表面、胶体与界面

朗缪尔等温线

/ LANG-mure /

想象一个车位数量固定的停车场。当车场几乎空着时,每辆开进来的车都能找到车位,车场很快被填满。随着越来越挤,新来的车常常发现位子被占了,只好离开,填充速度便慢下来——而一旦每个车位都被占满,外面再多车绕圈也进不来了。朗缪尔等温线就是用最简单的方程,恰好刻画了分子落到表面上的这幅图景。

更确切地说,它描述的是在固定温度下(这正是「等温」的含义),随着周围气体压强(或溶液浓度)升高,表面被吸附分子覆盖的程度有多大。它建立在几条干净的假设上:表面有固定数目的相同位点,每个位点至多容纳一个分子(即单层),而且吸附的分子之间互不影响。结果是一条曲线,起初陡峭上升,随后随着表面饱和而趋于平台。

这很重要,因为它是第一个可用的吸附理论,为欧文·朗缪尔赢得了诺贝尔奖,至今仍是我们描述催化剂、气体传感器和生物结合的基础。诚实的提醒是:它整洁的假设常常不成立——真实表面有各式各样的位点,分子能堆成许多层,而且彼此确实会推挤——所以当这幅简单图景失效时,还有更精细的模型可用。

一氧化碳传感器靠的是 CO 分子粘附到金属氧化物表面。随着空气中 CO 增多,覆盖率沿着朗缪尔曲线变化——先陡峭上升,待表面填满后趋于平缓,这就决定了传感器的有效量程。

覆盖率先攀升,待每个表面位点都被占据后便达到平台。

当吸附的分子能堆叠成不止一层时,朗缪尔模型就被 BET 等温线取代——它以布鲁瑙尔、埃米特和泰勒三人命名,是测量材料比表面积的标准方法。

又称
朗缪尔等温线Langmuir adsorption isotherm