物理吸附

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。

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。