Ⅰ 什么是物理吸附和化学吸附
物理吸附也称范德华吸附,它是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起,此力也称作范德华力。由于范德华力存在于任何两分子间,所以物理吸附可以发生在任何固体表面上。
吸附剂表面的分子由于作用力没有平衡而保留有自由的力场来吸引吸附质,由于它是分子间的吸力所引起的吸附,所以结合力较弱,吸附热较小,吸附和解吸速度也都较快。被吸附物质也较容易解吸出来,所以物理吸附在一定程度上是可逆的。如:活性炭对许多气体的吸附,被吸附的气体很容易解脱出来而不发生性质上的变化。吸附于固体表面的气体分子,不与固体产生化学反应,这种吸附称为物理吸附,物理吸附的特点是:吸附热小 ,吸附速度快,无选择性,可逆,通常是发生在接近气体液化点的温度,一般是多层吸附。
化学吸附是吸附质分子与固体表面原子(或分子)发生电子的转移、交换或共有,形成吸附化学键的吸附。由于固体表面存在不均匀力场,表面上的原子往往还有剩余的成键能力,当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有,形成吸附化学键的吸附作用。
化学吸附是物质表面研究领域中一个非常重要的分支,它在催化(尤其是异相催化)、腐蚀、电解、晶体学、金属学及冶金学等诸多方面都有着重要的应用。人们对化学吸附的研究也是较早的,但是早期的研究由于实验条件的限制,只能停留在较为基础的研究水平上。又因理论得不到实验的证实,使得早期的化学吸附研究发展很慢。20世纪60年代以后,由于固体物理学的发展和成熟以及各种电测技术、超高真空技术及与之相关的表面及薄膜制各技术的迅速发展,各种能谱仪、质谱仪、衍射仪和显微技术不断出现并日臻完善,使得人们有条件从原子、分子水平去探究化学吸附现象。从而,使得化学吸附的研究得到迅速的发展,即在理论上,建立了一系列的模型;在实验上,获得了大量的实验数据[1] 。
化学吸附的研究可分为宏观理论、微观理论、统计理论三个方面。本文着重从微观角度对化学吸附进行介绍,因为它可以使人们从更深的层次去认识化学吸附的反应机制,从而使在这方面的研究不但具有理论意义,同时也具有很重要的实际意义。