氣體在體表面上的吸附主要有兩種方式。第一種方式是吸附質(zhì)被一種較弱的力吸附到體表面上,或者是固體是一種多孔物質(zhì),在這些孔中,由于這些孔曲率半徑較小,發(fā)生勢力場疊加,而發(fā)生微孔容積充填,這種力的性質(zhì)與蒸氣凝聚中起作用的力是相以的,這種力一般為范德華(Van der Waals)力。在這種力作用下的吸附通稱為物理吸附。第二種方式是電子吸附質(zhì)和吸附劑之間的交換或共有出現(xiàn)真 正的化學反應。吸附質(zhì)和吸附劑之間形成的鍵實上就是化學健,這種吸附就稱為化學吸附(或化學吸著)。為了使吸附得以進行,屆時需要供一定能量,這時的化學吸附被稱為活化吸附。
物理吸附和化學吸著的力具有本質(zhì)上的不同,這兩種吸附的區(qū)別是在吸附質(zhì)和吸附劑相
互作用時放出的吸附熱的量值上:
(1)物理吸附,其吸附熱,一般與它們的凝聚熱同一數(shù)量級,通常不大于每摩爾幾千卡?;瘜W吸著,其吸附熱一般高得多,相當于化學鍵的能量,為10~10cal/mol。當然,在有些情況下,物理吸附熱和化學吸著熱沒有多大差別時,但吸附的溫度范圍是這兩種吸附過程不同的另一方面。
(2)在比吸附質(zhì)沸點高得多的溫度下物理吸附不會發(fā)生,而在這種溫度下化學吸著往往是可能的。從活化能的情況來看,像凝聚一樣,物理吸附不需要任何活化能,其吸附速度非??欤矔r即可結(jié)束。其吸附速度幾乎與溫度無關(guān)。而化學吸著的速度在很寬范圍內(nèi)隨著溫度而變化,并與其他幾種因素有著依賴關(guān)系,其中活化能就是一個重要因素。它的影響結(jié)果之一是,當需要的活化能相當大時,化學吸著即在低于某一極限溫度下可以測量出的速度而停止。
(3)物理吸附和化學吸著二者在過程的特殊性上也不同。化學吸著有特殊性,例如,在-180℃下在鐵催化劑上,一氧化碳可以被化學吸著,但氮和則不能被化學吸著,在450℃下,該催化劑的表面被化學吸著氮覆蓋50%,氫的化學吸著卻很低,而一氧化碳的化學吸著在這個溫度下即等于零,而物理吸附,在合適的溫度和壓力下,任何吸附質(zhì)的物理吸附可以程度大小不同地在所有的表面上進行。由此可見,我們可以認為物理吸附是沒有特殊性的。
(4)吸附層數(shù)是區(qū)分兩種吸附的一個重要特征。直到目前為止,我們沒有見到有一層以上的化學吸著,任何物質(zhì)的化學吸著均為單層。其原因是吸附質(zhì)和吸附劑必須是直接接觸,它們之間才能產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移或共有而形成化學吸著鍵。而物理吸附可以形成多層,原因是物理吸附是物質(zhì)分子之間的范德華引力作用的結(jié)果。
當吸附質(zhì)與吸附劑的表面相接觸的時候,究竟發(fā)生物理吸附還是化學吸著,這取決吸附劑表面的反應性、吸附質(zhì)的性質(zhì)、溫度和壓力等因素。例如活性炭,從0~1000℃的溫度范圍內(nèi)氧都能被化學吸著。然而,在-200℃下氧的化學吸著甚微,而其物理吸附起著決定性的作用。
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