物理吸附
 |
物理吸附也稱范德華吸附，它是由吸附質和吸附劑分子間作用力所引起，此力也稱作范德華力。由於范德華力存在於任何兩分子間，所以物理吸附可以發生在任何固體表面上。
吸附劑表面的分子由於作用力沒有平衡而保留有自由的力場來吸引吸附質，由於它是分子間的吸力所引起的吸附，所以結合力較弱，吸附熱較小，吸附和解吸速度也都較快。被吸附物質也較容易解吸出來，所以物理吸附在一定程度上是可逆的。如：活性炭對許多氣體的吸附，被吸附的氣體很容易解脫出來而不發生性質上的變化。吸附於固體表面的氣體分子，不與固體產生化學反應，這種吸附稱為物理吸附，物理吸附的特點是：吸附熱小 ，吸附速度快，無選擇性，可逆，通常是發生在接近氣體液化點的溫度，一般是多層吸附。
- 中文名:物理吸附
- 外文名:physisorption
- 所屬學科:化學
- 別 名:范德華吸附
- 定 義:吸附質和吸附劑分子間作用所引起
- 區 別:化學吸附
目錄
簡介
同一物質，可能在低溫下進行物理吸附而在高溫下為化學吸附，或者兩者同時進行。吸附作用的大小跟吸附劑的性質和表面的大小、吸附質的性質和濃度的大小、溫度的高低等密切相關。如活性炭的表面積很大，吸附作用強；活性炭易吸附沸點高的氣體，難吸附沸點低的氣體。
吸附質分子與吸附劑表面原子或分子間以物理力進行的吸附作用。這種物理力是范德瓦耳斯力，它包括色散力、靜電力和誘導力。對於極性不大的吸附質和吸附劑，色散力在物理吸附中起主要作用。當極性分子與帶靜電荷的吸附劑表面相互作用，或因吸附質與吸附劑表面分子作用，使二者的電子結構發生變化而產生偶極矩時，定向力和誘導力在物理吸附中也有重要作用。有時吸附質分子與吸附劑表面以形成氫鍵的形式發生物理吸附。
基本特點
物理吸附有以下特點：①氣體的物理吸附類似於氣體的液化和蒸氣的凝結，故物理吸附熱較小，與相應氣體的液化熱相近；②氣體或蒸氣的沸點越高或飽和蒸氣壓越低,它們越容易液化或凝結,物理吸附量就越大；③物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脫附速率都較快；任何氣體在任何固體上只要溫度適宜都可以發生物理吸附，沒有選擇性；④物理吸附可以是單分子層吸附，也可以是多分子層吸附;⑤被吸附分子的結構變化不大,不形成新的化學鍵，故紅外、紫外光譜圖上無新的吸收峰出現，但可有位移；⑥物理吸附是可逆的；⑦固體自溶液中的吸附多數是物理吸附。
理論基礎
氣體吸附理論主要有朗繆爾單分子層吸附理論、波拉尼吸附勢能理論、 BET多層吸附理論（見多分子層吸附）、二維吸附膜理論和極化理論等，以前三種理論應用最廣。這些吸附理論都從不同的物理模型出發，綜合考查大量的實驗結果,經過一定的數學處理,對某種（或幾種）類型的吸附等溫線的限定部分做出解釋，並給出描述吸附等溫線的方程式。
應用
物理吸附在化學工業、石油加工工業、農業、醫藥工業、環境保護等部門和領域都有廣泛的應用，最常用的是從氣體和液體介質中回收有用物質或去除雜質，如氣體的分離、氣體或液體的乾燥、油的脫色等。物理吸附在多相催化中有特殊的意義，它不僅是多相催化反應的先決條件，而且利用物理吸附原理可以測定催化劑的表面積和孔結構，而這些宏觀性質對於製備優良催化劑，比較催化活性，改進反應物和產物的擴散條件，選擇催化劑的載體以及催化劑的再生等方面都有重要作用。
化學吸附
介紹
化學吸附是物質表面研究領域中一個非常重要的分支，它在催化(尤其是異相催化)、腐蝕、電解、晶體學、金屬學及冶金學等諸多方面都有着重要的應用。人們對化學吸附的研究也是較早的，但是早期的研究由於實驗條件的限制，只能停留在較為基礎的研究水平上。又因理論得不到實驗的證實，使得早期的化學吸附研究發展很慢。20世紀60年代以後，由於固體物理學的發展和成熟以及各種電測技術、超高真空技術及與之相關的表面及薄膜制各技術的迅速發展，各種能譜僅、質譜儀、衍射儀和顯微技術不斷出現並日臻完善，使得人們有條件從原子、分子水平去探究化學吸附現象。從而，使得化學吸附的研究得到迅速的發展，即在理論上，建立了一系列的模型；在實驗上，獲得了大量的實驗
數據
化學吸附的研究可分為宏觀理論、微觀理論、統計理論三個方面。本文着重從微觀角度對化學吸附進行介紹，因為它可以使人們從更深的層次去認識化學吸附的反應機制，從而使在這方面的研究不但具有理論意義，同時也具有很重要的實際意義。
特點
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。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。 [1]
區別
普通物體固體表面有吸附水中溶解及膠體物質的能力，比表面積很大的活性炭等具有很強的吸附能力，可用作吸附劑。根據吸附的工作原理，吸附又分為物理吸附和化學吸附。吸附劑和被吸附物質之間通過分子間范德華力產生的吸附，稱為物理吸附；而吸附劑與被吸附物質之間產生的化學作用，生成化學鍵引起吸附，稱為化學吸附。離子交換實際上也是一種吸附。
物理吸附和化學吸附並非是不相容的，而是隨着外界條件的變化可以相伴發生，但在一個系統中，某一種吸附是主要的。而在污水處理中，多數情況下，往往是幾種吸附的綜合結果 [2] 。
視頻
《催化學報》催化劑表徵氣體物理吸附