比較物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別
比較物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別
你知道物理吸附和化學(xué)吸附和有什么區(qū)別嗎?下面就讓學(xué)習(xí)啦小編來(lái)為大家介紹一下吧，希望大家喜歡。
物理吸附和化學(xué)吸附和有什么區(qū)別
根據(jù)吸附劑表面與被吸附物之間作用力的不同，吸附可分為物理吸附與化學(xué)吸附。同一物質(zhì)，可能在低溫下進(jìn)行物理吸附而在高溫下為化學(xué)吸附，或者兩者同時(shí)進(jìn)行。吸附作用的大小跟吸附劑的性質(zhì)和表面的大小、吸附質(zhì)的性質(zhì)和濃度的大小、溫度的高低等密切相關(guān)。如活性炭的表面積很大，吸附作用強(qiáng);活性炭易吸附]沸點(diǎn)高的氣體，難吸附沸點(diǎn)低的氣體。
物理吸附是被吸附的流體分子與固體表面分子間的作用力為分子間吸引力，即所謂的范德華力(Vanderwaals)。因此，物理吸附又稱范德華吸附，它是一種可逆過(guò)程。當(dāng)固體表面分子與氣體或液體分子間的引力大于氣體或液體內(nèi)部分子間的引力時(shí)，氣體或液體的分子就被吸附在固體表面上。從分子運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)來(lái)看，這些吸附在固體表面的分子由于分子運(yùn)動(dòng)，也會(huì)從固體表面脫離而進(jìn)入氣體(或液體)中去，其本身不發(fā)生任何化學(xué)變化。隨著溫度的升高，氣體(或液體)分子的動(dòng)能增加，分子就不易滯留在因體表面上，而越來(lái)越多地逸入氣體(或液體中去，即所謂“脫附”。這種吸附—脫附的可逆現(xiàn)象在物理吸附中均存在。工業(yè)上就利用這種現(xiàn)象，借改變操作條件，使吸附的物質(zhì)脫附，達(dá)到使吸附劑再生，回收被吸附物質(zhì)而達(dá)到分離的目的。
物理吸附有以下特點(diǎn)：
?、贇怏w的物理吸附類似于氣體的液化和蒸氣的凝結(jié)，故物理吸附熱較小，與相應(yīng)氣體的液化熱相近;
?、跉怏w或蒸氣的沸點(diǎn)越高或飽和蒸氣壓越低,它們?cè)饺菀滓夯蚰Y(jié),物理吸附量就越大;
③物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脫附速率都較快;任何氣體在任何固體上只要溫度適宜都可以發(fā)生物理吸附，沒(méi)有選擇性;
?、芪锢砦娇梢允菃畏肿訉游?，也可以是多分子層吸附;
?、荼晃椒肿拥慕Y(jié)構(gòu)變化不大,不形成新的化學(xué)鍵，故紅外、紫外光譜圖上無(wú)新的吸收峰出現(xiàn)，但可有位移;
⑥物理吸附是可逆的;
?、吖腆w自溶液中的吸附多數(shù)是物理吸附。
物理吸附理論基礎(chǔ)：氣體吸附理論主要有朗繆爾單分子層吸附理論、波拉尼吸附勢(shì)能理論、 BET多層吸附理論(見多分子層吸附)、二維吸附膜理論和極化理論等，以前三種理論應(yīng)用最廣。這些吸附理論都從不同的物理模型出發(fā)，綜合考查大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,經(jīng)過(guò)一定的數(shù)學(xué)處理,對(duì)某種(或幾種)類型的吸附等溫線的限定部分做出解釋，并給出描述吸附等溫線的方程式。
物理吸附在化學(xué)工業(yè)、石油加工工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等部門和領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，最常用的是從氣體和液體介質(zhì)中回收有用物質(zhì)或去除雜質(zhì)，如氣體的分離、氣體或液體的干燥、油的脫色等。物理吸附在多相催化中有特殊的意義，它不僅是多相催化反應(yīng)的先決條件，而且利用物理吸附原理可以測(cè)定催化劑的表面積和孔結(jié)構(gòu)，而這些宏觀性質(zhì)對(duì)于制備優(yōu)良催化劑，比較催化活性，改進(jìn)反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散條件，選擇催化劑的載體以及催化劑的再生等方面都有重要作用。
化學(xué)吸附是固體表面與被吸附物間的化學(xué)鍵力起作用的結(jié)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(xué)鍵親和力的大小可以差別很大，但它大大超過(guò)物理吸附的范德華力。吸附質(zhì)分子與固體表面原子(或分子)發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移、交換或共有，形成吸附化學(xué)鍵的吸附。由于固體表面存在不均勻力場(chǎng)，表面上的原子往往還有剩余的成鍵能力，當(dāng)氣體分子碰撞到固體表面上時(shí)便與表面原子間發(fā)生電子的交換、轉(zhuǎn)移或共有，形成吸附化學(xué)鍵的吸附作用?；瘜W(xué)吸附往往是不可逆的，而且脫附后，脫附的物質(zhì)常發(fā)生了化學(xué)變化不再是原有的性狀，故其過(guò)程是不可逆的。化學(xué)吸附的速率大多進(jìn)行得較慢，吸附平衡也需要相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到，升高溫度可以大大地增加吸附速率。對(duì)于這類吸附的脫附也不易進(jìn)行，常需要很高的溫度才能把被吸附的分子逐出去。
與物理吸附相比，化學(xué)吸附主要有以下特點(diǎn)：
①吸附所涉及的力與化學(xué)鍵力相當(dāng)，比范德華力強(qiáng)得多。
?、谖綗峤频扔诜磻?yīng)熱。
?、畚绞菃畏肿訉拥?。因此可用朗繆爾等溫式描述，有時(shí)也可用弗羅因德利希公式描述。捷姆金吸附等溫式只適用于化學(xué)吸附：V/Vm=1/a•㏑CoP。式中V是平衡壓力為p時(shí)的吸附體積;Vm是單層飽和吸附體積;a和c0是常數(shù)。
?、苡羞x擇性。
⑤對(duì)溫度和壓力具有不可逆性。另外，化學(xué)吸附還常常需要活化能。確定一種吸附是否是化學(xué)吸附，主要根據(jù)吸附熱和不可逆性。
化學(xué)吸附機(jī)理可分以下3種情況：
①氣體分子失去電子成為正離子，固體得到電子，結(jié)果是正離子被吸附在帶負(fù)電的固體表面上。
?、诠腆w失去電子而氣體分子得到電子，結(jié)果是負(fù)離子被吸附在帶正電的固體表面上。
?、蹥怏w與固體共有電子成共價(jià)鍵或配位鍵。例如氣體在金屬表面上的吸附就往往是由于氣體分子的電子與金屬原子的d電子形成共價(jià)鍵，或氣體分子提供一對(duì)電子與金屬原子成配位鍵而吸附的。
在復(fù)相催化中的作用及其研究：在復(fù)相催化中，多數(shù)屬于固體表面催化氣相反應(yīng)，它與固體表面吸附緊密相關(guān)。在這類催化反應(yīng)中，至少有一種反應(yīng)物是被固體表面化學(xué)吸附的，而且這種吸附是催化過(guò)程的關(guān)鍵步驟。在固體表面的吸附層中，氣體分子的密度要比氣相中高得多，但是催化劑加速反應(yīng)一般并不是表面濃度增大的結(jié)果，而主要是因?yàn)楸晃椒肿?、離子或基團(tuán)具有高的反應(yīng)活性。氣體分子在固體表面化學(xué)吸附時(shí)可能引起離解、變形等，可以大大提高它們的反應(yīng)活性。因此，化學(xué)吸附的研究對(duì)闡明催化機(jī)理是十分重要的。
化學(xué)吸附與固體表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。表面結(jié)構(gòu)化學(xué)吸附的研究中有許多新方法和新技術(shù)，例如場(chǎng)發(fā)射顯微鏡、場(chǎng)離子顯微鏡、低能電子衍射、紅外光譜、核磁共振、電子能譜化學(xué)分析、同位素交換法等。其中場(chǎng)發(fā)射顯微鏡和場(chǎng)離子顯微鏡能直接觀察不同晶面上的吸附以及表面上個(gè)別原子的位置，故為各種表面的晶格缺陷、吸附性質(zhì)及機(jī)理的研究提供了最直接的證據(jù)。
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