| 词条 | 化学吸附 |
| 释义 | § 概述 化学吸附 是固体表面与被吸附物间的化学键力起作用的结果。这类型的吸附需要一定的活化能，故又称“活化吸附”。这种化学键亲和力的大小可以差别很大，但它大大超过物理吸附的范德华力。化学吸附放出的吸附热比物理吸附所放出的吸附热要大得多，达到化学反应热这样的数量级。而物理吸附放出的吸 附热通常与气体的液化热相近。化学吸附往往是不可逆的，而且脱附后，脱附的物质常发生了化学变化不再是原有的性状，故其过程是不可逆的。化学吸附的速率大多进行得较慢，吸附平衡也需要相当长时间才能达到，升高温度可以大大地增加吸附速率。对于这类吸附的脱附也不易进行，常需要很高的温度才能把被吸附的分子逐出去。人们还发现，同一种物质，在低温时，它在吸附剂上进行的是物理吸附，随着温度升高到一定程度，就开始发生化学变化转为化学吸附，有时两种吸附会同时发生。化学吸附在催化作用过程中占有很重要的地位。 吸附剂的责面和被吸附物质的分子间，是一种不可逆的类似化学键的力相互作用而产生的吸附，称为化学吸附，亦称活化吸附或原子吸附。同时由于表面上伴有解离作用，故亦称解离吸附。化学吸附的速度较之物理吸附显著缓慢。 § 特点 化学吸附主要特点是：吸附热近于化学反应热；是单分子层吸附；有选择性，即某些吸附质只在某些吸附剂上吸附；是可逆吸附。化学吸附可分为需要活化能的活化吸附和不需要活化能的非活化吸附，前者吸附速率较慢，而后者则较快。 化学吸附是多相催化反应的重要步骤。研究化学吸附对了解多相催化反应机理，实现催化反应工业化有重要意义。 § 机理 化学吸附的机理可分三种情况： ①吸附质失去电子成正离子，吸附剂得到电子，成为正离子的吸附质吸附到带负电的吸附剂表面上； ②吸附剂失去电子，吸附质得到电子，成为负离子的吸附质吸附到带正电的吸附剂表面上； ③吸附剂与吸附质共有电子成共价键或配位键，气体在金属表面上的吸附就往往是由于气体分子的电子与金属原子的d电子形成共价键,或气体分子提供一对电子与金属原子成配位键而吸附的。在金属氧化物表面，若气体分子的电子亲合势大于金属氧化物的电子脱出功时，则金属氧化物能给气体分子电子，后者就以负离子形式吸附；反之则会有气体正离子吸附。在硅酸铝等吸附剂上酸性中心对吸附起决定性作用。 由于化学吸附是单分子层吸附，其等温线可用朗缪尔等温式描述。有时也可用弗罗因德利希吸附公式描述某些化学吸附等温线。捷姆金吸附等温式只适用于化学吸附，它的形式是： 式中V是平衡压力为p 时之吸附体积；Vm是单分子层饱和吸附体积；a和C0是常数。 化学吸附是多相催化反应不可缺少的关键步骤，反应物分子在催化剂表面上发生化学吸附成为活化吸附态，大大降低了反应活化能，加快了反应速率，并能控制反应方向。研究化学吸附不仅对了解催化反应的机理，而且对实现催化反应的工业化有巨大的实际意义。 § 研究方法 化学吸附的研究方法远比物理吸附复杂，常用的有低能电子衍射法、红外光谱法、电子自旋共振法、场发射显微镜、俄歇电子能谱法、气相色谱法等。 在复相催化中的作用及其研究 在复相催化中，多数属于固体表面催化气相反应，它与固体表面吸附紧密相关。在这类催化反应中，至少有一种反应物是被固体表面化学吸附的，而且这种吸附是催化过程的关键步骤。在固体表面的吸附层中，气体分子的密度要比气相中高得多，但是催化剂加速反应一般并不是表面浓度增大的结果，而主要是因为被吸附分子、离子或基团具有高的反应活性。气体分子在固体表面化学吸附时可能引起离解、变形等，可以大大提高它们的反应活性。因此，化学吸附的研究对阐明催化机理是十分重要的。化学吸附与固体表面结构有关。表面结构化学吸附的研究中有许多新方法和新技术，例如场发射显微镜、场离子显微镜、低能电子衍射、红外光谱、核磁共振、电子能谱化学分析、同位素交换法等。其中场发射显微镜和场离子显微镜能直接观察不同晶面上的吸附以及表面上个别原子的位置，故为各种表面的晶格缺陷、吸附性质及机理的研究提供了最直接的证据。 物理吸附和化学吸附的区别 相同点：都有吸附热，吸附表面发生，表面积越大，吸附量越多。 附两者特点 物理吸附有以下特点： ①气体的物理吸附类似于气体的液化和蒸气的凝结，故物理吸附热较小，与相应气体的液化热相近； ②气体或蒸气的沸点越高或饱和蒸气压越低,它们越容易液化或凝结,物理吸附量就越大； ③物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脱附速率都较快；任何气体在任何固体上只要温度适宜都可以发生物理吸附，没有选择性； ④物理吸附可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附; ⑤被吸附分子的结构变化不大,不形成新的化学键，故红外、紫外光谱图上无新的吸收峰出现，但可有位移； ⑥物理吸附是可逆的； ⑦固体自溶液中的吸附多数是物理吸附。 与物理吸附相比，化学吸附主要有以下特点： ①吸附所涉及的力与化学键力相当，比范德华力强得多， ②吸附热近似等于反应热， ③吸附是单分子层的。因此可用朗缪尔等温式描述，有时也可用弗罗因德利希公式描述。捷姆金吸附等温式只适用于化学吸附：V/Vm=1/a·㏑CoP。式中V是平衡压力为p时的吸附体积；Vm是单层饱和吸附体积；a和c0是常数， ④有选择性， ⑤对温度和压力具有不可逆性。另外，化学吸附还常常需要活化能。确定一种吸附是否是化学吸附，主要根据吸附热和不可逆性。 物理吸附没有化学反应，利用活性炭等物质由于其疏松多孔的结构,表面积很大,因此就会像吸附灰尘或烟.化学吸附是利用物质的化学性质使吸附剂和被吸附物结合而达到纯化的作用 ,比如氧化钙极易与水反应生成氢氧化钙,因此可以用氧化钙来吸潮. |
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