物理吸附与化学吸附

8.2.2　物理吸附与化学吸附

固体对气体的吸附按其作用力的性质不同，可分为两大类：一类是物理吸附，即吸附剂与吸附质之间的作用是范德华引力；另一类是化学吸附，即吸附剂和吸附质的原子间形成化学吸附键，因而这两类吸附的性质和规律各不相同，现列表8-1作比较。

表8-1　物理吸附与化学吸附的区别

当然，物理吸附和化学吸附常常不能截然分开，往住相伴发生。低温下，化学反应速度缓慢，所以物理吸附占优势。高温下，化学吸附速度随温度上升而迅速增加，所以高温下化学吸附占优势。另外，在同一吸附剂上也可同时发生这两类吸附。例如氧在金属钨表面上的吸附就有三种情况：①有的氧是以原子状态被钨吸附，属于化学吸附；②有的氧是以分子状态被吸附，属于物理吸附；③还有一些氧是以分子状态被吸附在氧原子上，也是物理吸附。所以情况是复杂的，要注意从实际环境和实验结果作综合的分析。所有过程都是放热过程，这可从热力学原理加以分析。根据ΔG=ΔH一TΔS可知：在T一定时，吸附过程的ΔS必定小于零，因为被吸附分子由分散状态(三维空间中运动)变为聚集状态(二维空间上运动)，这是一个混乱度减小的过程。而在给定的温度和压力下，吸附都是自动进行的，所以吸附过程的自由焓变化小于零，即ΔG＜0，则必然是ΔH＜，这表示等温吸附过程都是放热的。正由于吸附是放热过程，所以升高温度会使吸附量降低。例如将10^－3kg的活性炭放入到5.332×10³Pa的CO气氛中，46℃时吸附CO约4mol，0℃时吸附CO约11mol。

通过吸附实验的测定(化学吸附和物理吸附)，可以直接或间接地了解固体表面的性质和孔径结构。多种现代物理方法如红外光谱、核磁共振等，均可研究洁净表面及表面吸附层的微观结构。