1、 膠體與界面化學(xué) 導(dǎo)論（五） 環(huán)境工程專(zhuān)業(yè) 表面活性劑具有的那些重要性質(zhì)，與表面活性劑的結(jié)構(gòu)和特性有關(guān)系嗎？ 表面活性劑為什么能在表面形成表面吸附和定向排列？什么情況下，表面活性劑會(huì)在溶液中形成膠束？ 為什么氣泡、液滴和肥皂泡都是球型？它們受到的附加壓力相等嗎？為什么氣泡比肥皂泡容易破裂？ 純液體、溶液和固體各采用什么方法來(lái)降低表面能以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)？2.7 固體表面上的氣體吸附作用固體表面上的氣體吸附作用 Adsorption on solid surface 1. Surface energy of solids and adsorption on surface of solidsSoli

2、d Na Ag NaCl MgO 石蠟 聚乙烯 云母/(mJ m-2) 200 800 190 1200 25.4 33.1 2400大多數(shù)固體比液體具有更高的表面能 固體表面的氣體與液體有在固體表面自動(dòng)聚集，以求降低表面能的趨勢(shì)。 2. Basic concepts (1) adsorbent(吸附劑) and adsorbate (吸附質(zhì)) 固體表面的氣體或液體的濃度高于其本體固體表面的氣體或液體的濃度高于其本體濃度的現(xiàn)象，稱(chēng)為固體的表面吸附。濃度的現(xiàn)象，稱(chēng)為固體的表面吸附。廣泛的應(yīng)用：干燥劑、防毒面具、脫色劑、色譜、污水處理、催化劑、(2) adsorption equilibrium

3、S + G At equilibrium : ra = rdra : rate of adsorptionrd : rate of desorption (3) Amount adsorbed (吸附量）)kg(mol )kg(m 1 -1 -3,adsorbentadsorbateadsorbentSTPgmnmV SGadsorption desorption(4) Adsorption curves(a) 吸附等溫線(xiàn) ),( pTfFor a given adsorbent and adsorbatepT1T2T3pppp(b) 吸附等壓線(xiàn)(c) 吸附等量線(xiàn)p1 p2 p3TpT1 23

4、（5） 物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附和化學(xué)吸附 Physical adsorption and chemical adsorption 物理吸附和化學(xué)吸附的比較物理吸附和化學(xué)吸附的比較 物理吸附物理吸附 化學(xué)吸附化學(xué)吸附吸附力 范德華力 化學(xué)鍵力吸附熱 較小(液化熱) 較大選擇性 無(wú)選擇性 有選擇性穩(wěn)定性 不穩(wěn)定,易解吸 穩(wěn)定分子層 單分子層或多分子層 單分子層吸附速率 較快, 較慢. 受溫度影響小 受溫度影響大3. Adsorption isothermal equations(1) Langmuir equation (1916)(a) Adsorption is monolayer. (b

5、) The surface of solid is uniform. (c) There is not interacting force among the molecules adsorbed.Basic assumptions:Considered adsorption as a reaction G + S SGkakdka , kd : 分別為吸附和解吸(脫附)過(guò)程的速率 系數(shù)吸附速率：吸附速率： )1 ( pkraap ：被吸附氣體的壓力：表面覆蓋率(fraction of the surface covered)1- : 表面空白率(fraction of the surface

6、 vacancy)脫附速率：脫附速率： ddkr )1 ( mequilibriuat dadakpkrr 1 apap或 1maxmaxapapVVLangmuir isothermal adsorption equation a= ka/kd : 吸附系數(shù)(adsorption coefficient) (吸附平衡常數(shù)）Discussion:(a) isotherm: at low pressure , ap1,ap, p at high pressure, ap1, 1, = maxmax: saturated amount of adsorption (即固體表面全部鋪滿(mǎn)一層氣體分子時(shí)

7、的吸量) pmax (b) 方程式可改寫(xiě)為:mmmmaVpVpVpappor 1以p/(或p/V)對(duì)p作圖,可求max(Vmax) 和a.pP/V )(/ (c)Tfkkaba )ln( 2RTHTaapHa : 等壓吸附熱(adsorption heat at constant pressure)In general Ha 0 T ， a， amountconstant at heat adsorption :)ln( 2aaHRTHTpaaHHTp Dissociation of adsorbateA2 + 2S = 2AS )1 ( 22dakpk )(1)( 2/12/1apap(d)

8、 Other situations(2) Freundlich equation ln1lnlnor /1pnkkpn本式原為經(jīng)驗(yàn)方程式, k、n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)后在下述假設(shè)模型下，自理論導(dǎo)出（a) 吸附為單分子層吸附 (b) 固體表面是不均勻的 ln 0AHHa(3) Temkin equation )ln()ln( BpaRTBpA理論模型：(a) 單分子層吸附(b) 固體表面是不均勻的 Ha= H0 - A adsorption of multi - component A + S = AS bA, A B + S = BS bB , B )1 ( )1 ( ,BBdBABBaAAdBAAAa

9、kpkkpk 1 iiiiipbpb（4）BET(Brunauer-Emmett-Teller) equation (1938)Basic assumption (a) Adsorption is multilayer (b) Surface is uniform and there is not interacting force among the molecules adsorbed.(c) adsorption heat above the first layer are the same and equal to the condensed heat of gas. /) 1(1)(

10、 vvmppcppcpVVVm: saturated amount of monolayer adsorptionc : constant dependent on adsorption heatpv : saturated vapor pressure of adsorbat liquid at adsorption temperature BET方程（吸附層數(shù)沒(méi)有限制）11)/()/)(1(1)/()/)(1(1)(nvvnvnvvmppcppcppnppnppcpVVBET方程（吸附僅限于 n層） Discussion:(二參數(shù)方程二參數(shù)方程:) 使用范圍: p/pv=0.05 0.35 方程可改寫(xiě)為: 11)( cVppcVcppVpmvmv用p/V(pv