表面、胶体与界面

物理吸附与化学吸附

东西黏在表面上有两种方式,就像磁铁能用两种方式把便条贴在冰箱上一样。冰箱贴黏得松松垮垮——碰它一下它就滑动或掉落,你还能把它挪到任何地方。胶水则相反,它形成牢固的结合,不费力气解不开。吸附也有这同样的两种强度:温和、可逆的一种(物理吸附)和强力、成键的一种(化学吸附)。

更确切地说,物理吸附(physisorption)靠微弱的范德华力把分子固定在表面上,那正是作用于一切分子之间的那种淡淡的吸引。它很微弱,加热即可轻易逆转,能堆成多层,对分子几乎没有改变。化学吸附(chemisorption)则在分子与表面之间形成真正的化学键——强、往往难以逆转、只限于单层,而且能把分子撕裂开来。

这种区分在催化中最为要紧:物理吸附能把分子聚集到表面附近,但通常是化学吸附在激活它们,削弱它们的化学键,使其得以反应。把两者区分开来是一项关键的诊断。要注意的是:它们是一道连续谱的两端,而非严格的非此即彼——而且随着温度升高,微弱的物理吸附可以在同一个表面上让位给真正的化学吸附。

在催化剂上,氢气先松散地物理吸附到金属上,接着发生化学吸附——H–H 键断裂,每个原子都与表面形成真正的化学键。只有那些被拆开、与表面成键的原子,才活泼到足以参与下一步反应。

物理吸附:微弱且可逆。化学吸附:真正的化学键。

快速判别:物理吸附放热很少(大致相当于凝结焓的量级),在低温时效果最好,会堆成许多层;化学吸附放热多得多(相当于成键的量级),往往需要一些活化能,并且止于单层,因为每个位点只成键一次。

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