化學吸附

化學吸附

化學吸附,吸附質分子與固體表面原子(或分子)發生電子的轉移、交換或共有,形成吸附化學鍵的吸附。由於固體表面存在不均勻力場,表面上的原子往往還有剩餘的成鍵能力,當氣體分子碰撞到固體表面上時便與表面原子間發生電子的交換、轉移或共有,形成吸附化學鍵的吸附作用。吸附劑的責面和被吸附物質的分子間,是一種不可逆的類似化學鍵的力相互作用而產生的吸附,稱為化學吸附,亦稱活化吸附或原子吸附。同時由於表面上伴有解離作用,故亦稱解離吸附。化學吸附的速度較之物理吸附顯著緩慢。

概述

化學吸附

是固體表面與被吸附物間的化學鍵力起作用的結果。這類型的吸附需要一定的活化能,故又稱“活化吸附”。這種化學鍵親和力的大小可以差別很大,但它大大超過物理吸附的范德華力。化學吸附放出的吸附熱比物理吸附所放出的吸附熱要大得多,達到化學反應熱這樣的數量級。而物理吸附放出的吸附熱通常與氣體的液化熱相近。化學吸附往往是不可逆的,而且脫附後,脫附的物質常發生了化學變化不再是原有的性狀,故其過程是不可逆的。化學吸附的速率大多進行得較慢,吸附平衡也需要相當長時間才能達到,升高溫度可以大大地增加吸附速率。對於這類吸附的脫附也不易進行,常需要很高的溫度才能把被吸附的分子逐出去。人們還發現,同一種物質,在低溫時,它在吸附劑上進行的是物理吸附,隨著溫度升高到一定程度,就開始發生化學變化轉為化學吸附,有時兩種吸附會同時發生。化學吸附在催化作用過程中占有很重要的地位。

吸附劑的責面和被吸附物質的分子間,是一種不可逆的類似化學鍵的力相互作用而產生的吸附,稱為化學吸附,亦稱活化吸附或原子吸附。同時由於表面上伴有解離作用,故亦稱解離吸附。化學吸附的速度較之物理吸附顯著緩慢。

機理

化學吸附的機理可分三種情況:

①吸附質失去電子成正離子,吸附劑得到電子,成為正離子的吸附質吸附到帶負電的吸附劑表面上;

②吸附劑失去電子,吸附質得到電子,成為負離子的吸附質吸附到帶正電的吸附劑表面上;

③吸附劑與吸附質共有電子成共價鍵或配位鍵,氣體在金屬表面上的吸附就往往是由於氣體分子的電子與金屬原子的d電子形成共價鍵,或氣體分子提供一對電子與金屬原子成配位鍵而吸附的。在金屬氧化物表面,若氣體分子的電子親合勢大於金屬氧化物的電子脫出功時,則金屬氧化物能給氣體分子電子,後者就以負離子形式吸附;反之則會有氣體正離子吸附。在矽酸鋁等吸附劑上酸性中心對吸附起決定性作用。

化學吸附化學吸附

由於化學吸附是單分子層吸附,其等溫線可用朗繆爾等溫式描述。有時也可用弗羅因德利希吸附公式描述某些化學吸附等溫線。捷姆金吸附等溫式只適用於化學吸附,它的形式是:

式中V是平衡壓力為p 時之吸附體積;Vm是單分子層飽和吸附體積;a和C0是常數。

化學吸附是多相催化反應不可缺少的關鍵步驟,反應物分子在催化劑表面上發生化學吸附成為活化吸附態,大大降低了反應活化能,加快了反應速率,並能控制反應方向。研究化學吸附不僅對了解催化反應的機理,而且對實現催化反應的工業化有巨大的實際意義。

套用

脈衝化學吸附,催化劑預處理、等溫反應、BET比表面積。用於催化劑的表征,如金屬分散度、活性金屬表面積、酸中心數量及強度分布等。

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