表面、膠體與界面

物理吸附與化學吸附

東西黏在表面上有兩種方式,就像磁鐵能用兩種方式把便條貼在冰箱上一樣。冰箱貼黏得鬆鬆垮垮——碰它一下它就滑動或掉落,你還能把它挪到任何地方。膠水則相反,它形成牢固的結合,不費力氣解不開。吸附也有這同樣的兩種強度:溫和、可逆的一種(物理吸附)和強力、成鍵的一種(化學吸附)。

更確切地說,物理吸附(physisorption)靠微弱的范德華力把分子固定在表面上,那正是作用於一切分子之間的那種淡淡的吸引。它很微弱,加熱即可輕易逆轉,能堆成多層,對分子幾乎沒有改變。化學吸附(chemisorption)則在分子與表面之間形成真正的化學鍵——強、往往難以逆轉、只限於單層,而且能把分子撕裂開來。

這種區分在催化中最為要緊:物理吸附能把分子聚集到表面附近,但通常是化學吸附在激活它們,削弱它們的化學鍵,使其得以反應。把兩者區分開來是一項關鍵的診斷。要注意的是:它們是一道連續譜的兩端,而非嚴格的非此即彼——而且隨著溫度升高,微弱的物理吸附可以在同一個表面上讓位給真正的化學吸附。

在催化劑上,氫氣先鬆散地物理吸附到金屬上,接著發生化學吸附——H–H 鍵斷裂,每個原子都與表面形成真正的化學鍵。只有那些被拆開、與表面成鍵的原子,才活潑到足以參與下一步反應。

物理吸附:微弱且可逆。化學吸附:真正的化學鍵。

快速判別:物理吸附放熱很少(大致相當於凝結焓的量級),在低溫時效果最好,會堆成許多層;化學吸附放熱多得多(相當於成鍵的量級),往往需要一些活化能,並且止於單層,因為每個位點只成鍵一次。

又稱
物理吸附与化学吸附physical and chemical adsorption