饱和蒸汽压
蒸汽压指的是在液体(或者固体)的
表
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面存在着该物质的蒸汽,这些蒸汽对液体表面产生的压强就是该液体的蒸汽压。比如,水的表面就有水蒸汽压,当水的蒸汽压达到水面上的气体总压的时候,水就沸腾。我们通常看到水烧开,就是在100摄氏度时水的蒸汽压等于一个大气压。蒸汽压随温度变化而变化,温度越高,蒸汽压越大,当然还和液体种类有关。一定的温度下,与同种物质的液态(或固态)处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压,它随温度升高而增加。如:放在杯子里的水,会因不断蒸发变得愈来愈少。如果把纯水放在一个密闭的容器里,并抽走上方的空气。当水不断蒸发时,水面上方汽相的压力,即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。但是,当温度一定时,汽相压力最终将稳定在一个固定的数值上,这时的汽相压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压力。当汽相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值时,液相的水分子仍然不断地气化,汽相的水分子也不断地冷凝成液体,只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度,液体量才没有减少,气体量也没有增加,液体和气体达到平衡状态。所以,液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压力时,汽液两相即达到了相平衡。饱和蒸汽压是物质的一个重要性质,它的大小取决于物质的本性和温度。饱和蒸汽压越大,表示该物质越容易挥发。
1.蒸汽压是汽体对液体,液体对汽体的相互作用。
2.在某一温度时,可以存在高于或者等于饱和蒸汽压的多种蒸汽压数值,而饱和蒸汽压就有一个数值。
·说的很清楚了,1.蒸汽压既是汽体对液体的作用,也是液体对汽体的作用,力的作用是相互的啊。2.在同一个温度下,可以存在小于或等于饱和蒸汽压的多种蒸汽压,而同一个温度下,只有一种蒸汽压是饱和蒸汽压。
比表面是指单位质量物质的总表面积,其单位为米2/克(M2/g).比表面积是粉体材料,特别是超细粉和纳米粉体材料的重要特征之一,粉体的颗粒越细,其比表面积越大,其表面效应,如表面活性、表面吸附能力、催化能力等越强。
由于粉体材料的颗粒很细,颗粒形状及表面形貌错综复杂,因此直接测量它的表面积是不可能的,只能采用间接的方法,多年来已提出了多种测量方法,其中氮吸附法被公认为是最成熟的方法,已被列入世界各国的
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氮吸附法是依据气体在固体表面的吸附规律,例如,在液氮温度下(-196。C),在一定的氮气压力下,任何粉体材料的表面都可以吸附氮气的分子,并对应于确定的平衡吸附量,这种吸附是纯粹的物理吸附,即被吸附的气体分子与固体表面的结合力很弱,而且是可逆的,即在回到室温的过程中,所有被吸附的氮分子又都被脱附出来。
假定,在粉体的表面吸附了一层氮分子,那么粉体的比表面积(Sg)可用吸附的氮分子数和每个分子所占的面积求出:
(1)
式中:Vm 氮气的单分子层吸附量容积(ml)
Am 每个氮分子占的面积,通过理论计算Am = 0.162nm2 = 0.162×10-18m2
W 粉体样品的重量(g)
N 阿佛加德罗常数 (从物理的定律已知,在标准大气压下,一克分子的任意气体的体积都是22.4升即22400毫升,其分子数等于阿佛加德罗常数N = 6.023×1023)
把上述具体数据代入式(1),得到氮吸附法计算比表面积的基本公式:
(2)
注意这个公式中的Vm是单分子层吸附量,但是事实上,样品表面吸附的氮气并不正好是单分子层,为了解决这个问题,布朗诺尔(Brunauer)、埃米特(Emmett)和泰勒(Teller)三人提出了多分子层吸附理论,并建立起相应的吸附等温方程,称为BET方程,这个方程解决了由实际的氮气吸附量求得单分子层吸附量的实验方法和计算方法。
这里再引入一个吸附等温线的概念:在恒定的温度下,固体表面上吸附的气体量是随被吸附气体的压力而变的,因此把恒温下,平衡吸附量随相对压力的变化曲线称为吸附等温曲线。理论分析指出,在液氮温度下,当氮的相对压力在0.05到0.35的范围中时,固体粉末表面的氮气吸附量(V),相对于氮气分压(P/P0)符合下述BET方程:
(3)
式中: P 氮气分压
P0 液氮温度下,氮气的饱和蒸汽压(接近1大气压)
V 样品表面氮气的实际吸附量
Vm 形成单分子吸附层所对应的氮气量
C 与样品吸附能力相关的常数
由BET方程可知P/V(P0-P)相对于(P/P0)的变化是一条直线,该直线的截距为1/Vm?C,斜率为(C-1)/ Vm?C,而截距与斜率之和的倒数正好是Vm .也就是说,Vm可以通过试验求得,
即在相对压力(P/P0)= 0.05~0.35的范围中选择3至5个点,在每一个相对压力下,通过实验求出实际的氮吸附量(V),以P/V(P0-P)对(P/P0) 作图,可得到一条直线,并从直线的截距和斜率求得形成单分子吸附层所对应的氮气量Vm ,BET多分子层吸附理论成功地解决了单分子层吸附量的求得方法,从理论和实验方法上解决了氮吸附法求得比表面积的关键问题。
由上面的叙述可知,只要解决在液氮温度下测量粉体材料表面氮气吸附量的方法,就能求出比表面积,氮吸附仪就是测量氮气吸附量的仪器。
用吸附仪测量氮气吸附量的方法有三种:
重量法:在吸附系统中,用高精密天平,直接测量样品在吸附氮气后的增重,计算出氮气量。其精密度取决于天平的精度,一般认为,这种方法不适用于小比表面的测量;
容量法:在已知容积的密闭系统中,放入吸附物质,在一系列氮气的压力下,根据气态方程,即气体质量和温度、压力及容积之间关系,计算出氮气的被吸附量;
以上两种统称为静态法,国外大部分比表面仪均采用静态法。
动态法:又称连续流动色谱法,动态法的基本特征是在一个连续流动的气路中,用气相色谱的测量技术,测得粉体材料表面的氮吸附量。我国目前生产的比表面仪,包括JW系列比表面仪基本上均采用动态法。
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