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材料表界面(华东理工大学)-4.ppt

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上节课回顾,表面张力的测定方法 Kelvin公式 Gibbs吸附等温式 固体表面的特性 Langmiur吸附方程,作业,一、请解释下列现象中的任一个: 1、过冷水 2、过热液体 3、过饱和液体 二、根据Szyszkowski公式,试推导饱和吸附量的表达式。,,(1)Szyszkowski公式,,,(2)Szyszkowski公式,,,Szyszkowski公式,,(3),3.3 固-气表面吸附,3.3.1吸附等温线吸附量可用单位质量吸附剂所吸附气体的量或体积来表示,即:式中q和q’为吸附量,x为被吸附气体的量,v为被吸附气体的体积,m为吸附剂的质量。,3.3 固-气表面吸附,平衡时吸附量取决于温度T和气体的压力P0即: q = f(T,p) (3-9)恒温下,q=f(p),称为吸附等温式;恒压下,q=f(T),称为吸附等压式;恒q下,p=f(q),称为吸附等量式;,3.3 固-气表面吸附,3.3.2 Langmuir吸附等温式,(1)固体表面存在一定数量的活化位置,当气体分子碰撞到固体表面时,就有一部分气体被吸附在活化位置上,并放出吸附热; (2)已吸附在固体表面上的气体分子又可重新回到气相,即存在凝集与逃逸(吸附与解吸)的平衡,是一个动态平衡的过程。,1. 基本观点:,2. 基本假设:,(1)吸附是单分子层的。 (2)固体表面是均匀的,被吸附分子间没有相互作用力。,Langmuir吸附等温式,● 假定固体表面有S个吸附位, ● 已被气体分子占据了S1个, ● 尚空余S0=S-S1个。 ● 则θ=S1/S 表示表面已被吸附的面积分数 ● 1-θ=S0/S 表示表面未被占据,即空位的面积分数,3. Langmuir吸附公式,Langmuir吸附等温式,气体的吸附速率V1:V1 = k1 P (1-θ) 被吸附分子的解吸附速率V2:V2 = k2θ 在等温下达到平衡时有V1= V2 即 k1 P (1-θ) =k2θ,令,Langmuir吸附等温式,Langmuir吸附公式:,b为吸附系数,(1)低压或吸附很弱时,bp《1,则θ=bp,即θ与p成直线关系,符合Herry定律;,(2)高压或吸附很强时,bp》1,则θ≈1,即θ与p无关;,(3)当压力适中,θ用式(3-10)表示。(或θ∝Pm, 0m1),Langmuir吸附等温式,Vm代表表面上吸满单分子层气体的吸附量,V代表压力为P时的实际吸附量。,以p/V~p作图,可得一直线,从直线的斜率和截距可以求出Vm和b。,4. Langmuir吸附等温式的另一种写法,重排:,Langmuir吸附等温式,(2)吸附系数b随温度和吸附热而变化,其关系式为:,(1)Vm与固体的比表面积As有如下关系:,5. Langmuir吸附等温式的应用,(3-12),V0为标准状态下气体的摩尔体积;N0为阿伏伽德罗常数;ω为一个吸附位的面积,Q为吸附热,它的取号:放热为正,吸热为负。,Langmuir吸附等温式,脱附时两个离子都可以脱附,解吸速度为:,6. 若吸附粒子发生解离时,一个吸附质粒子吸附时离解成两个粒子,而且各占一个吸附中心,则吸附速度,平衡时V1=V2,所以,Langmuir吸附等温式,式中b=k1/k2,低压下,b1/2p1/2《1,上式简化为:,即,可以用来判断双原子分子吸附时是否发生解离。,Langmuir吸附等温式,如果同一表面吸附了A、B两种粒子,这种情况称为混合吸附。 A的吸附速度为: A的解吸速度为平衡时Va1= Va2,所以:,7. 混合吸附的Langmuir吸附公式,Langmuir吸附等温式,推广到多种气体吸附,Langmuir吸附等温式,(1)假设吸附是单分子层与事实不符。,(2)假设固体表面是均匀的也不符合实际。,(3)在覆盖度较大时,Langmuir吸附等温式不适用。,8. 对Langmuir吸附理论的评价:,贡献:,存在的缺点:,Langmuir吸附等温式是一个理想的吸附公式,它在吸附理论中所起的作用类似于气体运动论中的理想气体状态方程。,Langmuir吸附等温式,例:用活性炭吸附CHCl3,符合Langmuir吸附等温式,在0 ℃时的饱和吸附量为93.8 dm-3*kg-1。已知CHCl3的分压为13.4kPa时的平衡吸附量为82.5 dm-3*kg-1 。试计算CHCl3的分压为为6.67kPa时的平衡吸附量。,Langmuir吸附等温式,解: 由Langmuir吸附等温式:已知:Vm=93.8×10-3 m3kg-1V= 82.5×10-3 m3kg-1P=13.4 kPa 代入上式,求得 b=5.45×10-4 m2N-1 以p =6.67 kPa, Vm和b如上,代入Langmuir式,求得V=73.6 ×10-3 m3kg-1
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