表面、膠體與界面
朗繆爾等溫線
/ LANG-mure /
想像一個車位數量固定的停車場。當車場幾乎空著時,每輛開進來的車都能找到車位,車場很快被填滿。隨著越來越擠,新來的車常常發現位子被佔了,只好離開,填充速度便慢下來——而一旦每個車位都被佔滿,外面再多車繞圈也進不來了。朗繆爾等溫線就是用最簡單的方程,恰好刻畫了分子落到表面上的這幅圖景。
更確切地說,它描述的是在固定溫度下(這正是「等溫」的含義),隨著周圍氣體壓強(或溶液濃度)升高,表面被吸附分子覆蓋的程度有多大。它建立在幾條乾淨的假設上:表面有固定數目的相同位點,每個位點至多容納一個分子(即單層),而且吸附的分子之間互不影響。結果是一條曲線,起初陡峭上升,隨後隨著表面飽和而趨於平台。
這很重要,因為它是第一個可用的吸附理論,為歐文·朗繆爾贏得了諾貝爾獎,至今仍是我們描述催化劑、氣體感測器和生物結合的基礎。誠實的提醒是:它整潔的假設常常不成立——真實表面有各式各樣的位點,分子能堆成許多層,而且彼此確實會推擠——所以當這幅簡單圖景失效時,還有更精細的模型可用。
一氧化碳感測器靠的是 CO 分子黏附到金屬氧化物表面。隨著空氣中 CO 增多,覆蓋率沿著朗繆爾曲線變化——先陡峭上升,待表面填滿後趨於平緩,這就決定了感測器的有效量程。
覆蓋率先攀升,待每個表面位點都被佔據後便達到平台。
當吸附的分子能堆疊成不止一層時,朗繆爾模型就被 BET 等溫線取代——它以布魯瑙爾、埃米特和泰勒三人命名,是測量材料比表面積的標準方法。
又稱
另見