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精彩詞條吸附性
補充:0 瀏覽:8655 發(fā)布時間:2013-5-14
吸附性
物質(zhì)從體相濃集到界面上的一種性質(zhì)。例如,氣相中的某些物質(zhì)可以在固體表面上濃集;液體中某些物質(zhì)可以在氣-液界面、液—液界面和固—液界面上濃集。通常把能有效吸附其他物質(zhì)的固體稱為吸附劑,被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)!》诸 根據(jù)不同的角度,可以有不同的分類方法,但主要分類方法有兩種。一種是依據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間作用力的性質(zhì),可將吸附作用分為物理吸附和化學(xué)吸附。 物理吸附 不具選擇性,在吸附過程中沒有電子的轉(zhuǎn)移,沒有化學(xué)鍵的生成和破壞,沒有原子的重排等反應(yīng),產(chǎn)生的吸附只是分子間的引力,吸附過程中吸附速率和解吸速率都很快,且不受溫度的影響。此類吸附實質(zhì)是一種物理作用。 化學(xué)吸附 具選擇性,一些吸附劑只對某些吸附質(zhì)產(chǎn)生吸附作用,其吸附熱差不多和化學(xué)反應(yīng)熱處在同一數(shù)量級,它的吸附速率和解吸速率都很小,而且隨溫度升高吸附(解吸)速率增加。這類吸附一般都需要一定的活化能,被吸附分子與吸附表面的作用力和化合物中原子間的作用力相似。這種吸附實質(zhì)上是一種化學(xué)反應(yīng)。 另一種分類方法是根據(jù)吸附的界面不同,主要有溶液表面吸附、固—液界面吸附、固—氣界面吸附等。 溶液表面的吸附 水的表面張力因加入溶質(zhì)形成溶液而改變,有些溶質(zhì)加入后能使溶液的表面張力降低,另一些溶質(zhì)加入后則會使溶液的表面張力升高。若所加入的溶質(zhì)能降低表面張力,則溶質(zhì)力圖濃集在表面層上以降低體系的表面能;反之,當(dāng)溶質(zhì)使表面張力升高時,則表面層中的濃度比內(nèi)部的濃度低,這種溶液表面層的組成與本體溶液的組成不同的現(xiàn)象稱為表面層發(fā)生了吸附作用。在溶液表面層上溶質(zhì)的濃度可以大于、等于或小于溶液內(nèi)部的濃度,分別對應(yīng)著正吸附、不吸附和負(fù)吸附。 根據(jù)實驗,水溶液中表面張力隨溶質(zhì)濃度變化曲線大致分為三類: 1876年,吉布斯用熱力學(xué)方法求得定溫下溶液的濃度、表面張力和吸附量之間的關(guān)系,稱為吉布斯公式: 式中 a2——溶液中溶質(zhì)的活度; γ——溶液的表面張力; ——溶質(zhì)的表面超量。 從吉布斯公式可知:①若dγ/da<0,即增加溶質(zhì)活度使溶液的表面張力降低者, 為正值,是正吸附。表面活性物質(zhì)就是屬于此情況;②若dγ/da2>0,即增加溶質(zhì)活度使溶液的表面張力升高者, 為負(fù)值,非表面活性物質(zhì)就是屬于此情況,無機強電解質(zhì)和高度水化的有機物如蔗糖等都有此性質(zhì)。由于吉布斯公式的推導(dǎo)過程中,對所考慮的組分及界面沒有附加限制條件,所以在原則上對于任何兩相的體系都可以適用。 固—氣界面的吸附 處在固體表面的原子,由于周圍原子對它的作用力不對稱,即原子所受的力不飽和,因而有剩余力場,可以吸附氣體分子,使固體界面上的氣體濃度增加,這種現(xiàn)象稱為固—氣界面的吸附。 對于一個給定的體系,達到平衡時的吸附量與溫度及氣體的壓力有關(guān),其中在一定溫度下平衡吸附量與吸附質(zhì)濃度的關(guān)系稱為吸附等溫線。吸附等溫線有多種形式,經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理得到吸附等溫線方程,利用這些方程可以給出有關(guān)吸附量、吸附質(zhì)和吸附過程特點等有用的信息。綜合大量實驗結(jié)果,氣體吸附等溫線主要有五種類型。這些吸附等溫線反映了吸附劑的表面性質(zhì)有所不同,孔分布性質(zhì)及吸附質(zhì)和吸附劑的相互作用也不同。因此由吸附等溫線的類型反過來可以了解一些吸附劑表面性質(zhì)、孔分布性質(zhì)以及吸附質(zhì)和吸附劑相互作用的情況。 式中 a——平衡濃度為c時的吸附量; am——單分子層飽和吸附量; b、k和n——常數(shù)。 影響固體在溶液中吸附的因素很多,一般可從溶質(zhì)、溶劑和吸附劑三者之間的關(guān)系考慮。對于小的有機和無機物分子,若以分子狀態(tài)吸附時至少有以下規(guī)律:①稀溶液時,隨著濃度增加,固—液界面自由能降低多的溶質(zhì)吸附量大,這就是特勞貝規(guī)則;②吸附與溶解是性質(zhì)相反的過程,故溶解度越小越容易被吸附;③吸附是放熱過程,溫度升高一般對吸附不利,即溫度升高吸附量下降;④極性吸附劑容易從極性弱的溶劑中吸附極性強的溶質(zhì);非極性吸附劑容易從極性強的溶劑中吸附極性弱的溶質(zhì)。其他如溶質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、溶劑的性質(zhì)、吸附劑的制備條件等都對吸附有影響。 固體從溶液中吸附電解質(zhì)有三種情況:①有些電解質(zhì)(如弱電解質(zhì))以分子狀態(tài)吸附,其吸附規(guī)律與小分子吸附相似;②有的固體在中性鹽水溶液中吸附時,溶液的pH值發(fā)生變化,就像鹽類發(fā)生了水解,固體有選擇地吸附酸或堿,這種吸附稱為水解吸附;③電解質(zhì)在溶液中解離后某種離子被固體吸附,另一種反離子處于固體表面附近的擴散層中,這些反離子可以被與其同號的離子所交換。有些離子直接與固體骨架上的某些離子發(fā)生交換作用,這兩種因固體吸附而發(fā)生的交換過程統(tǒng)稱為離子交換吸附。離子交換吸附在土壤學(xué)和工業(yè)上有著重要應(yīng)用。 固體從溶液中吸附大分子遠(yuǎn)比小分子復(fù)雜,每個大分子可有若干個吸附點,因而在較小濃度時吸附量上升很快,許多大分子吸附等溫線服從蘭格繆爾等溫式。由于大分子分子量大,在多孔性固體上吸附時有小孔分子不能進入,故分子量增加,吸附量反而減小。溶劑、吸附劑的性質(zhì)等對大分子的吸附也有影響。 應(yīng)用 我國勞動人民很早就知道新燒好的木炭有吸濕、吸臭的性能,在湖南長沙馬王堆一號墓里就是用木炭作為防腐劑和吸濕劑的。近幾十年來有關(guān)吸附性的應(yīng)用越來越廣,人們利用吸附回收少量的稀有金屬,對混合物進行分離、提純,回收溶劑,處理污水,凈化空氣以及進行吸附色譜等。分子篩富氧就是利用某些分子篩優(yōu)先吸附氮的性質(zhì),從而提高空氣中氧的濃度等等。在催化領(lǐng)域中關(guān)于吸附的研究和應(yīng)用,對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟具有特別重要的意義。 其他補充 |
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