吸附性

　　吸附性
　　物质从体相浓集到界面上的一种性质。例如，气相中的某些物质可以在固体表面上浓集；液体中某些物质可以在气-液界面、液—液界面和固—液界面上浓集。通常把能有效吸附其他物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。　分类 根据不同的角度，可以有不同的分类方法，但主要分类方法有两种。一种是依据吸附剂与吸附质之间作用力的性质，可将吸附作用分为物理吸附和化学吸附。
　　物理吸附 不具选择性，在吸附过程中没有电子的转移，没有化学键的生成和破坏，没有原子的重排等反应，产生的吸附只是分子间的引力，吸附过程中吸附速率和解吸速率都很快，且不受温度的影响。此类吸附实质是一种物理作用。
　　化学吸附 具选择性，一些吸附剂只对某些吸附质产生吸附作用，其吸附热差不多和化学反应热处在同一数量级，它的吸附速率和解吸速率都很小，而且随温度升高吸附(解吸)速率增加。这类吸附一般都需要一定的活化能，被吸附分子与吸附表面的作用力和化合物中原子间的作用力相似。这种吸附实质上是一种化学反应。
　　另一种分类方法是根据吸附的界面不同，主要有溶液表面吸附、固—液界面吸附、固—气界面吸附等。
　　溶液表面的吸附 水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变，有些溶质加入后能使溶液的表面张力降低，另一些溶质加入后则会使溶液的表面张力升高。若所加入的溶质能降低表面张力，则溶质力图浓集在表面层上以降低体系的表面能；反之，当溶质使表面张力升高时，则表面层中的浓度比内部的浓度低，这种溶液表面层的组成与本体溶液的组成不同的现象称为表面层发生了吸附作用。在溶液表面层上溶质的浓度可以大于、等于或小于溶液内部的浓度，分别对应着正吸附、不吸附和负吸附。
　　根据实验，水溶液中表面张力随溶质浓度变化曲线大致分为三类：
　　1876年，吉布斯用热力学方法求得定温下溶液的浓度、表面张力和吸附量之间的关系，称为吉布斯公式：
　　式中 a2——溶液中溶质的活度；
　　γ——溶液的表面张力；
　　——溶质的表面超量。
　　从吉布斯公式可知：①若dγ/da<0，即增加溶质活度使溶液的表面张力降低者， 为正值，是正吸附。表面活性物质就是属于此情况；②若dγ/da2>0，即增加溶质活度使溶液的表面张力升高者， 为负值，非表面活性物质就是属于此情况，无机强电解质和高度水化的有机物如蔗糖等都有此性质。由于吉布斯公式的推导过程中，对所考虑的组分及界面没有附加限制条件，所以在原则上对于任何两相的体系都可以适用。
　　固—气界面的吸附 处在固体表面的原子，由于周围原子对它的作用力不对称，即原子所受的力不饱和，因而有剩余力场，可以吸附气体分子，使固体界面上的气体浓度增加，这种现象称为固—气界面的吸附。
　　对于一个给定的体系，达到平衡时的吸附量与温度及气体的压力有关，其中在一定温度下平衡吸附量与吸附质浓度的关系称为吸附等温线。吸附等温线有多种形式，经过一定的数学处理得到吸附等温线方程，利用这些方程可以给出有关吸附量、吸附质和吸附过程特点等有用的信息。综合大量实验结果，气体吸附等温线主要有五种类型。这些吸附等温线反映了吸附剂的表面性质有所不同，孔分布性质及吸附质和吸附剂的相互作用也不同。因此由吸附等温线的类型反过来可以了解一些吸附剂表面性质、孔分布性质以及吸附质和吸附剂相互作用的情况。
　　式中 a——平衡浓度为c时的吸附量；
　　am——单分子层饱和吸附量；
　　b、k和n——常数。
　　影响固体在溶液中吸附的因素很多，一般可从溶质、溶剂和吸附剂三者之间的关系考虑。对于小的有机和无机物分子，若以分子状态吸附时至少有以下规律：①稀溶液时，随着浓度增加，固—液界面自由能降低多的溶质吸附量大，这就是特劳贝规则；②吸附与溶解是性质相反的过程，故溶解度越小越容易被吸附；③吸附是放热过程，温度升高一般对吸附不利，即温度升高吸附量下降；④极性吸附剂容易从极性弱的溶剂中吸附极性强的溶质；非极性吸附剂容易从极性强的溶剂中吸附极性弱的溶质。其他如溶质的分子结构、溶剂的性质、吸附剂的制备条件等都对吸附有影响。
　　固体从溶液中吸附电解质有三种情况：①有些电解质(如弱电解质)以分子状态吸附，其吸附规律与小分子吸附相似；②有的固体在中性盐水溶液中吸附时，溶液的pH值发生变化，就像盐类发生了水解，固体有选择地吸附酸或碱，这种吸附称为水解吸附；③电解质在溶液中解离后某种离子被固体吸附，另一种反离子处于固体表面附近的扩散层中，这些反离子可以被与其同号的离子所交换。有些离子直接与固体骨架上的某些离子发生交换作用，这两种因固体吸附而发生的交换过程统称为离子交换吸附。离子交换吸附在土壤学和工业上有着重要应用。
　　固体从溶液中吸附大分子远比小分子复杂，每个大分子可有若干个吸附点，因而在较小浓度时吸附量上升很快，许多大分子吸附等温线服从兰格缪尔等温式。由于大分子分子量大，在多孔性固体上吸附时有小孔分子不能进入，故分子量增加，吸附量反而减小。溶剂、吸附剂的性质等对大分子的吸附也有影响。
　　应用
　　我国劳动人民很早就知道新烧好的木炭有吸湿、吸臭的性能，在湖南长沙马王堆一号墓里就是用木炭作为防腐剂和吸湿剂的。近几十年来有关吸附性的应用越来越广，人们利用吸附回收少量的稀有金属，对混合物进行分离、提纯，回收溶剂，处理污水，净化空气以及进行吸附色谱等。分子筛富氧就是利用某些分子筛优先吸附氮的性质，从而提高空气中氧的浓度等等。在催化领域中关于吸附的研究和应用，对工农业生产和国民经济具有特别重要的意义。