標籤: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。

1概述

化學吸附的主要特點是:僅發生單分子層吸附;吸附熱與化學反應熱相當;有選擇性;大多為不可逆吸附;吸附層能在較高溫度下保持穩定等。化學吸附又可分為需要活化能的活化吸附(activated adsorption)和不需活化能的非活化吸附(non-activated adsorption),前者吸附速度較慢,後者則較快。
化學吸附是多相催化反應的重要步驟。研究化學吸附對了解多相催化反應機理,實現催化反應工業化有重要意義。吸附特點
與物理吸附相比,化學吸附主要有以下特點:①吸附所涉及的力與化學鍵力相當,比范德華力強得多。②吸附熱近似等於反應熱。③吸附是單分子層的。因此可用朗繆爾等溫式描述,有時也可用弗羅因德利希公式描述。捷姆金吸附等溫式只適用於化學吸附:V/Vm=1/a·㏑CoP。式中V是平衡壓力為p時的吸附體積;Vm是單層飽和吸附體積;a和c0是常數。④有選擇性。⑤對溫度和壓力具有不可逆性。另外,化學吸附還常常需要活化能。確定一種吸附是否是化學吸附,主要根據吸附熱和不可逆性。

2吸附機理

可分3種情況:①氣體分子失去電子成為正離子,固體得到電子,結果是正離子被吸附在帶負電的固體表面上。②固體失去電子而氣體分子得到電子,結果是負離子被吸附在帶正電的固體表面上。③氣體與固體共有電子成共價鍵或配位鍵。例如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。

3在復相催化中的作用及其研究

在復相催化中,多數屬於固體表面催化氣相反應,它與固體表面吸附緊密相關。在這類催化反應中,至少有一種反應物是被固體表面化學吸附的,而且這種吸附是催化過程的關鍵步驟。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一般並不是表面濃度增大的結果,而主要是因為被吸附分子、離子或基團具有高的反應活性。氣體分子在固體表面化學吸附時可能引起離解、變形等,可以大大提高它們的反應活性。因此,化學吸附的研究對闡明催化機理是十分重要的。化學吸附與固體表面結構有關。表面結構化學吸附的研究中有許多新方法和新技術,例如場發射顯微鏡、場離子顯微鏡、低能電子衍射、紅外光譜、核磁共振、電子能譜化學分析、同位素交換法等。其中場發射顯微鏡和場離子顯微鏡能直接觀察不同晶面上的吸附以及表面上個別原子的位置,故為各種表面的晶格缺陷、吸附性質及機理的研究提供了最直接的證據。
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