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表面物性測試之表面面積確定

 更新時間:2016-03-18 點(diǎn)擊量:1496

 

介紹

    材料的表面是固體與其環(huán)境:液體、氣體或者是另外一個固體的分界線。因此,我們可以推斷出表面的大小,或表面面積是固體特性的一個重要的因數(shù)。例如,表面面積影響藥品的溶解速度、工業(yè)觸媒的活性、水泥的水化速度、空氣和水的凈化劑的吸附能力,以及大多數(shù)粉末和多孔材料的加工等。每當(dāng)固體物質(zhì)被分割成較小的顆粒時,新的表面就形成了,從而表面面積增加了。與此相似,當(dāng)顆粒內(nèi)部(由于溶解、分解或其它一些物理或化學(xué)方法)形成了孔洞,其表面面積也增加了。例如:僅僅1克活性碳的表面面積就可能達(dá)到2000 平方米之多!

氣體吸附

    真正的表面面積,包括表面的不規(guī)則和孔洞的內(nèi)部,不能從顆粒大小的信息中計(jì)算而來,而卻是在原子的級別上通過吸附某種不活動的或惰性的氣體來確定。吸附的量,讓我們稱它為X,不僅僅是一個暴露表面的總量的函數(shù),還是(i) 溫度,(ii) 氣體壓力,以及(iii) 氣體和固體之間發(fā)生反應(yīng)的強(qiáng)度的函數(shù)。因?yàn)槎鄶?shù)氣體和固體之間相互作用微弱,必須要使表面得到充分的冷卻以使其發(fā)生相當(dāng)?shù)奈?/span>----足以覆蓋整個表面。隨著氣體壓力的提高,表面吸附得會更多(以一種非線型方式)。但是,當(dāng)氣體以一個原子厚度全部覆蓋表面后(讓我們將該理論上的單分子層的氣體的量稱為Xm),對冷氣體的吸附并沒有停止!隨著相對壓力的提高,超量的氣體被吸附從而構(gòu)成“多分子層”。所以,氣體吸附,作為一個壓力函數(shù), 不僅僅是遵循一個簡單的關(guān)系,因而,我們必須使用一個適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型來計(jì)算表面面積。我們使用BET 方程式:

 



在公式中,P/P0 是氣體的相對壓力,是與氣體和固體相互作用的強(qiáng)度有關(guān)的一個常數(shù)。能記住這個方程式當(dāng)然好,但記住并不是必要的……當(dāng)你需要時,就回到這里來查閱就行了。重要的是:和 P/Po 是表面面積分析設(shè)備測定的數(shù)據(jù),而Xm 與表面面積有直接關(guān)系。所有剩下的工作就是將這個氣體的理論量Xm(我們喜歡稱它為統(tǒng)計(jì)量)轉(zhuǎn)換為一個面積。

 

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