物理吸附和化学吸附的异同
物理吸附
应用
应用
物理吸附在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护等部门和领域都有广泛的应用，最常用的 是从气体和液体介质中回收有用物质或去除杂质，如气体的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等。物理吸附在 多相催化中有特殊的意义，它不仅是多相催化反应的先决条件，而且利用物理吸附原理可以测定催化剂的表面积 和孔结构，而这些宏观性质对于制备优良催化剂，比较催化活性，改进反应物和产物的扩散条件，选择催化剂的 载体以及催化剂的再生等方面都有重要作用。
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，同单分子层吸附；吸附热与化学反应热相当；有选择性；大多为不可逆吸附； 吸附层能在较高温度下保持稳定等。化学吸附又可分为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)，前者吸附速度较慢，后者则较快。
简介
简介
同一物质，可能在低温下进行物理吸附而在高温下为化学吸附，或者两者同时进行。吸附作用的大小跟吸附 剂的性质和表面的大小、吸附质的性质和浓度的大小、温度的高低等密切相关。如活性炭的表面积很大，吸附作 用强；活性炭易吸附沸点高的气体，难吸附沸点低的气体。
吸附质分子与吸附剂表面原子或分子间以物理力进行的吸附作用。这种物理力是范德瓦耳斯力，它包括色散 力、静电力和诱导力。对于极性不大的吸附质和吸附剂，色散力在物理吸附中起主要作用。当极性分子与带静电 荷的吸附剂表面相互作用，或因吸附质与吸附剂表面分子作用，使二者的电子结构发生变化而产生偶极矩时，定 向力和诱导力在物理吸附中也有重要作用。有时吸附质分子与吸附剂表面以形成氢键的形式发生物理吸附。
物理吸附和化学吸附
哈尔滨商业大学食品工程学院
应用：
物理吸附在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护 等部门和领域都有广泛的应用。
最常用的是从气体和液体介质中回收有用物质或去除杂质，如气体 的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等。
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2、化 学 吸 附
化学吸附：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（原子或离子相结合的能力）的吸附。简 单说是固体表面与被吸附物间的化学键力起作用的结果。可看做化学反 应。
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4.5离子交换的应用
（2）在硬水软化中的应用 水的软化是去除水中Ca2+，Mg2+ ，通过Na型阳离子交换柱使水中Ca2+，Mg2+ 与Na+交换，使其保留在树脂上。
C a2+
2R SO 3-N a+ + M g2+
2H C O 3SO 422C l-
C a2+
2R SO 3M g2+
代号
分类名称
0
强酸
1
弱酸
2
强碱
3
弱碱
4
螯合
5
两性
6
氧化还原
功能基
说明
-SO3H
-COOH,-PO3H3
-N+(CH3)3 ,
-N+
(CH3)2
CH2CH2OH
-N H 2,-N H R ,-N R 2
H2C
CH2COOH N
CH2COOH
(-N + (C H 3 )3 , -C O O H )
(-CH2SH)
（1）阴离子交换树脂
吸附-解吸
吸附-解吸
吸附和解吸是物质与材料之间相互作用的过程。
吸附是指物质（被吸附物）被另一种材料（吸附剂）吸附在其表面或内部的过程。
吸附分为物理吸附和化学吸附两种类型。
- 物理吸附是指被吸附物与吸附剂之间的作用力主要是分子间
的万有引力。
这种吸附通常在低温下进行，吸附剂的表面通常是多孔的，提供了大量的吸附位点。
物理吸附的强弱取决于温度和压力，并且可以通过降低温度或增加压力来促进吸附过程。
- 化学吸附是指吸附物与吸附剂之间发生化学反应，形成化学键。
这种吸附是比物理吸附更强的化学结合，需要更高的温度和较长的反应时间。
解吸是指被吸附物从吸附剂表面或内部释放出来的过程。
解吸通常需要改变温度、压力或浓度等条件来减小吸附作用。
吸附和解吸在实际应用中有着广泛的应用。
例如，催化剂通常是将反应物吸附在其表面上，从而促进化学反应；活性炭具有很强的吸附性能，可用于净化空气和水；吸附还可以用于分离和提取混合物中的组分等。
吸附法的分类
吸附法的分类
吸附法主要可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三类。
1. 物理吸附：基于吸附剂与溶质之间的分子间作用力即范德华力。
溶质在吸附剂上吸附与否或吸附量的多少主要取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶剂的极性。
一般物理吸附发生在吸附剂的整个自由表面，被吸附的溶质可通过改变温度、PH和盐浓度等物理条件脱附。
2. 化学吸附：会释放大量的热，吸附热高于物理吸附。
化学吸附一般为单分子层吸附，吸附稳定，不易脱附，故洗脱化学吸附质一般需采用破坏化学结合的化学试剂为洗脱剂。
化学吸附具有高选择性。
3. 离子交换吸附：所用吸附剂为离子交换剂。
离子交换剂表面含有离子基团或可离子化基团，通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。
离子交换的吸附质可以通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
物理吸附和化学吸附的联系
物理吸附和化学吸附是两种常见的吸附现象，它们在很多领域中都有应用。
尽管它们在机制和特点上存在差异，但在某些方面又有联系。
首先，物理吸附和化学吸附都是通过吸引力将吸附剂与被吸附物质结合在一起。
物理吸附是通过范德华力使吸附剂和被吸附物之间发生吸附作用，并且在这种吸附过程中，吸附剂与被吸附物之间并没有共价或离子键的形成。
化学吸附则是通过化学键的形成，使吸附剂和被吸附物之间形成化学键而发生吸附作用。
其次，物理吸附和化学吸附的吸附性能都受到温度、压力和表面特性等因素的影响。
随着温度的升高，物理吸附会减弱，因为范德华力受热能的影响而减弱。
而化学吸附则在一定温度范围内呈现最佳吸附性能，因为在这个温度区间内，化学键的形成和破裂适度平衡。
此外，物理吸附和化学吸附还有一些特点上的联系。
一方面，它们都可以通过改变吸附剂的特性来调节吸附能力。
物理吸附可以通过增加吸附剂的表面积和孔隙度来提高吸
附能力，而化学吸附可以通过改变吸附剂的功能团来改变吸附特性。
另一方面，在某些情况下，物理吸附和化学吸附可以同时存在。
例如，一个物质可以在表面上先发生化学吸附，然后由于范德华力的存在，再发生物理吸附。
综上所述，物理吸附和化学吸附虽然在机制和特点上存
在一些差异，但它们在吸附作用机制、受影响的因素以及调节吸附性能等方面也存在一定的联系。
这些知识对于理解和应用吸附过程具有重要意义。
物理吸附与化学吸附
吸附热
因 ∆ adsV = Va − Vg ≈ −Vg ≈ −nRT / p ∆ ads H ∆ ads H ⎛ ∂p ⎞ =− ⎜ ⎟ = nRT 2 / p ⎝ ∂T ⎠ na T∆ adsV
∆ ads H m ⎛ ∂lnp ⎞ ⎜ ⎟ =− RT 2 ⎝ ∂T ⎠ na p2 ∆ ads H m ⎛ 1 1⎞ ⎜ − ⎟ ln = ⎜T T ⎟ p1 R 1⎠ ⎝ 2 RT2T1 p2 ln ∆ ads H m = T1 − T2 p1 由恒吸附量下的两组平衡温度压力数据, 可求摩尔吸附焓. 吸附热一般会随吸附量的增加而下降, 表明固体表面的 能量是不均匀的. 吸附总是首先发生在能量较高、 活性较大 的位轩, 然后依次发生在能量较低、活性较小的位置上. 14
θ =
bp 1+ bp
2AM
10
多分子层吸附理论——BET公式
布鲁瑙尔(Brunauer), 埃米特(Emmett)和特勒(Teller)3人 在朗缪尔单分子层吸附理论基础上提出多分子层吸附理论, 简称 BET理论. 该理论假设如下: • 固体表面是均匀的; • 吸附靠分子间力, 吸附可以是多分子层的; • 被吸附的气体分子横向之间无相互作用力; • 吸附与脱附建立起动态平衡.
吸附的概念及分类
吸附的概念及分类吸附是指物质在表面或者界面附着并保持稳定状态的现象。
在吸附过程中，吸附物质可以是气体、溶质或固体。
吸附可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附，又称为静电吸附或范德华力吸附，是使吸附物质附着在固体表面上的吸附过程。
物理吸附主要是通过范德华力作用来实现的，其吸附强度较弱，吸附剂和吸附物之间的相互作用力小。
范德华力是由于吸附物质的电子运动与分子之间的相互作用而产生的。
物理吸附一般随着温度的升高而减小，可以通过提高温度来解吸。
化学吸附，又称为化学键吸附，是指在固体表面上形成化学键的吸附过程。
化学吸附的特点是吸附剂与吸附物之间的键能较大且较稳定。
化学吸附分为离子键、共价键和配位键三种类型。
离子键吸附是通过正负离子间的电荷吸引作用而形成的吸附。
共价键吸附是在吸附剂和吸附物质之间共享电子而形成的吸附。
配位键吸附是指吸附剂通过其孤对电子与吸附物之间的正离子形成的化学键。
根据吸附剂和吸附物质的性质，吸附可以分为气体吸附、液体吸附和溶液吸附。
气体吸附发生在固体表面上的气体和吸附剂之间。
吸附剂可以是固体或液体，吸附物质可以是气态分子或气体化合物。
气体吸附的应用广泛，例如通过活性炭吸附空气中的有毒气体，或者利用介孔材料吸附气体催化反应中的中间体等。
液体吸附是在固体表面上的吸附剂和液体中的溶质之间发生的吸附。
液体吸附的应用广泛，常见的例子是利用活性炭吸附水中的有机物质，或利用树脂吸附水中的金属离子。
液体吸附也可以用于分离纯化和催化反应等领域。
溶液吸附是指在溶液中的吸附剂与溶质之间的吸附作用。
溶液吸附也有着广泛的应用，例如在污水处理中，利用活性炭吸附溶液中的有机物质，或者利用树脂吸附溶液中的离子等。
综上所述，吸附是指物质在界面或表面附着并保持稳定状态的现象。
根据吸附过程中物质之间相互作用的类型，吸附被分为物理吸附和化学吸附两种类型。
根据吸附剂和吸附物质的性质，吸附又可以分为气体吸附、液体吸附和溶液吸附。
第八章 化学吸附
p/kPa
不可逆，吸、脱时吸 附物发生了变化。 eg：低压活性碳吸附氧，高温脱附 出CO、CO2。
CO O2 CO2
化学吸附
9 影响因素 物理吸附: T, p, 表面大小 化学吸附: T, p, 表面大小,表面的微观结构
总之：物理吸附与化学吸附并不能完全 截然分开，有时可能共同存在。
§8-3 活化吸附理论 §8-3-1 吸附等压线 用粉末吸附剂吸附气体的实验：
化学吸附的确是活化的
eg:
气体 H2 O2 CO N2
金属 W,Fe,Ni,pd 多数金属 W,Fe,Ni Ta,W,Cr,Fe
为什么会出现慢过程？
1、气体吸附后会扩散溶解进入金属体相；
2、金属表面不均匀，活化能随覆盖度而；
3、吸附层的重排；
4、表面杂质的脱附； 5、若吸附的是氧，则很可能是氧化作用
Ua∝e-/RT Ud∝e/RT
吸附、脱附速率公式可写为： d/dt =ae-/RT -d/dt =be/RT
积分得： RT ln t+t0 = t0 RT ln t0 = t+t0 其中t0 =RT/ a , t0 =RT/ b ,皆为常数
以 ~ ln( t+t0)作图得直线
两种吸附形态：强吸附、弱吸附
H-H W-W
H
H
W-W-W
2、O2 在金属上的化学吸附： O2 在金属上的化学吸附由于存在氧化 作用而变得很复杂： 如在 Ti、Cr、Mn、Ta、Co、Ni、Nb、 Al金属上吸附，氧原子与表面金属原 子之比R在2~8之间。
在 Mo 、 W、Rh、Pd和Pt上的R大致为1， 基本符合2M + O2 2MO机制。 3、CO 在金属上的化学吸附： CO 在Pd和Ni上的吸附有两种方式 O M
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物理吸附和化学吸附的
异同
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
物理吸附和化学吸附的异同
根据吸附剂表面与被吸附物之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。
同一物质，可能在低温下进行物理吸附而在高温下为化学吸附，或者两者同时进行。
吸附作用的大小跟吸附剂的性质和表面的大小、吸附质的性质和浓度的大小、温度的高低等密切相关。
如活性炭的表面积很大，吸附作用强；活性炭易吸附]沸点高的气体，难吸附沸点低的气体。
物理吸附是被吸附的流体分子与固体表面分子间的作用力为分子间吸引力，即所谓的范德华力(Vanderwaals)。
因此，物理吸附又称范德华吸附，它是一种可逆过程。
当固体表面分子与气体或液体分子间的引力大于气体或液体内部分子间的引力时，气体或液体的分子就被吸附在固体表面上。
从分子运动观点来看，这些吸附在固体表面的分子由于分子运动，也会从固体表面脱离而进入气体(或液体)中去，其本身不发生任何化学变化。
随着温度的升高，气体(或液体)分子的动能增加，分子就不易滞留在因体表面上，而越来越多地逸入气体(或液体中去，即所谓“脱附”。
这种吸附—脱附的可逆现象在物理吸附中均存在。
工业上就利用这种现象，借改变操作条件，使吸附的物质脱附，达到使吸附剂再生，回收被吸附物质而达到分离的目的。
物理吸附有以下特点：①气体的物理吸附类似于气体的液化和蒸气的凝结，故物理吸附热较小，与相应气体的液化热相近；②气体或蒸气的沸点越高或饱和蒸气压越低,它们越容易液化或凝结,物理吸附量就越大；③物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脱附速率都较快；任何气体在任何固体上只要温度适宜都可以发生物理吸附，没有选择性；④物理吸附可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附;⑤被吸附分子的结构变化不大,不形成新的化学键，故红外、紫外光谱图上无新的吸收峰出现，但可有位移；⑥物理吸附是可逆的；⑦固体自溶液中的吸附多数是物理吸附。
物理吸附理论基础：气体吸附理论主要有朗缪尔单分子层吸附理论、波拉尼吸附势能理论、 BET多层吸附理论（见多分子层吸附）、二维吸附膜理论和极化理论等，以前三种理论应用最广。
这些吸附理论都从不同的物理模型出发，
综合考查大量的实验结果,经过一定的数学处理,对某种（或几种）类型的吸附等温线的限定部分做出解释，并给出描述吸附等温线的方程式。
物理吸附在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护等部门和领域都有广泛的应用，最常用的是从气体和液体介质中回收有用物质或去除杂质，如气体的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等。
物理吸附在多相催化中有特殊的意义，它不仅是多相催化反应的先决条件，而且利用物理吸附原理可以测定催化剂的表面积和孔结构，而这些宏观性质对于制备优良催化剂，比较催化活性，改进反应物和产物的扩散条件，选择催化剂的载体以及催化剂的再生等方面都有重要作用。
化学吸附是固体表面与被吸附物间的化学键力起作用的结果。
这类型的吸附需要一定的活化能，故又称“活化吸附”。
这种化学键亲和力的大小可以差别很大，但它大大超过物理吸附的范德华力。
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。
化学吸附往往是不可逆的，而且脱附后，脱附的物质常发生了化学变化不再是原有的性状，故其过程是不可逆的。
化学吸附的速率大多进行得较慢，吸附平衡也需要相当长时间才能达到，升高温度可以大大地增加吸附速率。
对于这类吸附的脱附也不易进行，常需要很高的温度才能把被吸附的分子逐出去。
与物理吸附相比，化学吸附主要有以下特点：①吸附所涉及的力与化学键力相当，比范德华力强得多。
②吸附热近似等于反应热。
③吸附是单分子层的。
因此可用朗缪尔等温式描述，有时也可用弗罗因德利希公式描述。
捷姆金吸附等温式只适用于化学吸附：V/Vm=1/a•㏑CoP。
式中V是平衡压力为p时的吸附体积；Vm是单层饱和吸附体积；a和c0是常数。
④有选择性。
⑤对温度和压力具有不可逆性。
另外，化学吸附还常常需要活化能。
确定一种吸附是否是化学吸附，主要根据吸附热和不可逆性。
化学吸附机理可分以下3种情况：①气体分子失去电子成为正离子，固体得到电子，结果是正离子被吸附在带负电的固体表面上。
②固体失去电子而气体
分子得到电子，结果是负离子被吸附在带正电的固体表面上。
③气体与固体共有电子成共价键或配位键。
例如气体在金属表面上的吸附就往往是由于气体分子的电子与金属原子的d电子形成共价键，或气体分子提供一对电子与金属原子成配位键而吸附的。
在复相催化中的作用及其研究：在复相催化中，多数属于固体表面催化气相反应，它与固体表面吸附紧密相关。
在这类催化反应中，至少有一种反应物是被固体表面化学吸附的，而且这种吸附是催化过程的关键步骤。
在固体表面的吸附层中，气体分子的密度要比气相中高得多，但是催化剂加速反应一般并不是表面浓度增大的结果，而主要是因为被吸附分子、离子或基团具有高的反应活性。
气体分子在固体表面化学吸附时可能引起离解、变形等，可以大大提高它们的反应活性。
因此，化学吸附的研究对阐明催化机理是十分重要的。
化学吸附与固体表面结构有关。
表面结构化学吸附的研究中有许多新方法和新技术，例如场发射显微镜、场离子显微镜、低能电子衍射、红外光谱、核磁共振、电子能谱化学分析、同位素交换法等。
其中场发射显微镜和场离子显微镜能直接观察不同晶面上的吸附以及表面上个别原子的位置，故为各种表面的晶格缺陷、吸附性质及机理的研究提供了最直接的证据。