物質物理吸附與化學吸附
在冷庫工程中,按照固體表面和氣體分子之間作用力的性質,吸附作用可分為物理吸附與化學吸附兩大類。它們之間的區(qū)別在于:
1.固體吸附周圍分子是通過范德華引力的作用,彼此不發(fā)生電子的轉移和化學鍵的生成與破壞。物質被吸附,就好像蒸汽分子在固體表面上凝聚(或氣體分子在固體表面上液化)一樣,這樣的吸附稱為物理吸附。如果吸附劑表面上原子的原子價沒有被鄰近的原子飽和,發(fā)生吸附作用時,具有剩余價的原子能與被吸附分子發(fā)生化學反應,在吸附劑與吸附物之間生成表面吸附鍵,形成表面化合物,這樣的吸附稱為化學吸附。
2.在吸附過程中所發(fā)生的熱效應稱為吸附熱。所有的吸附過程都是放熱反應。范德華引力作用小,所以物理吸附的熱效應較小,相當于一般氣體液化時所放出的熱量,例如氫的物理吸附熱為8.4kJ/m,該數(shù)值與液化熱接近?;瘜W吸附的熱效應較大,相當于一般化學反應時放出的熱量,例如氧在鎢上的吸附熱為812kJ/m。
3.物理吸附是由分子問的引力所引起的物理現(xiàn)象,所以沒有選擇性,也就是說任何固體都可以吸附任何種類的氣體,其區(qū)別僅在于吸附量的不同而已。一般說來,沸點越高的氣體,越容易被固體吸附?;瘜W吸附是由化學鍵力起的化學反應,所以吸附劑只能吸附那些容易和它產生化學作用的氣體,因而是有選擇性的。例如,氫可被鎳吸附,而不能被鋁或銅吸附。
4。物理吸附的速度一般都很快,吸附物與吸附劑一經接觸就會發(fā)生,容易達到吸附平衡,吸附速度受溫度的影響較小。但如果吸附發(fā)生在多孔介質表面,吸附速度也較慢。化學吸附象化學反應一樣,需要一定的活化能,所以吸附速度較慢,受溫度的影響較大,溫度升高,吸附速度加快。
5.物理吸附是范德華引力引起的,吸引力小,所以吸附物分子容易從固體表面脫附(解吸),從這一角度講我們稱物理吸附是“可逆”的。化學吸附是一種強大的化學鍵力,發(fā)生脫附較困難,因而相對而言是“不可逆”的。
6.物理吸附的作用力是范德華引力,吸附在固體表面的第一層氣體分子,對外界的氣體仍然存在范德華引力,故有可能再吸附第二層、第三層、氣體分子,故物理吸附可以是單分子層吸附,也可以是多分子層吸附?;瘜W吸附是單分子層吸附。
7.物理吸附與凝聚有關,必然只有在低于或接近于吸附物質的沸點的溫度下才會發(fā)生?;瘜W吸附只有當溫度高于某一最低值時才會以顯著速度進行。
8,化學吸附與物理吸附的區(qū)別也在于吸附態(tài)的光譜不同。在紫外、可見及紅外光譜區(qū),若出現(xiàn)新的特征的吸附峰,則為化學吸附。如吸附峰只發(fā)生某些位移或僅僅使原吸附峰的強度有所改變,則為物理吸附。
化學吸附和物理吸附雖有較大差別,但有時即使對于同一吸附劑和吸附物,由于條件不同,吸附性質也可不同,兩者之問并沒有嚴格的界限,隨著條件(例如溫度)的不犀,兩者之間是可以相互轉化的。
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