吸附与催化作用1. 引言固体表面的吸附与催化作用是物理化学中的重要概念。

在许多化学和工艺过程中，固体表面吸附和催化作用都发挥着至关重要的作用。

本文将探讨固体表面的吸附现象、催化机理以及它们在各种应用领域中的重要性。

2. 固体表面的吸附吸附是指气体、液体或溶液中的分子或离子附着在固体表面上的现象。

吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。

2.1 物理吸附物理吸附也称为范德华吸附，是由于分子之间的范德华力相互作用引起的。

范德华力是一种短程力，主要由于分子之间的偶极-偶极相互作用或分子之间的诱导相互作用。

物理吸附通常发生在低温下，吸附量与温度呈反比关系。

2.2 化学吸附化学吸附是指气体或液体中的分子与固体表面上的活性位点形成化学键的过程。

化学吸附通常发生在高温下或在存在催化剂的情况下。

化学吸附是可逆的，并且在形成化学键的同时伴随着能量释放或吸收。

3. 固体表面的催化作用催化是指通过催化剂加速化学反应速率的过程。

固体表面上的催化作用是许多工业和生物过程中的关键步骤。

3.1 催化剂的种类常见的固体催化剂包括金属、金属氧化物和金属碱土（如钙、镁）等。

不同的催化剂对不同的反应具有不同的催化活性。

选择合适的催化剂对于提高反应的效率至关重要。

3.2 催化机理固体催化作用的机理主要包括表面吸附、反应和解离等过程。

在催化反应中，反应物吸附到催化剂表面上，形成中间体，然后通过反应形成产物。

催化剂能够提供活化能，降低反应的能量阻隔，从而加速反应速率。

4. 固体表面的吸附与催化在应用中的重要性4.1 催化剂在工业中的应用催化剂在许多化学工业过程中被广泛应用，例如氨合成、石油cracking、氧化反应等。

通过催化剂，可以提高反应速率、节省能源和原料，并减少副产物的生成。

4.2 固体表面的吸附在环境治理中的应用固体表面的吸附作用可以用于废水处理和空气污染控制中。

通过将污染物吸附到固体表面上，可以有效去除或降低污染物对环境的危害。