吸附性

　　吸附性
　　物質(zhì)從體相濃集到界面上的一種性質(zhì)。例如，氣相中的某些物質(zhì)可以在固體表面上濃集；液體中某些物質(zhì)可以在氣-液界面、液—液界面和固—液界面上濃集。通常把能有效吸附其他物質(zhì)的固體稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。　分類 根據(jù)不同的角度，可以有不同的分類方法，但主要分類方法有兩種。一種是依據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間作用力的性質(zhì)，可將吸附作用分為物理吸附和化學(xué)吸附。
　　物理吸附 不具選擇性，在吸附過程中沒有電子的轉(zhuǎn)移，沒有化學(xué)鍵的生成和破壞，沒有原子的重排等反應(yīng)，產(chǎn)生的吸附只是分子間的引力，吸附過程中吸附速率和解吸速率都很快，且不受溫度的影響。此類吸附實(shí)質(zhì)是一種物理作用。
　　化學(xué)吸附 具選擇性，一些吸附劑只對某些吸附質(zhì)產(chǎn)生吸附作用，其吸附熱差不多和化學(xué)反應(yīng)熱處在同一數(shù)量級，它的吸附速率和解吸速率都很小，而且隨溫度升高吸附(解吸)速率增加。這類吸附一般都需要一定的活化能，被吸附分子與吸附表面的作用力和化合物中原子間的作用力相似。這種吸附實(shí)質(zhì)上是一種化學(xué)反應(yīng)。
　　另一種分類方法是根據(jù)吸附的界面不同，主要有溶液表面吸附、固—液界面吸附、固—?dú)饨缑嫖�附等�?br />　　溶液表面的吸附 水的表面張力因加入溶質(zhì)形成溶液而改變，有些溶質(zhì)加入后能使溶液的表面張力降低，另一些溶質(zhì)加入后則會使溶液的表面張力升高。若所加入的溶質(zhì)能降低表面張力，則溶質(zhì)力圖濃集在表面層上以降低體系的表面能；反之，當(dāng)溶質(zhì)使表面張力升高時，則表面層中的濃度比內(nèi)部的濃度低，這種溶液表面層的組成與本體溶液的組成不同的現(xiàn)象稱為表面層發(fā)生了吸附作用。在溶液表面層上溶質(zhì)的濃度可以大于、等于或小于溶液內(nèi)部的濃度，分別對應(yīng)著正吸附、不吸附和負(fù)吸附。
　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)，水溶液中表面張力隨溶質(zhì)濃度變化曲線大致分為三類：
　　1876年，吉布斯用熱力學(xué)方法求得定溫下溶液的濃度、表面張力和吸附量之間的關(guān)系，稱為吉布斯公式：
　　式中 a2——溶液中溶質(zhì)的活度；
　　γ——溶液的表面張力；
　　——溶質(zhì)的表面超量。
　　從吉布斯公式可知：①若dγ/da<0，即增加溶質(zhì)活度使溶液的表面張力降低者， 為正值，是正吸附。表面活性物質(zhì)就是屬于此情況；②若dγ/da2>0，即增加溶質(zhì)活度使溶液的表面張力升高者， 為負(fù)值，非表面活性物質(zhì)就是屬于此情況，無機(jī)強(qiáng)電解質(zhì)和高度水化的有機(jī)物如蔗糖等都有此性質(zhì)。由于吉布斯公式的推導(dǎo)過程中，對所考慮的組分及界面沒有附加限制條件，所以在原則上對于任何兩相的體系都可以適用。
　　固—?dú)饨缑娴奈��?處在固體表面的原子，由于周圍原子對它的作用力不對稱，即原子所受的力不飽和，因而有剩余力場，可以吸附氣體分子，使固體界面上的氣體濃度增加，這種現(xiàn)象稱為固—?dú)饨缑娴奈�附�?br />　　對于一個給定的體系，達(dá)到平衡時的吸附量與溫度及氣體的壓力有關(guān)，其中在一定溫度下平衡吸附量與吸附質(zhì)濃度的關(guān)系稱為吸附等溫線。吸附等溫線有多種形式，經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理得到吸附等溫線方程，利用這些方程可以給出有關(guān)吸附量、吸附質(zhì)和吸附過程特點(diǎn)等有用的信息。綜合大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，氣體吸附等溫線主要有五種類型。這些吸附等溫線反映了吸附劑的表面性質(zhì)有所不同，孔分布性質(zhì)及吸附質(zhì)和吸附劑的相互作用也不同。因此由吸附等溫線的類型反過來可以了解一些吸附劑表面性質(zhì)、孔分布性質(zhì)以及吸附質(zhì)和吸附劑相互作用的情況。
　　式中 a——平衡濃度為c時的吸附量；
　　am——單分子層飽和吸附量；
　　b、k和n——常數(shù)。
　　影響固體在溶液中吸附的因素很多，一般可從溶質(zhì)、溶劑和吸附劑三者之間的關(guān)系考慮。對于小的有機(jī)和無機(jī)物分子，若以分子狀態(tài)吸附時至少有以下規(guī)律：①稀溶液時，隨著濃度增加，固—液界面自由能降低多的溶質(zhì)吸附量大，這就是特勞貝規(guī)則；②吸附與溶解是性質(zhì)相反的過程，故溶解度越小越容易被吸附；③吸附是放熱過程，溫度升高一般對吸附不利，即溫度升高吸附量下降；④極性吸附劑容易從極性弱的溶劑中吸附極性強(qiáng)的溶質(zhì)；非極性吸附劑容易從極性強(qiáng)的溶劑中吸附極性弱的溶質(zhì)。其他如溶質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、溶劑的性質(zhì)、吸附劑的制備條件等都對吸附有影響。
　　固體從溶液中吸附電解質(zhì)有三種情況：①有些電解質(zhì)(如弱電解質(zhì))以分子狀態(tài)吸附，其吸附規(guī)律與小分子吸附相似；②有的固體在中性鹽水溶液中吸附時，溶液的pH值發(fā)生變化，就像鹽類發(fā)生了水解，固體有選擇地吸附酸或堿，這種吸附稱為水解吸附；③電解質(zhì)在溶液中解離后某種離子被固體吸附，另一種反離子處于固體表面附近的擴(kuò)散層中，這些反離子可以被與其同號的離子所交換。有些離子直接與固體骨架上的某些離子發(fā)生交換作用，這兩種因固體吸附而發(fā)生的交換過程統(tǒng)稱為離子交換吸附。離子交換吸附在土壤學(xué)和工業(yè)上有著重要應(yīng)用。
　　固體從溶液中吸附大分子遠(yuǎn)比小分子復(fù)雜，每個大分子可有若干個吸附點(diǎn)，因而在較小濃度時吸附量上升很快，許多大分子吸附等溫線服從蘭格繆爾等溫式。由于大分子分子量大，在多孔性固體上吸附時有小孔分子不能進(jìn)入，故分子量增加，吸附量反而減小。溶劑、吸附劑的性質(zhì)等對大分子的吸附也有影響。
　　應(yīng)用
　　我國勞動人民很早就知道新燒好的木炭有吸濕、吸臭的性能，在湖南長沙馬王堆一號墓里就是用木炭作為防腐劑和吸濕劑的。近幾十年來有關(guān)吸附性的應(yīng)用越來越廣，人們利用吸附回收少量的稀有金屬，對混合物進(jìn)行分離、提純，回收溶劑，處理污水，凈化空氣以及進(jìn)行吸附色譜等。分子篩富氧就是利用某些分子篩優(yōu)先吸附氮的性質(zhì)，從而提高空氣中氧的濃度等等。在催化領(lǐng)域中關(guān)于吸附的研究和應(yīng)用，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)具有特別重要的意義。