油层物理32第二节吸附作用
油层物理名词解释
一、名词解释：1Absolute permeability：P239绝对渗透率：岩心中100%被一种流体所饱和时测定的渗透率。
2 Acid sensitive：岩石酸敏性：酸敏性是指酸化液进入地层后与地层中的酸敏性矿物发生反应，产生凝胶、沉淀或释放出微粒，使地层渗透率下降的现象。
3 Adhesive power：粘附功：非湿相流体中，将单位面积的湿相从固体界面拉开所作的功。
4 Adsorption：吸附作用：溶解于某一相中的物质，自发地聚集到两相界面层并急剧减低该界面层的表面张力的现象称之为吸附。
5 Average production oil/gas ratio：平均生产油气比：6 Bubble point pressure：泡点压力：温度一定时，压力降低过程中开始从液相分离出第一批气泡时的压力。
7 Capillary hysteresis：毛细管滞后现象：在其他条件相同的情况下，由于饱和顺序不同，毛细管中吸入过程产生的液柱高度小于驱替过程产生的液柱高度。
8 Capillary number：P256毛管数：油滴上的动力与阻力之比。
ΔP/L δ9 Capillary pressure curve：毛细管压力曲线：用实验的方法测量出不同湿相流体的饱和度下的毛细管压力与湿相（非湿相）饱和度的关系曲线。
10 Cement：胶结物：除砂岩碎屑颗粒以外的化学沉淀物质。
11 Cementing types：胶结类型：胶结物在岩石中的分布状态以及他们与碎屑颗粒的接触关系。
包括基底式胶结、孔隙式胶结、接触式胶结。
12 Clay mineral：粘土矿物：高度分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。
13 Composition of a system：p47体系的组成：体系中所含组分以及各组分在总体系中所占的比例。
14 Compressibility factor of natural gas：天然气的压缩系数：给定压力和温度下，一定量真实气体所占的体积与相同温度、压力下等量理想气体所占有的体积之比。
吸附作用原理
吸附作用原理
吸附作用原理是一种物质分子间的相互作用现象，其机制主要包括物理吸附和化学吸附。
物理吸附是指物质分子在吸附位点附近形成松散的吸附层，吸附分子与吸附位点之间的相互作用主要通过范德华力实现。
这种作用力相对较弱，吸附分子与吸附位点间的结合较松散，吸附层易于移动和解吸。
物理吸附通常发生在低温和高压条件下。
化学吸附是指物质分子在吸附位点附近与表面原子或分子之间发生化学键结合，形成牢固的吸附层。
这种化学键结合是通过化学键的形成或断裂实现的，需要一定的能量。
化学吸附的吸附层附着力较强，不易移动和解吸。
化学吸附通常发生在高温和低压条件下。
吸附作用原理在很多领域有广泛应用。
在环境科学中，通过吸附作用可以去除水中的有机污染物、金属离子等。
在化工领域，吸附作用可以用于分离和提纯化工原料和产品。
在催化反应中，吸附作用是催化剂起作用的基础，通过吸附作用可以提高反应速率和选择性。
此外，吸附作用还在生命科学、材料科学等领域具有重要的应用价值。
总的来说，吸附作用原理是物质分子间相互作用的结果，物理吸附和化学吸附是其两种常见机制。
这些机制在各个领域中发挥着重要的作用，帮助人们解决不同的科学和工程问题。
催化原理-吸附作用
h、k、l为晶面指数或密勒指数
上例： 1 : 1 : 1 2 : 3 : 6 3 21
表示为2nb, 3na, nc的一族 平行的平面（n=1.2.···n）
低密勒指数表面
Low index planes of fcc crystal
高密勒指数的表面
推动力 吸附热 吸附速率 脱附活化能 发生温度 选择性 吸附层 可逆性
物理吸附 范德华力 0～40kJ/mol 不需要活化，快 ～凝聚热 接近气体的液化点 无 多层 可逆或不可逆
化学吸附 化学键力 ≥80 kJ/mol 需要活化，慢 ≥化学吸附热 常在高温下 有 单层 可逆
表面驰豫（ Surface relaxation ）
由于体相三维结构在表面中断，表面原子（或 离子）的配位发生变化，表面原子附近的电荷 分布发生变化，所处的力场也发生变化。
为了降低体系的能量，表面原子常会产生相对 与正常位置的上、下位移，使表相中原子（离 子）层间距偏离体相内的层间距，发生压缩或 膨胀。这种位移称为表面驰豫。
0K, 完美晶体
M+ X- M+ X- M+ X- M+
X-
X- M+ X- M+ X- M+
M+ X- M+ X- M+ X- M+ X-
X- M+ X- M+
M+ X-
M+ X- M+ X- M+ X- M+
Schottky defects
对离子化合物， 缺陷是由阳离子缺位和阴离子缺位所组 成的，是成对出现的。原来的阴阳离子迁移到表面。
Crystal surface structure, based on the fcc(111) plane with (100）steps, showing different types of atomic environment
吸附知识点总结
吸附知识点总结一、吸附的基本概念吸附是指物质接触而未形成新的化学键的情况下，受吸附固体表面收留。
吸附是一个非常复杂的过程，它涉及到物质的传递、表面物理化学性质等多个因素。
根据吸附作用的不同，可以将吸附分为吸附作用和化学吸附两种类型。
1. 吸附作用吸附作用是由于物质分子和固体表面之间的物理相互作用力所产生的吸附现象。
这种吸附通常是可逆的，不会改变物质的化学性质。
吸附作用主要包括物理吸附和几种。
物理吸附是由于物质分子和固体表面之间的范德华力作用力所产生的吸附现象。
范德华力是一种弱的作用力，通常在低温和高压条件下发生。
材料的孔隙结构和表面非极性部分对物理吸附起到了相当大的作用。
凡是物理吸附较强的材料，表面都应具有孔隙结构，空间大、形状规则、它有着高特异表面积。
另一方面，物理吸附还可作为实验测定孔隙结构、表面积等数据的重要途径。
2. 化学吸附化学吸附是指物质分子与表面原子或分子间发生共价键或象共价键相似的键合作用。
化学吸附通常比物理吸附稳定，也更难逆转。
化学吸附可以在低温和低压条件下发生，在化学吸附过程中，通常表面上会产生新的化学键，或者改变表面微观结构。
二、吸附的类型根据吸附过程的不同特点，可以将吸附分为气相吸附和液相吸附。
在工业生产中，气相吸附和液相吸附都有着广泛的应用。
1. 气相吸附气相吸附是指气体分子在固体表面被吸附的过程。
气相吸附广泛应用于气体的净化、分离和纯化。
常见的气相吸附有固定床吸附、摩尔策尔吸附等。
2. 液相吸附液相吸附是指液体溶质分子在固体表面被吸附的过程。
液相吸附在化工和环境工程中有着广泛的应用，如水处理、废水处理、催化剂制备等。
三、吸附的影响因素1. 温度温度是影响吸附的重要因素。
通常情况下，吸附随温度的升高而减小，这是由于温度升高会增加气体分子或液体分子的热运动能力，使得分子从固体表面脱离。
2. 压力压力是影响气相吸附的重要因素。
一般情况下，吸附随着压力的增加而增加，但是当达到一定压力后，吸附量会趋于饱和。
催化作用基础第二章 吸附作用
第二章吸附作用一、概述凡气固多相催化反应，都包含吸附步骤．在反应过程中，至少有一种反应物参与吸附过程．多相催化反应的机理与吸附的机理不可分割．固体表面是敞开的，表面原子所处的环境与体相不同，配位不饱和，它受到了一个不平衡力的作用，当气体与清洁固体表面接触时，将与固体表面发生相互作用，气体在固体表面上出现了累积，其浓度高于气相，这种现象称吸附现象( adsorption)．与吸收（absorption）不同，吸收发生在体相. 吸附气体的固体物质称为吸附剂．被吸附的气体称为吸附质．吸附质在表面吸附以后的状态称为吸附态．吸附发生在吸附剂表面的局部位置上，这样的位置就叫吸附中心或吸附位．吸附中心与吸附的物质共同构成表面吸附络合物．当固体表面上的气体浓度由于吸附而增加时，称吸附过程，反之，当气体在表面上的浓度减小时，则为脱附过程．二、物理吸附与化学吸附吸附可以分为物理吸附与化学吸附两种．它们的作用力不同．物理吸附是由分子间作用力，即van der W alls 力所产生．由于这种力较弱，故对分子结构影响不大，所以可把物理吸附类比为凝聚现象．化学吸附的作用力属于化学键力（静电与共价键力）．由于此种力作用强，涉及到吸附分子和固体间的电子重排、化学键的断裂或形成，所以对吸附分子的结构影响较大．吸附质分子与吸附中心间借此种力形成吸附化学键．化学吸附类似化学反应．由于产生吸附的作用力不同，两种吸附有不同的特征，两者主要特征比较见表2.1.表2.1物理吸附与化学吸附主要特征比较化学吸附物理吸附．(A) 吸附热≥80kJ·mol-10-40kJ·mol-1这是化学吸附的充分,但不是必要的条件(B) 吸附速率常常需要活化，所以速率慢因不需活化，速率快(C) 脱附活化能≥化学吸附热凝聚热(D) 发生温度常常在高温下（高于气体的液化点）接近气体的液化点(E) 选择性有选择性，与吸附质、吸附剂的本性有关无选择性，任何气体可在任何吸附剂上吸附(F) 吸附层单层多层(G) 可逆性可逆或不可逆可逆表2.2和表2.3提供了某些气体的液化潜热、物理吸附热与化学吸附热，以供比较．表2.2某些气体的液化潜热和最大物理吸附热[4]Gas H2O2N2CO CO2CH4C2H4C2H2NH3H2O Cl2 q(kJ/mol) 0.92 6.69 5.61 6.02 25.10 9.12 14.64 24.01 23.26 44.22 18.41 q max(kJ/mol) 8.4 20.9 20.9 25.1 37.7 20.9 33.5 37.7 37.7 58.6 35.6表2.3某些气体的化学吸附热Q(kJ/mol)[4]气体Ti Ta Nb W Cr Mo Mn Fe Co Ni Rh Pt H2188 188 167 71 134 117O2720 494 293 N2586 293CO 640 192 176CO2682 703 552 456 339 372 222 225 146 184NH3301 188 155C2H4577 427 427 285 243 209三、吸附位能曲线吸附过程中，吸附体系（吸附质—吸附剂）的位能变化可以用吸附位能图表示．对大多数物理吸附而言，其位能变化原则上可以使用Lennard－Jones曲线来描述，该曲线原来是用以描述两个气体分子质点在相互靠近时的位能变化．当然在吸附场合就不单单是两个质点间的相互作用，而是吸附分子与表面上的许多原子间的相互作用．这种相互作用的总位能是吸附分子与每一个表面原子作用能量的加合．对这种加合，Lennard－Jones曲线给出的描述基本上是正确的．图2.1是表示分子物理吸附中位能变化的Lennard－Jones图，其中的X表示分子A2距表面无限远位能取作零时与表面的距离．随着分子与表面的接近，位能下降，到Y时发生了物理吸附，放出吸附热Q p，这是物理吸附热．当分子再靠近表面，因排斥作用增强、吸引作用相对减弱，使体系位能上升，由于稳定性原因，体系不能在这样的状态稳定存在．图2.1 A2分子在固体表面S上的物理吸附位能曲线[6]描述活性原子在固体表面上化学吸附的位能变化可用Morse公式近似计算得到，见图2.2的曲线．对大多数化学吸附来说，这种图给出的形状也是类似的.图2.2 活性原子A在固体表面S上的吸附位能曲线[6]X表示活性原子A与表面相距很远时的体系位能。
吸附作用应用原理
吸附作用应用原理
吸附作用是指物质在接触到其他物质表面时，由于相互作用力的存在而被吸附到表面的现象。
这种现象由于其可利用性和广泛适用性，被广泛应用于多个领域。
吸附作用应用的原理可以归纳为以下几个方面：
1. 吸附分离：吸附材料能够将其他物质从混合物中吸附出来，实现分离和纯化的效果。
这是基于吸附剂表面与被吸附物质之间相互作用力的差异，通过调节吸附条件和吸附剂性质来实现对目标物质的选择性吸附。
例如，许多工业过程中利用活性炭吸附剂来去除有机污染物。
2. 吸附催化：吸附材料可以提供活性表面，对反应物质起到催化作用。
通过调节吸附剂表面的化学性质和结构来调控催化反应的速率和选择性。
例如，催化剂常用贵金属或过渡金属担载在吸附剂上，利用吸附剂提供的活性表面进行催化反应。
3. 吸附脱除：吸附材料可以吸附某些物质，实现对废气或废水中有害成分的去除。
通过选择具有高吸附性能的吸附剂，将有害物质吸附到表面上，并随后进行处理和再生。
例如，在工业废水处理中，活性炭常被用来去除有机污染物和重金属离子。
4. 吸附储存：吸附材料可以将气体或液体吸附在其表面上，实现储存和运输的目的。
通过调节吸附剂的孔隙结构和表面特性，可以控制吸附材料对目标物质的吸附能力和释放速率。
例如，石油行业中利用吸附剂将天然气吸附储存，在需要时释放供应。
综上所述，吸附作用应用的原理主要涉及吸附分离、吸附催化、吸附脱除和吸附储存等方面，通过调控吸附剂的性质和反应条件，实现对物质的选择性吸附、分离和转化。
这些应用广泛存在于环境保护、化工、生物医药等多个领域，发挥着重要的作用。
吸附作用原理
吸附作用原理吸附作用是指物质分子或离子在接触到表面时，由于静电、化学键等相互作用力的作用，被吸附在表面上的物理现象。
它在物理、化学、生物学等领域都有广泛的应用。
本文将探讨吸附作用的原理及其在不同领域的应用。
一、吸附作用的类型吸附作用可分为两种类型：化学吸附和物理吸附。
1. 化学吸附化学吸附是指吸附剂与被吸附物之间发生化学反应，形成牢固的化学键。
这种吸附通常是可逆的，吸附剂与被吸附物相互作用形成吸附层。
化学吸附具有较强的特异性和选择性。
2. 物理吸附物理吸附是指吸附剂与被吸附物之间没有明显的化学反应，吸附过程主要由范德华力、静电作用力和毛细力等引起。
这种吸附通常是不可逆的，吸附剂与被吸附物之间形成较弱的物理吸附层。
二、吸附作用的原理吸附作用原理主要包括分子间相互作用和表面活性。
1. 分子间相互作用分子间相互作用是吸附作用的核心机制之一。
根据分子间相互作用的性质，吸附可分为范德华力吸附、离子键吸附、氢键吸附和共价键吸附。
范德华力吸附是吸附剂表面与物质分子间由于引力作用而产生的吸附现象；离子键吸附是指吸附剂表面与物质分子中的阳离子或阴离子之间形成离子键的吸附现象；氢键吸附是指吸附剂表面与物质分子中的氢原子彼此间通过氢键形成的吸附现象；共价键吸附是指吸附剂表面与物质分子间发生共价键结合的吸附现象。
2. 表面活性表面活性是吸附作用的另一个重要原理。
当物质分子吸附到固体表面时，会改变表面能，并使固体表面形成一层吸附层。
表面活性使得固体表面具备了一定的化学和物理性质，可以与其他物质发生相互作用。
例如，某些金属触媒表面具有很高的吸附活性，可以促进化学反应的进行。
三、吸附作用的应用吸附作用在许多领域都有广泛的应用，下面介绍其中几个典型的应用领域。
1. 环境净化吸附材料如活性炭常用于环境净化中，能够吸附并去除空气中的有毒有害气体、异味和各类污染物。
活性炭的多孔结构和大表面积使其具备很强的吸附能力，广泛应用于水处理、空气净化等领域。
吸附作用
第二章 吸附作用
提问
1.为什么说催化是“技艺” 2.物理吸附和化学吸附的差别 3.吸附热的作用及表示方法
第二章 吸附作用
复习
为什么说催化是“技艺”
•类型II，微分吸附热随覆盖度增加呈线性下降。此类吸附 称为焦姆金（Temkin）吸附
•类型III，微分吸附热随覆盖度增加呈对数下降。此类吸附 称为费兰德利希(Frundlich)吸附
–后两类吸附热皆随覆盖度变化，称为真实吸附,多数实 验结果是属于后两类或由后两类派生出来的
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
零时的吸附热即为起始吸附热。
• 起始吸附热表征的是新鲜的催化剂表面与吸附质的相 互作用，这时吸附粒子间的相互作用最小
第二章 吸附作用
2.2.1 微分吸附热
• 微分吸附热是覆盖度的函数，其变化关系比较复杂。有三 种类型。
• 类型I，吸附热与覆盖度无关，即吸附热为常数。这是理想 的吸附情况，实际遇到的较少。此类吸附称为朗格缪尔 (Langmuir)吸附
催化学科的发展
催化科学成熟的标志
吸附热
积分吸附热
物理吸附和 化学吸附的
差别
吸附速率 吸附活化能 发生的温度 选择性
•覆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ度变化对吸吸附层 附活化能和脱附
活化能的影响
吸附热（表微面分覆吸盖附度热的函数）
等 量 吸 附 热
绝 热 吸 附 热
起 始 吸 附 热
•吸附的可逆性
第二章 吸附作用
本次课内容
吸附态包括三方面的内容
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三、 液-液界面上的吸附
5
二、气-液界面（表面）的吸附
可见，活性剂集中到界面上去，就会使极性差减小，也 就是使自由表面能（即表面张力）减小，而这一过程恰与 自由能趋于最小的趋势是一致的，所以，肥皂活性剂分子 向水界面层集中是自发的过程。
纯水的表面张力很大(72.8mN／m)，而加肥皂后表面 张力会大大降低。
具有上述结构的分子所组成的物质——表面活性剂，在 液体中都能降低界面张力。
T，R——绝对温度和通用气体常数。
8
二、气-液界面（表面）的吸附
当
C
<0时，比吸附G为正值，称为正
吸附，它表明表面张力随溶质浓度的增加
而减少，溶质为表面活性物质；
如果
C
＞0时，比吸附G为负值，称
负吸附，它表明表面张力随溶质浓度的增加
而增加，溶质为表面非活性物质，如多数的
无机盐如NaCl、MgCl2、CaCl2等都会使表面 张力增高。它们溶于水中，会增加了水相分
第二节 吸附作用及其和表面张力的关系
一、吸附的概念 溶解于某相中的物质，自发地聚集到两相界面层并急 剧降低该界面层的表面张力的现象的现象。 表面活性剂：被吸附在两相界面上、且能大大降低界 面张力的的物质叫做表面活性物质或称表面活性剂。 表面活性剂是一种两亲分子，含有一个极性端和一个 非极性端 就其极性而言，可以把原油的组分分为非极性物质和 含有极性的活性物质两类。 烃类是非极性物质，烃与氧、硫、氮的化合物是活性 物质。 原油是表面活性物质和非极性烃类的一种溶液。
子的内聚力，从而就增加了油-水、气-水的
界的吸附
比吸附G与溶液中表面活性物质浓度之间的关系
曲线，称为比吸附等温线 表面张力σ与溶液中表面活性物质浓度之间的关
系曲线，称为表面张力等温线
吸附饱和
10
二、气-液界面（表面）的吸附
最右边的情况： 水中的活性剂分子聚集在一起，憎水的非极性端向内 互相靠拢，亲水基向外，形成 ‘胶束’ ——Micelle
几十～几百～几千个
11
二、气-液界面（表面）的吸附
图8—16给出了在油水 两相为乙、丙烷混合气体 所饱和的情况下，油-水表 面张力随压力的变化。当 压力开始增加时表面张力 有所增加，当压力继续增 加时表面张力随即减小， 紧接着则趋于不变。这一 过程既和乙、丙烷气体在 两相中溶解有关系，又和 油中的极性组分在两相界 面层的浓度变化有关系。
前者如烷烃、环烷烃和芳香烃， 后者一般是烃与氧、硫、氮的化合物，如环烷
酸、胶质、沥青质等。 实际上，可以认为原油是表面活性物质在非极
性烃类中的一种溶液。 被吸附在两相界面层上、能大大减低表面张力
的物质叫做表面活性物质或表面活性剂。 界面层单位面积上比相内多余的吸附量叫比吸
附，用G表示。
1
液体表面的吸附问题是怎样一个过程，又是如何 降低自由界面能的？
纯水中加入少许活性剂(肥皂)，则肥皂水溶液 的表面张力要比纯水的表面张力减小很多。
两相界面的表面张力对外来物（如活性剂肥皂） 的存在极其敏感，尽管外来物质很少，它却使表 面张力急剧减小。
这种现象：一方面表面张力的性质;另一方面 外来物的性质
代表浓度增加
4
二、气-液界面（表面）的吸附
从图上可以看出，当表面活性物质的浓度较小时， 随浓度的增加，比吸附的增大和表面张力的减小 都比较快。但是，当浓度增加到—定值后，比吸 附则不再增加，而趋于比吸附最大值。这是因为 吸附趋饱和。此时的表面张力值，也就不再随浓 度的增加而减小了。图8—14中最右边的情况， 就是水中的活性剂分子聚集在一起，憎水的非极 性端向内互相靠拢，亲水基向外，形成所谓‘胶 束’。 从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可 以看出，若C为吸附在A、B两相界面的物质，则 物质A的极性＞C的极性＞B的极性，这就是所谓 的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发生，都 将满足这一个原则。
从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可以看出： 若C为吸附在A、B两相界面的物质， 则物质A的极性＞C的极性＞B的极性 这就是所谓的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发 生，都将满足这一个原则。
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二、气-液界面（表面）的吸附
原油是含多种分子的混合物，就其极性组成而言， 可以分为非极性物质和含有极性的活性物质两类。
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从外来物的性质（肥皂的性质）来看，从化学结构上讲， 它是高级脂肪酸的一些盐类，例如钠肥皂分子化学结构式 为CnH2n+lCOONa比如C16H33COONa。
它的一端是由碳氢组成的基团，具有对称的非极性结构， 称之为碳氢链(如C16H33-)；另一端则是非对称的极性基团 (如-COONa)。这种具有两性的分子通常以 “—O”表示。 直线段代表非极性的碳氢链，圆环的一端代表极性基团。
由于非极性的憎水端被极性端完全包围在内部，不与水接 触，它们就会稳定地溶于水中，对水的表面张力也就没有 太大影响。
临界胶束浓度CMC—— Critical Micelle Concentration
一般表面活性剂的CMC为10－2～10－15 mol/L 一个胶束中包含的分子个数：
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二、气-液界面（表面）的吸附
在气-液界面上，比吸附与溶质浓度、表面活度 之间的关系由吉布斯(Gibbs)等温吸附关系式表 示：
G
1 RT
C (
C
)T
式中：G——吉布斯比吸附量； C——溶质浓度； ( )TC——表面活度，即在某一温度下，表面
张力随溶液浓度的变化率，代表溶质表面活性的 大小；
H
HH CC
HH CC
H C
H C
HH CC
HH CC
H C
H C
HH CC
H C
H C
C
=OO Na
HH HH HH HH HH HHHH HH
钠肥皂分子的化学结构式
3
将少许肥皂活性剂放入纯水中，肥皂活性剂分子 便自发地集聚在两相界面层上(水面)，水为极性 的，所以，活性剂分子的极性端朝向水里，而非 极性端则力图与非极性的空气相作用，从而使得 水表面层的极性差减小，水表面层的自由表面能 也随之减小，表面张力减小。